Поломка електродвигуна – що робити?
Поломка електродвигуна – річ неприємна.
У разі будь-якої поломки двигуна, вам доведеться вирішувати: чи купити новий електродвигун, чи відремонтувати старий. Основна проблема поломок моторів – проблеми з обмоткою. В цьому випадку постає непростий вибір: усувати поломку заміною на новий двигун або перемотувати старий.
З новим двигуном все більш-менш зрозуміло — якщо брати двигуни перевірених брендів таких як WEG, Lenze, Transtecno, то при правильній експлуатації такі двигуни розраховані на термін служби 20 років. Досягається це за рахунок використання високоякісних матеріалів, запатентованих конструктивних рішень і контролю якості на всіх етапах виробництва.
Проте в нового двигуна є один стримувальний фактор — це його ціна. Не всі готові йти на такі значні капіталовкладення. Навіть не зважаючи на те, що при теперішній ціні за кіловат електроенергії, окупність енергоефективного двигуна складає порядку 1-1,5 року.
Більш дешевший варіантом являється перемотування двигуна. На перший погляд замінили обмотку статора (перемотали), і двигун буде працювати як новий. Та чи так це насправді?
Для того щоб в цьому розібратися, давайте розглянемо, з яких етапів складається перемотування електродвигуна, і від чого залежить її якість.
1. Видалення пошкодженої обмотки.
Видаляють стару обмотку двома способами:
- Вирубують зубилом і молотком
- Випалюють зі статора при температурі 170 ?С
При вирубуванні зубилом потрібна витримка і обережність, так як дуже легко пошкодити пластини статора.
Метод випалювання теж не позбавлений ризику. Наприклад, якщо чітко не витримати температуру 170 С і розігріти до більшого значення, то сталь статора погіршить свої електромагнітні властивості. Це в свою чергу призведе до зниження cos? і ККД двигуна.
2. Укладання нової обмотки.
Перед початком укладання обмоток потрібно грамотно вибрати ізоляційний матеріал, в який буде вкладатися ця обмотка. Вибирається він по товщині і по температурному класу. Якщо зробити невірний вибір, то термін служби такого двигуна скоротиться.
Сама обмотка обов’язково повинна бути мідна, покрита ізоляційним лаком і найголовніше якісна. Якість обмотки залежить від чистоти міді. Так як при нагріванні неякісної обмотки її опір різко зростає. Зниження потужності двигуна через втрати в міді обмотки статора обчислюється за формулою:
Як видно з формули, втрата потужності двигуна залежить в трикратному розмірі від опору обмотки статора. Тому слід дуже відповідально підійти до вибору спеціалістів, які будуть займатися перемотування двигуна. Дехто з них може використовувати дешевий дріт для обмотки – з гіршими показниками як по міді, так і по ізоляційному лаку.
При укладанні ж самої обмотки, вкласти таку ж кількість витків у пази вручну, як при заводському укладанні, є проблематично. Тому або вкладають дротом меншого січення або ж вкладають меншу кількість витків. А це призводить до зниження потужності двигуна на 15-20%. Так, наприклад, може не виявитися в наявності провідника того діаметра і з тією ізоляцією, який був до перемотування. Якщо взяти провідник меншого діаметру, то обмотка буде перегріватися більше, ніж до перемотування. Отже, перемотаний двигун вже не буде здатний віддати колишню потужність. Якщо ж взяти провідник більшого діаметра, то попереднє число провідників не можливо буде помістити в паз. Тоді постає питання, чи припустиме зменшення числа провідників у порівнянні з початковим. Відповідь дасть лише розрахунок.
Не останню роль відіграє ізоляція обмотки, а саме її клас, відсутність будь-яких пошкоджень при намотуванні і укладання витків у пази. Особливо якщо двигун працює з перетворювачем частоти, який дає високочастотну складову. В такому випадку збільшується ризик пробою ізоляції в пошкодженому місці.
Важливо ще дещо пам’ятати про перемотаний двигун, який працює з перетворювачем частоти. Існує ризик, що вихід з ладу двигуна потягне за собою і поломку перетворювача частоти, вартість якого може бути в кілька разів вища вартості самого двигуна.
3. Залиття статора лаком.
