1. Введение

2. Базовая конструкция двигателей постоянного тока и компоненты, влияющие на срок службы

2.1 Базовый структурный состав

2.2 Компоненты, тесно связанные со сроком службы

1. ПодшипникиПодшипники — важнейшие компоненты, соединяющие статор и ротор. Их роль заключается в поддержке ротора и снижении сопротивления трения при вращении. Износ и повреждение подшипников напрямую влияют на нормальную работу двигателя и являются частой причиной сокращения его срока службы.
2. Щетки и коллекторЩётки взаимодействуют с коллектором, обеспечивая коммутацию тока. Во время работы двигателя между ними возникает постоянное трение и электрическая дуга, что приводит к постепенному износу и повреждению при длительной эксплуатации. Это снижает электропроводность двигателя и надёжность коммутации.
3. ОбмоткиОбмотки – основные компоненты двигателя, создающие электромагнитную силу. Они образованы обмотками из изолированных проводов. Эффективность изоляции обмоток напрямую связана с безопасностью работы и сроком службы двигателя. Старение изоляции, повреждение или короткие замыкания могут привести к выходу двигателя из строя.
4. Железное ядро: Железный сердечник — важная часть магнитной цепи двигателя, обычно изготавливаемая из листов электротехнической стали. Износ и перегрев железного сердечника влияют на эффективность и срок службы двигателя, особенно при работе на высоких частотах или перегрузке, когда перегрев становится более выраженным.

3. Основные факторы, влияющие на срок службы двигателей постоянного тока

3.1 Электрические факторы

1. Качество электроэнергии
   • Колебания напряженияНестабильное напряжение питания отрицательно влияет на работу двигателя постоянного тока. При слишком высоком напряжении ток в обмотках двигателя увеличивается, что приводит к увеличению потерь в меди, повышению температуры обмоток и ускоренному старению изоляционных материалов. Низкое напряжение, напротив, приводит к недостаточному выходному крутящему моменту двигателя, что может привести к его перегрузке, что также приводит к перегреву обмоток. Например, в отдалённых районах или местах с нестабильным электроснабжением срок службы двигателей постоянного тока часто значительно сокращается из-за частых колебаний напряжения.
   • Гармоники токаШирокое использование силового электронного оборудования (например, выпрямителей и преобразователей частоты) приводит к появлению большого количества гармонических составляющих тока в электросети. Гармонические токи вызывают дополнительные потери в обмотках двигателя, что приводит к перегреву. Они также создают пульсирующий крутящий момент, увеличивая вибрацию и шум двигателя, ускоряя износ компонентов и, следовательно, сокращая срок его службы.

2. Операция перегрузки

   Перегрузка возникает, когда фактическая выходная мощность или крутящий момент двигателя превышает номинальные значения. В условиях перегрузки ток в обмотках двигателя значительно увеличивается, что приводит к резкому увеличению потерь в меди и быстрому повышению температуры обмоток. Длительная перегрузка ускоряет старение изоляционных материалов обмоток и может даже привести к их перегоранию. Кроме того, перегрузка увеличивает нагрузку на подшипники, ускоряя их износ и сокращая общий срок службы двигателя. Например, в подъемном оборудовании частые перегрузки часто приводят к выходу из строя двигателей постоянного тока и значительно сокращают срок их службы.

3. Короткие замыкания и замыкания на землю

   А короткое замыкание обмотки Короткие замыкания возникают, когда повреждение изоляции между обмотками или внутри них приводит к обходу тока по нормальному пути и образованию замкнутого контура. Короткие замыкания создают избыточный локальный ток, выделяя большое количество тепла, которое сжигает обмотки и изоляционные материалы. замыкание на землю обмотки Замыкание на землю — это повреждение изоляции между обмотками и корпусом двигателя или железным сердечником, приводящее к утечке тока на землю. Замыкание на землю не только нарушает нормальную работу двигателя и представляет угрозу безопасности, но и ускоряет его повреждение.

