Как проверить и отремонтировать коллектор электродвигателя своими руками

Чтобы осуществить ремонт коллектора электродвигателя, необходимо разобраться в его особенностях. Если вы ничего не смыслите в микроконтроллере, не знаете про устройство обмоток статора или щеточно коллекторный узел, браться за подобное дело не имеет смысла.

Немного о коллекторных электродвигателях

• Обычное для домашнего хозяйства напряжение это 220в. От 220в питается большая часть бытовой техники, потому она проектируется именно под эти особенности,
• Подавляющее большинство коллекторных электродвигателей, которые присутствуют дома это не асинхронный, а синхронный агрегат,
• В отличие от асинхронного движка, синхронные устройства имеют неподвижную обмотку статора и обмотку на валу, то есть якорь. На них через щеточно графитное устройство или коллектор подается напряжение 220в.

Такие электродвигатели можно встретить в следующих устройствах:

• Стиральные машины,
• Электрические инструменты,
• Детские игрушки,
• Пылесосы и пр.

Особенности неисправностей

Если моторчик электроинструмента начал плохо работать или полностью вышел из строя, многие отправляют на свалку не только коллекторный электродвигатель, но и весь прибор. Делать этого не стоит.

Обычная проверка, выполненная своими руками, позволяет проверить узел, оценить его текущее состояние. Что самое интересное, в большинстве случаев устройство можно вернуть в рабочее состояние, потратив на это минимум усилий и средств.

Важная заметка о проверке:

• Прежде чем начнется проверка и тщательный ремон, не поленитесь посмотреть на состояние идущего на 220в кабеля. Не редко проверка шнура показывает, что в нем произошел обрыв. Из-за этого коллекторный электродвигатель не функционирует,
• Другая возможная проблема это выход из строя кнопок, отвечающих за управление и включение. Они также могут потерять контакт, сломаться механическим образом. Их проверка даст ответ на этот вопрос,
• Проверка пуско-регулировочного устройства также не повредит в случае его наличия,
• Источник на 220 В. А в каком состоянии находится розетка на 220 Вольт? Не исключайте ситуацию, когда напряжение в 220 Вольт попросту не идет на ваш электромотор и весь электроинструмент. Банально советовать убедиться в наличии света в доме. А вот проверить состояние розетки на 220 Вольт стоит. Для этого подключите прибор к другому источнику 220 Вольт. Если все в порядке, переходим к наиболее распространенным поломкам коллекторного электромотора.

Популярные неисправности электродвигателя

Далее дадим несколько рекомендаций относительно наиболее распространенных поломок, которые могут преследовать асинхронный или синхронный коллекторный электромотор. Это позволит в следующий раз смело включить устройство к 220 Вольт и начать с ним работать.

1. Выполните разборку электроинструмента, разберите электромотор вашего бытового устройства. Рекомендуется опираться на инструкции от производителей. Прежде чем начинать разбирать инструмент на составные элементы, убедитесь в отсутствии искр. Их на щеточно контактном механизме быть не должно.
2. Если искрение оказалось активный, щеточно коллекторный узел вероятнее всего износился или нарушились контакты.
3. Менее распространенная причина искрения это замыкание обмоток в коллекторе. А именно межвитковое замыкание.
4. Самая часто встречаемая поломка это износ щеточно коллекторного узла. Либо узел коллектора чернеет. Если износился щеточный узел, потребуется заменить их на аналогичные новые элементы. В идеале менять стоит на оригинальные детали. Обычно щеточно коллекторный узел меняется легко. Для этого нужно отодвинуть фиксатор или открутить крепежный болт. Все зависит от того, какой прибор перед вами.
5. Некоторые модели асинхронного или синхронного двигателя предусматривают замену не самих щеток, а щеточно держательного механизма в сборе. Не забудьте при этом соединить медный провод с контактами.
6. Если щеточно держательный узел оказался цел, попробуйте растянуть пружины, которые их прижимают.
7. В случае потемнения контактной части коллектора, попробуйте просто зачистить ее с помощью наждачки-нулевки.
8. Если на месте контакта щеточно коллекторного узла, там где коллектор контактирует с щетками, образовалась канавка, придется выполнить проточку на станке.
9. Другим, не менее распространенным видом поломок в таких электродвигателях является износ подшипника. Если проверка показывает, что возникает биение патрона, повышается вибрация корпуса во время работы устройства, подшипник придется заменить. Самый неприятный сюжет это когда якорь начинает касаться статора. Тут потребуется минимум поменять якорь, либо выполнить замену статора и якоря одновременно.
10. Управление на микроконтроллере. Если управление на микроконтроллере дает сбой, проблема может заключаться в самом микроконтроллере. Его проще всего заменить новым.
11. Состояние ротора. У ротора вашего электродвигателя также могут возникнуть проблемы. Для проверки ротора воспользуйтесь мультиметром.