По технології заводську заливку двигуна ізоляційним лаком проводять під вакуумом. Лак затікає у всі щілини між обмоткою і повністю її скріплює між собою. Це збільшує механічну стійкість обмотки. Так як під час роботи двигун вібрує, то витки при такому виконанні не труться одне до одного і не перетирають лак в місці тертя. Метод залиття під вакуумом також виключає утворення бульбашок лаку, що являється слабким місцем скріплення витків між собою, сприяючи відшаровуванню їх один від одного.
При перемотуванні двигуна технологія інша. В кращому разі статор занурюють у цистерну з лаком. В гіршому випадку лак наносять малярним пензликом. Якщо ж при занурюванні в цистерну з лаком обмотка всередині хоч і з бульбашками, але все таки скріплюється між собою, то пензликом лак взагалі наноситься тільки зверху. Всередині ж обмотка залишається сухою і піддається механічному тертю, що зменшує надійність двигуна.
4.Сушіння обмотки.
Після заливки лаком двигун потрібно просушити. Існує багато способів сушіння конструкції обмоток електричних машин.
Так при потужності електродвигуна до 15 кВт застосовують обігрівання лампами інфрачервоного випромінювання світлового потоку або звичайними лампами розжарювання при потужності до 500 Вт;
При потужності від 15 до 40 кВт – обігрівання гарячим повітрям від тенів або теплом, яке виділяється під час проходження струму по обмотці;
При потужності від 40 до 100 кВт – нагрівання струмами індукційних витрат (вихровими струмами) в активній сталі статора.
При будь-якому із зазначених методів сушіння ретельно стежать за тим, щоб нагрівання обмоток не перевищувало температури, встановленої стандартом для даного виду або класу ізоляції. Рекомендована температура сушіння обмоток електродвигунів 80-90С
Режим сушіння контролюють мегаометром і термометрами. Мегаометром вимірюють опір ізоляції через кожну годину. На початку сушіння опір зволоженої ізоляції обмотки знижується, а потім (в міру випаровування вологи з обмотки) починає підвищуватися і наприкінці сушіння стає постійним. Сушіння вважають завершеним, якщо протягом 24 годин опір ізоляції обмотки статора електродвигуна напругою 500 В залишається незмінним і становить не менше 1 МОм.
Отже стає зрозуміло, що сушіння двигуна потребує часу і дотримання оптимальної температури. Проте є випадки, коли людина хоче отримати відремонтований двигун якомога скоріше, або ж самі майстри хочуть скоротити час сушіння. В цьому випадку сушку проводять вже при 130 С, що є гранично допустимим для лаку. Якщо ж перейти цю тонку температурну грань, то перегрів лаку викликає його передчасне старіння і скорочення терміну служби.
Поспіх тут не на користь. Якщо обмотку не досушити до кінця, то вона стане “мокрою”. Опір її нижчий і двигун з такою обмоткою може або знову згоріти за короткий час, або почне постійно вимикатися апаратами захисту.
5. Людський фактор.
У всіх дуже точних і відповідальних етапах виробництва участь людини стараються мінімізувати, довіряючи виробничий процес станкам і роботам. У випадку з перемотуванням двигуна ключову роль грає людський фактор — тобто все залежить від майстра.
Тому слід дуже відповідально підійти до вибору спеціаліста з перемотування двигунів.
Стає очевидно що якість перемотування електродвигуна залежить від дуже багатьох факторів:
- метод вилучення пошкодженої обмотки
- чистота міді і якість укладки обмотки
- товщина дроту, кількість витків і клас ізоляції
- якість ізоляційних матеріалів і гільзування
- температурний режим сушіння обмотки
- людський фактор.
Підсумовуючи всі ці чинники ми отримуємо двигун уже з іншими характеристикам. Зниження потужності такого двигуна може досягати 30% від номінальної. На спад іде його ККД, коефіцієнт потужності і надійність.
Також не слід забувати, що підшипник такого двигуна залишається старим, і невідомо в якому він стані.
Проте не слід вважати, що перемотаний двигун не має право на життя. В нього є свої переваги.
По-перше, таке рішення економічне, менші фінансові затрати відносно нового двигуна.
По-друге, практика перемотування двигунів дуже поширена, зокрема для моторів потужністю понад 7.5 кВт (10 к.с.). За двигуни меншої потужності зазвичай ніхто братися не буде, так як це не вигідно з точки зору фінансової вигоди.
По-третє, це швидкі терміни ремонту, які складають 2-3 дня. Так як бувають ситуації, що нового двигуна на заміну немає в наявності на складах і його поставки потрібно чекати до кількох тижнів.