3.2 Механические факторы

1. Износ подшипников

   Во время работы двигателя подшипники воспринимают вес ротора и радиальные/осевые силы, возникающие при вращении, что со временем приводит к их износу. Износ подшипников приводит к эксцентриситету ротора, что приводит к увеличению вибрации и шума двигателя. Он также нарушает равномерность воздушного зазора двигателя, что приводит к дополнительным электромагнитным потерям и перегреву. При износе подшипников определённого уровня двигатель может заклинить и выйти из строя. К распространённым причинам износа подшипников относятся недостаточная смазка, неправильный монтаж, чрезмерная нагрузка и некачественные подшипники.

2. Износ щеток и коллектора

   Во время работы двигателя щётки и коллектор находятся в скользящем контакте, что приводит к постоянному трению. Со временем щётки постепенно изнашиваются, а на поверхности коллектора появляются царапины, износ и окисление. Чрезмерный износ щёток приводит к ухудшению контакта и образованию электрической дуги, что ещё больше ускоряет износ коллектора. Повреждение поверхности коллектора нарушает нормальную коммутацию тока, что приводит к нестабильной работе двигателя, снижению КПД и даже к его поломке.

3. Вибрация и удар

   Вибрация, возникающая во время работы двигателя, и внешние ударные нагрузки отрицательно влияют на срок его службы. Длительная вибрация приводит к ослаблению, износу и усталостным повреждениям внутренних компонентов двигателя, таким как ослабление болтов, обрыв выводов обмоток и ослабление листов электротехнической стали в сердечнике. Внешние воздействия (например, удары при запуске/остановке оборудования или тряска при транспортировке) могут деформировать или повредить компоненты двигателя, нарушая его нормальную работу.

3.3 Факторы окружающей среды

1. Температура

   Высокая температура окружающей среды является основным фактором, сокращающим срок службы двигателей постоянного тока. Двигатели выделяют тепло во время работы; при высокой температуре окружающей среды ухудшается теплоотдача, что приводит к повышению внутренней температуры двигателя. Высокие температуры ускоряют старение изоляции, снижают её эффективность, ухудшают смазку подшипников и износ подшипников. Например, двигатели постоянного тока, используемые в тропических регионах или высокотемпературных промышленных условиях, обычно имеют более короткий срок службы, чем двигатели, используемые в условиях нормальной температуры.

2. Влажность и агрессивные газы

   Высокая влажность приводит к впитыванию влаги изоляционными материалами двигателя, что снижает сопротивление изоляции и увеличивает риск утечек и коротких замыканий. Кроме того, влажная среда ускоряет коррозию металлических компонентов (например, подшипников, коллекторов и рам). В коррозионных средах (например, на химических заводах или в прибрежных зонах) едкие газы воздействуют на металлические компоненты и изоляционные материалы двигателя, вызывая повреждение компонентов и снижение эффективности изоляции, что серьёзно сокращает срок службы.

3. Пыль и примеси

   Пыль, волокна и другие примеси из воздуха попадают в двигатель и оседают на поверхностях обмоток, коллекторов и подшипников. Пыль ухудшает теплоотвод, что приводит к повышению температуры; она также может попадать в подшипники, ускоряя их износ. Накопившаяся пыль нарушает контакт коллекторов и щёток, приводит к образованию электрической дуги и ускоряет износ.

4. Конкретные меры по продлению срока службы двигателя постоянного тока

4.1 Оптимизация условий эксплуатации электрооборудования

1. Обеспечить стабильное качество электроэнергии

   Чтобы снизить влияние качества электроэнергии на срок службы двигателя, следует принять меры по стабилизации напряжения и частоты электропитания. В цепи питания двигателя следует устанавливать регуляторы напряжения, фильтры и другое оборудование для подавления колебаний напряжения и гармоник тока. Для критически важного оборудования двигателя следует использовать независимые цепи питания, чтобы избежать помех от других устройств. Кроме того, необходимо регулярно проверять и обслуживать систему электропитания для своевременного выявления и устранения неисправностей электропитания.