Редкие неисправности

К категории редких поломок относят:

• Обрыв обмоток,
• Выгорание обмоток,
• Выгорание мест подключения обмоток,
• Оправление, замыкание ламелей графитовой пылью.

При вероятности неисправностей обмоток или ламелей определить наличие поломок поможет визуальная проверка. Выполняя ремонт, обратите внимание на некоторые моменты.

1. Проверьте состояние обмоток. Обычно нарушается целостность обмоток, что влечет за собой соответствующие неисправности.
2. Изучите текущий цвет обмоток. Весь корпус обмоток или только их часть может почернеть, что свидетельствует о наличии проблем.
3. Оцените состояние контактов проводов с коллекторными ламелями. Если имеются проблемы, обычная перепайка будет составлять весь ваш ремонт.
4. Загляните в пространство между ламелями. Это нужно для проверки их на предмет забитости графитовой пылью. При ее наличии в этом месте ремонт состоит в обычной прочистке. Прочистить узел можно подручными средствами.
5. Понюхайте изоляцию проводов. Часто управление инструментом становится невозможным, он выходит из строя из-за того, что узел изоляции проводки просто перегорел. При таких ситуациях узел издает характерный запах, который многим знаком.
6. При обнаружении поломок обмоток статора или якоря, их нужно заменить. Другой вариант можно перемотать элементы, для чего лучше обратиться к соответствующим сервисам.
7. Проведите проверку ротора. Оценка состояния ротора мультиметром даст понять, какие действия предпринимать дальше.

Если визуальная проверка не позволяет определить неисправности, потребуется прозвонить узел мультиметром.

Прозвон мультиметром

Если однофазный электромотор потребует ремонт, рекомендуется проверить состояние его статора и прочих элементов путем прозвона.

1. Сначала выполняется прозвон попарных выводов обмоток статора на ламели. При этом сопротивления должны оказаться одинаковым.
2. Теперь делается проверка между корпусом якоря и ламелями. Прибор должен выдавать бесконечное сопротивление.
3. Убедитесь, что обмотка целая. Для этого прозваниваются выводы.
4. Проверяется цепь между выводами обмотки и корпусом вашего статора. Если на корпусе есть пробой, подключать устройство на 220 вольт категорически нельзя. Требуется ремонт или обязательная замена.

Если ваш электродвигатель удалось починить, выполните соединение всех элементов, подключите к питанию на 220 Вольт. В случае неисправности обратитесь в сервисный центр.

Ремонт и проверка работоспособности коллекторных двигателей стиральных машин

В современных стиральных машинах используются несколько типов приводных двигателей: коллекторные, асинхронные, а также с прямым приводом барабана — они отличаются по принципу работы и по конструкции. Для обеспечения работы асинхронного двигателя требуется фазосдвигающий конденсатор — подобная схема включения двигателя используется в большинстве старых моделей СМ. В современных машинках для управления асинхронным двигателем используется сложная электронная система управления, поэтому его проверка без специального стенда (или «тестовой» СМ) вызывает определенные затруднения. Еще большие проблемы вызывает проверка двигателей с прямым приводом (например, они используются в машинах LG DirectDrive). Их трудно проверить отдельно, так как они являются частью конструкции бака. К тому же, для этих двигателей также необходима сложная система управления.

Наиболее просто (в том числе и в домашних условиях) можно проверить коллекторные двигатели, на этом мы остановимся более подробно.

В большинстве современных СМ приводные коллекторные двигатели включены по схеме, показанной на рис. 1.

Из рисунка видно, что цепь питания двигателя происходит по следующей цепи: 220 В — управляющий симистор (регулирует скорость вращения двигателя) — контакты реле реверса (I или II) — обмотка статора — обмотка ротора — 220 В.

Переключение обмотки статора в стиральных машинах производится как с помощью контактных групп командоаппарата, так и с помощью реле, расположенных в электронном модуле.
Примечание. На самом деле обмотка статора имеет две секции, включенные согласованно. Подобное решение позволяет уменьшить проникновение помех (создаваемых искрами на коллекторе) в питающую сеть, — то есть получается своеобразный помехоподавляющий фильтр.

