Ремонт якорей коллекторных двигателей
Автор: eufs
Опубликовано 13.10.2020
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2020!»
Прежде, чем сказать, что это невозможно — стоит попробовать.
Решил поздравить Кота достаточно своеобразно. Я считаю, что настоящие радиолюбители, а тем более радиокоты, должны многое уметь делать своими лапами руками (лапами). Многие считают описываемую работу неблагодарной и, часто, вообще невозможной. Смотрите сами и пробуйте.
В современном мире никак не обойтись без электроинструмента. Настоящие мужчины работают не покладая рук с дрелями, болгарками, а настоящие женщины — с миксерами и кухонными комбайнами. Применяющиеся в них коллекторные двигатели, хоть и не отличаются завидной надежностью, но просты и технологичны в массовом
производстве. Однако хорошее проффесиональное оборудование, с развитием электроники, переходит на бесщеточные двигатели прямого привода. Мощные и с интеллектуальным управлением — серьезное продвижение в технологиях.
Немного философии ремонта.
Ремонт неисправного электроинструмента вполне доступен мастерам и начинающим. Но здесь, хотелось бы, остановится на некоторых моментах. Вообще, стоит или не стоит ремонтировать? Почему стоит? Ну, ответ заложен в вопросе. Потому как новый стоит денег. Но если рассмотреть этот вопрос немного с другой стороны, то станет понятно, что вкладывая материальные и временнЫе ресурсы в неисправную вещь мы автоматически повышаем его стоимость. То есть фактически, даже если нам повезет с ремонтом, мы получим тот же девайс, но не новый,мало того, еще и с увеличившейся стоимостью. За «если не повезет» вообще разговора нет.
Поэтому, и не только здесь, возникает справедливый момент ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ.
В чем может проявится целосообразность? Простое дело — не хочу расставаться тем, что служило верой и правдой много лет. Это имеет под собой основание, но чисто ментальное. Это повышает самооценку, будет греть душу, но не бумажник. Ну, а что может согреть бумажник? Например отсутсвие денег на приобретение нового, но это чисто финансовый вопрос. Он упирается распределение финансов. Аспект еще сложнее.
Поэтому, когда станет вопрос, еще раз проанализируйте ситуацию. В общем случае считается, что ремонт НЕ ЦЕЛЕСООБРАЗЕН, если его стоимость превышает половину от цены новой вещи. Опять же, ремонт — это интергальная величина складывающаяся из стоимости запчастей и времени, потраченного на сам ремонт. Если вы ремонтировать будете сами, вторая часть зависит только от вас. И вам решать как это время потратить: отдахать, зарабатывать деньги чем-то другим, или ремонтировать то, что вам дорого по тем или иным причинам. Если вы будете отдыхать во время занятия любимым делом — то вопрос во многом упрощается.
С технической точки зрения целесообразность ремонта оправдана, если какая-то небольшая часть неисправна и если только ее заменить или отремонтировать, то остальное прослужит хотя бы какое-то время. То есть, если вы разбираете болгарку, в которой не работает клавиша, разбиты подшипники, покоцаны шестеренки в редукторе и сгорел якорь — надо еще раз подумать на какой мусорке ей ставят прогулы. По ментальным соображениям ее можно отремонтировать, потратив 75% стоимости новой. А надо ли это? И кому?
Если лично вам, то думайте о целесообразности. А если вы будете ремонтировать кому-то, еще и за деньги, то вы кроме проблем ничего не заработаете. И в таком случае правильно, если вы назначите высокую цену на ремонт и хозяин не согласится.
Немаловажно то, что сама укладка обмоток- простое и веселое занятие, мало отличающееся от намотки других катушек вручную. Требуется, конечно, дополнительная внимательность и доля сноровки, которая придет с опытом.
Однако работы по подготовке к этой увлекательной процедуре могут занять 80% всего времени.