Однак перемотування мотора часто призводить до зниження ККД. Зазвичай виходить більш практично у фінансовому плані, замінити електродвигун, якщо його потужність не перевищує 7.5 кВт (10 к.с.), замість того, щоб міняти обмотку.
Коли ви вирішуєте, що краще купити новий електродвигун або перемотати старий, необхідно звертати увагу на різницю в ціні між перемотуванням та купівлею нового мотора, з високим ККД, а також на потенційне збільшення вартості споживаної перемотаним мотором електроенергії, так як його ККД буде нижче, ніж раніше. Якість перемотування має великий вплив на вартість експлуатації. Електродвигун, який буде перемотаний неякісно, може втратити до 3-4% ККД. Мотор, потужністю 75 кВт (100 к.с.) може споживати електроенергії на кілька десятків тисяч гривень в рік більше, у вигляді зниження ККД, порівняно з початковим значенням. Вартість експлуатації може бути значно більшою, порівняно з новим мотором.
Проте, якщо двигун працює досить мало (менше 3000 годин на рік), його заміна може бути економічно недоцільною, особливо, якщо він ще не виробив свій ресурс.
Та й в допоміжних чи резервних системах, до яких не ставлять жорстких вимог, є доцільність використання перемотаних двигунів. Для прикладу застосувати їх можна в системах вентиляції на виробництві чи в домашньому господарстві.
А от в головних системах, де вихід з ладу двигуна може спричинити зупинку всього виробництва і призвести до значних збитків, не допустимо використання перемотаних двигунів.
В таких відповідальних системах ставлять нові двигуни для забезпечення безвідмовної роботи, мінімізації зупинок виробництва і збереження власного часу і кошів.
Якщо на двигуні зберігся його заводський щиток, тобто відомі початкові дані — потужність, напруга, струм, швидкість обертання, і якщо потрібно відновити його за цими даними, вони можуть допомогти при розрахунку. Однак не завжди легко виконати таке завдання — сучасні високоефективні електродвигуни є продуктом дуже клопіткого розрахунку, і навіть невеликі відхилення від нього призводять до зниження потужності. Буде непогано, якщо від перемотаного двигуна вдасться отримати 85 — 90% початкової потужності.
В залежності від потужності, коефіцієнт корисної дії сучасних високоефективних двигунів вище, ніж у звичайних на 1-10%.
Двигуни, що працюють досить багато, повинні стати першими в чергу на заміну більш сучасними, тим більше, якщо їм потрібно перемотування. У багатьох випадках термін окупності буде короткий при порівнянні нового електродвигуна з перемотаним. Додаткові витрати на придбання нового енергоефективного електродвигуна можуть бути повернені за рахунок економії електроенергії протягом 1 року безперервної роботи.
Переконатися в цьому можна самостійно, перейшовши для прикладу на сайт компанії WEG і обрати програму SAVING – Окупність інвестицій. Дана програма дозволяє оцінити окупність інвестицій, витрачених на придбання двигуна, розрахувати споживання електроенергії та інші витрати на двигун і перевірити зниження викидів СО2 в таких ситуаціях:
- Нова установка – система покаже час окупності інвестицій, враховуючи різницю в закупівельній вартості.
- Заміна робочого двигуна – система покаже час окупності інвестицій 100% закупівельної вартості на новий двигун.
- Заміна згорілого двигуна – система покаже час окупності інвестицій у новий двигун, порівнюючи з варіантом перемотування обмотки. У перемотаних двигунів ККД може бути знижена на 2%.
Для прикладу порахуємо термін окупності нового 22 кВт двигуна, порівнюючи з варіантом перемотування згорілого двигуна.
Як видно з обрахунків термін окупності за рахунок економії електроенергії склав 1,42 роки при безперервній роботі.
Підсумовуючи все вище сказане, приходимо до висновку, що, в залежності від сфери застосування, використовують той чи інший двигун.
Перемотувані двигуни доцільно в діапазоні від 7,5 до 37 кВт для використання в допоміжних чи резервних системах з тривалістю роботи менше 3000 годин на рік.
Нові високоефективні двигуни вигідно використовувати в усьому діапазоні потужностей, особливо економічний ефект відчутний при великих потужностях. А також для головних систем і при тривалих режимах роботи.
Бажаємо вам впевнено дивитися в майбутнє і завжди робити правильний вибір!
Автор: Володимир Габра.