2. Избегайте перегрузки при работе

   При выборе двигателя выбирайте модель с номинальной мощностью, превышающей или равной фактической нагрузке, исходя из реальных условий эксплуатации. Во время работы контролируйте нагрузку, чтобы предотвратить перегрузку. Установите устройства защиты от перегрузки (например, тепловые реле или реле максимального тока), которые мгновенно отключают питание при перегрузке, защищая двигатель. При этом разумно контролируйте время работы двигателя, чтобы избежать длительной непрерывной работы, предоставляя двигателю достаточно времени для отдыха и снижения перегрева.

3. Предотвращение коротких замыканий и замыканий на землю

   Усильте проверку изоляции и техническое обслуживание обмоток двигателя для предотвращения коротких замыканий и замыканий на землю. Регулярно измеряйте сопротивление изоляции обмоток с помощью тестера сопротивления изоляции, чтобы убедиться, что оно соответствует установленным требованиям. Для вновь установленных или долго простаивающих двигателей перед эксплуатацией проводите испытания изоляции. Во время эксплуатации поддерживайте внутреннюю часть двигателя чистой и сухой, чтобы предотвратить попадание масла, влаги и других веществ в обмотки. Кроме того, установите соответствующие защитные устройства (например, защиту от короткого замыкания и защиту от замыкания на землю) для быстрого отключения питания в случае неисправностей, минимизируя ущерб.

4.2 Улучшение технического обслуживания механических компонентов

1. Техническое обслуживание подшипников

   Регулярный осмотр и смазка — ключ к продлению срока службы подшипников. Разработайте разумный график смазки с учетом условий эксплуатации двигателя и типа подшипника, а также выберите подходящее смазочное масло или смазку. Обеспечьте чистоту во время смазки, чтобы предотвратить попадание загрязнений в подшипники. Регулярно проверяйте температуру, вибрацию и уровень шума подшипников, чтобы своевременно выявлять неисправности на ранней стадии. Немедленно заменяйте подшипники при появлении износа, ненормального шума или других проблем, чтобы избежать дальнейшего усугубления неисправности.

2. Техническое обслуживание щеток и коллектора

   Регулярно проверяйте степень износа щёток; своевременно заменяйте щётки, когда износ достигает определённого предела. При замене щёток используйте щётки, соответствующие оригинальной модели, чтобы обеспечить соответствие материала, размера и эксплуатационных характеристик. Во время установки отрегулируйте давление щёток для обеспечения надёжного контакта между щётками и коллектором. Кроме того, регулярно очищайте и полируйте поверхность коллектора, удаляя оксидные плёнки, грязь и царапины, поддерживая её гладкость. Не допускайте повреждения изоляционного слоя коллектора во время очистки и полировки.

3. Уменьшение вибрации и ударов

   При установке двигателя обеспечьте устойчивое и надежное основание и точное позиционирование, чтобы избежать резонанса между двигателем и другим оборудованием. Используйте амортизирующие устройства (например, амортизирующие подушки или демпферы) для снижения передачи вибрации во время работы двигателя. Принимайте эффективные меры защиты при транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах, чтобы избежать сильных ударов и вибрации. Кроме того, регулярно проверяйте и затягивайте крепёжные болты двигателя, чтобы предотвратить повышенную вибрацию из-за ослабления болтов.

4.3 Улучшение операционной среды

1. Контроль температуры окружающей среды

   Чтобы двигатель работал в подходящей температурной среде, примите эффективные меры по его охлаждению. Для двигателей, работающих в помещении, улучшите вентиляцию и теплоотвод (например, установите вентиляторы или вентиляционные каналы); для двигателей, работающих в условиях высокой температуры, используйте методы принудительного охлаждения (например, водяное или масляное). Избегайте установки двигателя под прямыми солнечными лучами или вблизи источников тепла, чтобы снизить влияние температуры окружающей среды. Регулярно очищайте поверхность двигателя от пыли и мусора для поддержания эффективного теплоотвода.