Изменение направление вращения вала двигателя производится изменением полярности включения обмотки статора. В некоторых моделях стиральных машин обмотка статора имеет отвод. Он используется в режиме отжима. В этом случае питание подается на один из крайних выводов обмотки и упомянутый отвод. Если же обмотка статора подключена через крайние выводы, СМ работает в режиме обычной стирки мотор работает на малых оборотах.

В простейшем случае для проверки работоспособности двигателя многие ремонтники соединяют последовательно обмотки статора и ротора (якоря) и подают на них сетевое напряжение (рис. 2).

Указанная схема имеет свои недостатки, один из которых заключается в том, что работоспособность двигателя с помощью нее полностью проверить все равно не удастся. Даже если вал двигателя и будет вращаться, подобная проверка все равно не выявит скрытых дефектов, проявляющихся, когда он работает в реальных режимах эксплуатации СМ, например, под нагрузкой. К тому же эта схема включения не имеет никакой защиты: если в обмотках двигателя имеются короткие замыкания, он будет работать что называется «вразнос». Чтобы избежать возможных неприятных последствий при проверке двигателя, в его схему питания устанавливают дополнительный балласт. В качестве последнего, например, можно использовать любой ТЭН от стиральной машины (см. рис. 3) или мощную осветительную лампу (500 Вт и выше). Если в обмотках двигателя есть короткое замыкание и через них протекает повышенный ток, ТЭН будет заметно нагреваться.

Можно иным способом проверить в динамике работоспособность двигателя: соединить его обмотки, как на рис. 2, но питать через лабораторный автотрансформатор мощностью не менее 500 Вт. Подобное включение позволяет плавно регулировать обороты двигателя и легко контролировать любые нештатные ситуации в его работе. В качестве защиты подобной схемы можно использовать обычный плавкий предохранитель номиналом 5-10 А). Если ЛАТР найти не удалось, можно вместо него использовать электронный (симисторный) регулятор, рассчитанный на управление нагрузкой соответствующей мощности. Регулятор можно изготовить самостоятельно, найдя подходящую схему в радиолюбительской литературе или в Интернете.

Есть еще один способ проверки работоспособности коллекторного двигателя — по интенсивности искрения между коллектором ротора и щетками. Возникновение сильных искр в месте контакта щеток и коллектора указывает на то, что двигатель неисправен. Подробнее на этом мы остановимся ниже.

Неисправности коллекторных двигателей могут быть вызваны следующими причинами:

• износ щеток;
• межвитковые замыкания или обрывы в обмотках статора или ротора;
• дефекты ламелей коллектора, например, их отслоение.

Примечание. Как правило, дефекты ламелей являются следствием короткого замыкания в обмотках двигателя.

На самом деле причин может больше, но мы остановимся подробно только на перечисленных выше, как наиболее характерных.

Типовые неисправности коллекторных двигателей

Износившиеся щетки на коллекторном двигателе необходимо своевременно заменять (лучше всего на оригинальные). Но как быть в случае, если нет возможности заменить щетки на оригинальные?
Примечание. Износ щеток во многих случаях можно определить внешним осмотром или по интенсивности искрения на коллекторе двигателя: как под нагрузкой (в баке машинки есть белье), так и без нее — в этом случае, возникают обильные искры (не по всему периметру коллектора). Следует учесть, что подобное обильное искрение появляется и в том случае, если новые щетки не притерты к коллектору. Также возможны случаи, когда при значительном износе щеток наблюдается потеря мощности двигателя — например, если барабан стиральной машины не «проворачивается» с загруженным в него бельем (за исключением случаев, когда щетки заклинивают в щеткодержателе — «зависают»).

Отметим, что замена щеток аналогами от других коллекторных двигателей достаточно сложна по нескольким причинам. Перечислим некоторые из них, а также рассмотрим рекомендации по замене щеток аналогами.

Щетки от другого двигателя, как правило, имеют другую форму и размеры — поэтому перед установкой их необходимо соответствующим образом обработать (обточить). Одной особенностью щеток моторов для стиральных машин является их значительная длина — это затрудняет подбор аналогов от других коллекторных двигателей, например, электроинструмента (на рис. 4. слева показаны щетки с щеткодержателями от двигателя стиральной машины, а справа — от электроинструмента). При установке «самодельной» щетки в щеткодержатель следует проверить ее свободное движение (без зацепов) по всей длине рабочего хода без бокового люфта. Упомянутый люфт может привести к перекосу щетки в щеткодержателе и ее возможному «зависанию» (то есть заклиниванию в щеткодержателе и вследствие этого — возможной потере контакта с коллектором).