2. Защита от влаги и коррозии

   Для двигателей, работающих во влажной среде, примите меры по защите от влаги (например, установите влагозащищённые обогреватели или используйте влагостойкие изоляционные материалы), чтобы сохранить внутреннюю часть двигателя сухой. Для двигателей, работающих в коррозионной среде, выбирайте модели с антикоррозионной стойкостью (например, с корпусом из нержавеющей стали или антикоррозионным покрытием). Регулярно наносите на двигатель антикоррозионную обработку (например, покрывайте его антикоррозийной краской или заменяйте корродированные детали), чтобы уменьшить ущерб от коррозионных веществ.

3. Предотвращение образования пыли и очистка

   Установите пылезащитные колпачки или фильтры на воздухозаборные и воздуховыпускные отверстия двигателя, чтобы предотвратить попадание пыли и загрязнений внутрь. Регулярно очищайте двигатель от поверхностной пыли, масла и других загрязнений. Соблюдайте указанные процедуры при очистке внутренней части двигателя, чтобы избежать повреждений. Во время очистки защищайте прецизионные компоненты (например, обмотки и коллекторы) от повреждений.

4.4 Регулярный осмотр и техническое обслуживание

1. Регулярные патрульные проверки

   Разработайте комплексную систему патрулирования для регулярной проверки рабочего состояния двигателя. Проверяются такие параметры, как температура двигателя, вибрация, шум, ток, напряжение и внешний вид компонентов. С помощью патрулирования оперативно выявляйте проблемы и принимайте корректирующие меры для предотвращения их дальнейшего развития.

2. Регулярное тестирование

   Регулярно проводите испытания электродвигателя, такие как проверка сопротивления изоляции, проверка сопротивления постоянному току, испытания без нагрузки и испытания под нагрузкой, для полной оценки его характеристик. Эти испытания помогают выявить потенциальные проблемы (например, короткие замыкания в обмотках, замыкания на землю или межвитковые замыкания) и обеспечивают основу для технического обслуживания и ремонта двигателя.

3. Своевременный ремонт и замена компонентов

   Незамедлительно ремонтируйте или заменяйте неисправные или повреждённые компоненты двигателя. Во время ремонта строго соблюдайте технические требования к двигателю для обеспечения качества ремонта. Незаменяемые компоненты следует немедленно заменять, чтобы предотвратить повреждение других деталей двигателя. Ведите подробные записи о техническом обслуживании двигателя для обеспечения возможности дальнейшего обслуживания и контроля.

5. Примеры случаев

5.1 Случай 1: Продление срока службы двигателя постоянного тока на заводе

1. Установлены регуляторы напряжения и фильтры для стабилизации напряжения электропитания и снижения гармоник тока.
2. Переоценка нагрузок двигателей, замена некоторых несоответствующих двигателей во избежание перегрузки.
3. Внедрили систему регулярного технического обслуживания: ежемесячно смазываем подшипники, ежеквартально проверяем износ щеток и коллектора, своевременно заменяем изношенные детали.
4. Улучшена вентиляция цеха за счет установки вытяжных вентиляторов для снижения температуры окружающей среды.
5. Проводилась регулярная очистка двигателя и профилактика пыли для предотвращения попадания пыли.

5.2 Случай 2: Техническое обслуживание двигателя постоянного тока в электромобиле

1. Заменил изношенные подшипники и полностью смазал новые.
2. Заменены щетки и отполирована/очистена поверхность коллектора.
3. Проведена изоляционная обработка обмоток с целью восстановления сопротивления изоляции.
4. Проведена проверка и регулировка системы электропитания двигателя для обеспечения стабильного качества электроэнергии.

6. Заключение