Щетки должны быть выполнены из так называемого электрографита (смесь сажи, чистого графита и специального связующего вещества, прошедшая отжиг при температуре около 2500 °С). Этот материал (на примере отечественных электрографитовых щеток ЭГ-74) имеет твердость (15—50) 107 Па и удельное сопротивление 35—75 мкОм м. Дополнительную информацию на эту тему можно найти в ГОСТ 21888-82. В крайнем случае, при выборе материала щеток можно использовать обычный мягкий графит — только в этом случае срок службы щеток будет значительно меньше.
Примечание. В настоящее время большинство стиральных машин в России — зарубежного производства. Поэтому выяснить, какой материал (и его параметры) для щеток используют зарубежные производители, в полной мере не представляется возможным.

Известно, что чем выше твердость щеток, тем они долговечнее (медленнее изнашиваются). В этом случае следует учесть, что чересчур «твердые» щетки быстро изнашивают коллектор. Наверно, истина где-то посередине. Поэтому будем условно считать, материал щеток коллекторных моторов зарубежных стиральных машин имеет параметры, соответствующие приведенным выше.

При подборе аналогов щеток следует также обратить внимание на наличие медного хвостика (если он есть в оригинальных щетках). В щетках, самостоятельно обточенных под требуемые размеры (в соответствии с оригиналом) рекомендуется использовать прижимную пружину от старых щеток.

Не стоит использовать аналоги щеток, выполненных из графита с внешним медным покрытием(такие щетки предназначены для электрических машин, рассчитанных на низкое рабочее напряжение). Это вызвано тем, что медная пыль, попав в промежутки между ламелями коллектора, может привести к коротким замыканиям между ними, и, в конечном счете — к выходу из строя ротора.

Отметим, что после самостоятельного изготовления щеток, необходимо в нижней их части сделать фаски и при необходимости выполнить косой срез (если щетки «косые» — то есть соприкасаются с коллектором под определенным углом).

Установка аналогов щеток также предусматривает так называемую «притирку» последних. Она имеет следующие особенности:

• устанавливают мотор на стенде (на изолированной плите или на полу) и подключают его по известной схеме (см. выше) через ЛАТР или электронный регулятор;
• запускают мотор на низких оборотах в течение нескольких минут;
• вынимают щетки и проверяют в их нижней части ширину «проточки» коллектором: если она в поперечном направлении составляет около 5 мм — процесс «притирки» закончен;
• если «проточка» на щетках составляет менее 5 мм, устанавливают их на место и вновь включают мотор на несколько минут (на малых оборотах);
• по достижении нужной ширины «проточки», поэтапно проверяют работу двигателя на повышенных оборотах, вплоть до максимальных («проточку» щеток уже не проверяют).

Следует отметить, что работа двигателя на повышенных оборотах может сопровождаться вибрацией, поэтому его необходимо надежно закрепить;

• снимают двигатель со стенда и устанавливают его в стиральную машину;
• на СМ запускают режим короткой программы стирки (белье в барабан и моющие средства не загружают).

По окончании этой программы ограничений по использованию СМ больше нет.

Межвитковые замыкания (или обрыв) в обмотках статора или ротора

При обрывах или межвитковых замыканиях обмоток возможны следующие характерные дефекты:

1. Двигатель не работает (обрыв в обмотках статора).
   Подобный дефект также возможен по причине перегрева корпуса двигателя вследствие межвитковых замыканий в обмотках. При значительной температуре корпуса (обычно, более 90 °C) должен сработать защитный термостат (он разрывает цепь питания двигателя). Нормой считается температура корпуса двигателя не выше 70. 80 °C — подобная температура может быть достигнута при выполнении так называемых «длинных» циклов стирки стиральной машины;
2. Потеря мощности двигателя (межвитковые замыкания в его обмотках).
   Этот дефект может проявляться, например, если мотор не может «провернуть» барабан с загруженным в него бельем (без белья барабан вращается). Следует отметить, что аналогичный дефект может наблюдаться при износе щеток мотора, а также при неисправности фазосдвигающего конденсатора, стоящего в цепи питания мотора (в устаревших моделях стиральных машин) — поэтому при поиске причин потери мощности мотора следует учесть и эти факты;
3. Отслоение ламелей ротора.
   При значительном увеличении тока через обмотки двигателя (вследствие межвитковых замыканий в обмотках или при «заклинивании» вала двигателя), ламели на коллекторе нагреваются и отслаиваются (подробно об этом мы остановимся ниже).

Примечание. При межвитковых замыканиях в секциях обмотки ротора обычно появляются сильные искры вокруг коллектора. Также, если короткое замыкание имеется в одной из секций обмотки якоря, ламели, подключенные к ее выводам, будут иметь сильный характерный нагар.

Обрыв обмоток ротора легко выявить с помощью омметра, подключив последний к любым соседним ламелям коллектора. Вращая вручную ротор, контролируют сопротивление его секций — во всех положениях вала сопротивление между соседними ламелями должно быть одинаковым (0,1—0,4 Ом). Если сопротивление между одними из соседних ламелей возрастает до 5. 9 Ом (или более) — возможно, в этой секции имеется обрыв обмотки. Но не стоит отчаиваться — часто подобное проявление бывает вызвано неконтактом одной из ламелей в месте соединения ее с обмоткой (на краю каждой ламели есть специальный крючок, который обеспечивает соединение с соответствующей секцией обмотки ротора). Если неконтакт вызван именно по этой причине, можно аккуратно «проклепать» проблемный крючок. Хочется отметить, что в подобных случаях использование пайки недопустимо, так как это не принесет ожидаемого эффекта — при работе мотора ламели коллектора сильно нагреваются, пайка разрушается (соответственно, электрическая цепь вновь разорвется), а центробежная сила может разнести остатки олова куда угодно (с самыми непредсказуемыми последствиями). Кстати, пайка ламелей может нарушить балансировку ротора, что также может привести к повышенной вибрации в его работе.

Также возможны замыкания в обмотках двигателя (межвитковые замыкания, например, вызванные пробоями в изоляции), но здесь уже помочь нечем — двигатель нужно менять или заново перематывать его обмотки. Самостоятельная перемотка, например, обмоток якоря в большинстве случаев дает отрицательный результат. Для выполнения подобных работ нужна специальная технология, которую можно соблюсти только в заводских условиях.

Отметим, что замыкания в обмотках двигателя могут повлечь за собой выход из строя уже целого ряда компонентов в составе стиральной машины — подгорание (или полное разрушение) контактов на разъемах электронного модуля и соединительного шлейфа, отказ элементов силовых цепей в составе самого модуля (реле реверса, силовой симистор, контактные группы командоаппарата и др.).

Дефекты ламелей коллектора

Дефекты коллекторных двигателей, вследствие неисправности ламелей на самом деле немного — это неконтакты ламелей и секций обмотки ротора, а также перегрев и возможное последующее отслоение ламелей. Ламели крепятся на коллекторе с помощью клея, а электрическое соединение их с секциями обмотки ротора обеспечивают специальные «закусывающие» крючки. Самый распространенный дефект ламелей — это обрыв провода секции ротора в месте соединения с той или иной ламелью (об этом мы подробно останавливались выше). Гораздо худший случай, когда по разным причинам ламели перегреваются и отслаиваются (см. рис. 5).

Подобный дефект обычно бывает вызван короткими замыканиями в промежутках между ламелями, замыканиями в секциях якорной обмотки или вследствие механического торможения (заклинивания) ротора — в любом случае ламели сильно нагреваются (и отслаиваются), вследствие прохождения через них тока, значительно превышающего номинальный уровень.

Торможение якоря двигателя возможно, например, при заклинивании подшипников мотора или барабана СМ. Также подобный дефект возникает, если в машинках с вертикальной загрузкой потребители забывают закрыть створки барабана — раскрытые створки блокируют вращение барабана, а вследствие этого — и якоря мотора.

В подавляющем большинстве случаев дефекты ламелей (перегрев, отслоение и др.) являются следствием других неисправностей двигателя, элементов стиральной машины или вследствие некорректных действий пользователей.

Если отслоение ламелей на коллекторе незначительное (менее 0,5 мм), подобный дефект устраняется проточкой самого коллектора на станке (не всегда, правда, с положительным эффектом). Не следует забывать, что после подобной операции в промежутках между ламелями может оставаться медная стружка (или пыль), поэтому необходимо тщательно очистить эти промежутки. Кроме того, на ламелях после проточки коллектора могут остаться заусеницы — их также необходимо удалить.

Сам факт отслоения ламелей на коллекторе легко выявить как визуально — так, если вручную вращать ротор двигателя, щетки в этом случае будут издавать сильный характерный треск.