Еще раз хочу предупредить, что потраченное время на перемотку может быть оправдано только личным желанием это сделать или, может, желанием научится чему-то новому. С точки зрения коммерции это не оправдано. Не спроста, достаточно мало людей, берущихся за такую работу. К тому же стоимость перемотки у них если не превышает, то догоняет стоимость нового якоря (если он есть в продаже, конечно). Это связано как раз с подготовкой. Хорошо, если будет схема намотки, а если ее нет, то работы только по снятию схемы могут растянутся на полдня или даже рабочий день. Короче говоря, все обмотчики (за редким исключением)
вам скажут, что перемотка якорей весьма неблагодарное занятие, заработать на них не реально, и тут они правы. Все как один скажут — приноси асинхронный двигатель, хоть с ведро размерами, все будут рады. И приемка цветных металлов в том числе.
Есть еще один аспект в работах по перемотке якорей. Это динамическая балансировка готовых изделий. Якорь вращается в двигателе вплоть до 15-20 тыс об.мин. Даже незначительное смещение центра масс могут привести к нежелательной вибрации, износу подшипников и, как следствие, сокращению ресурса двигателя
Сама балансировка делится на два этапа. Определение места избыточной (или недостающей) массы с последующим удалением фрезеровкой металла пакета или приклееванием груза из специальной мастики. Определение места происходит путем раскручивания якоря через ремень на специальной роликовой подвеске на опорах. Под опорами располагаются датчики механических перемещений. Обработка данных в специальном оборудовании заканчивается выводом на экран иформации,как правило, по 3 — 12 осям и двум плоскостям. Иной раз, сразу в станке и фрезеруют. Все хорошо, но заводские станки автоматической балансировки достаточно дороги. Их могут себе позволить только крупные мастерские с приличным потоком таких работ. А в основном люди пользуются кустарными станками с разной долей примитивизма. Посмотрите на ТыТрубе 🙂
В нашем случае, делать станок для однократного применения никто не будет. Можно относительно просто сделать статическую балансировку, но она мало спасает. Однако есть способы, как в той или иной мере обойти этап балансировки. Ясное дело, что это нехорошо, балансировать надо. Если негде это делать, так что? Не перематывать что-ли? Надо просто понимать этот момент и помнить о недостатке. При правильном проведении работ, остаточный дисбаланс при этом может быть и не таким уж и большим. Вплоть до незаметности.
Мы с вами уже все подумали, и решили, что надо ремонтировать. Механической части мы не будем касаться в рамках этой статьи. Не будем касаться и теории работы таких двигателей (слишком длинная статья выйдет).
Электрические неисправности коллекторных двигателей можно условно разделить на две группы. Они по сути являются отражением известного изречения, что все электрические неисправности либо от того, что нет контакта где должен быть или он есть там, где его быть не должно. То есть: короткие замыкания или обрывы.
Возникает справедливый вопрос в диагностике. Если обрывы обмотки сравнительно просто выясняются, то короткие замыкания обнаружить не так просто. К тому же, КЗ может проявлятся при прогреве или разгоне двигателя. Это редкость, конечно, но бывает. Опять же, если обрывы можно зачастую восстановить, то витковое КЗ — прямое показание на замену или перемотку. Статорные обмотки в коллекторных двигателях выходят из строя намного реже, чем в якорях. Это может случится, если работали с КЗ витками в якоре и все перегрелось. Ремонт статорных катушек не вызовет затруднений, если изготовить правильную оправку. В некоторых случаях можно положить новую изоляцию и намотать непосредственно в паз. Потом связать и пропитать.
Вообще, диагностика якорных обмоток на предмет виткового КЗ — тривиальная задача. Наиболее просто и достоверно это можно сделать на индукторе системы «башмак». Есть целая куча промышленных и любительских конструкций. Метод основан на том, что у якоря с витковым КЗ резко нарушена конфигурация магнитного поля. Так как любая электрическая машина обратима, то если подводить внешнее магнитное поле к рабочим полюсным наконечикам, то в исправном якоре на нерабочих — поля не должно быть, но это вкратце. Если у вас есть пароль к гуглу и ютубу, вы все найдете.
Есть упрощенный метод с помощью искателя КЗ витков. Он состоит из генератора электромагнитных колебаний и приемника. Тоже конструкций полно. Такой метод прост, но имеет недостатки и ограничения в примнении. Достаточно простой и достоверный способ измерить индуктивность обмоток, это если имеется подходящий прибор. Короче говоря, диагностика якоря хоть и достаточно простое мероприятие, но требует определенного инструментария. Обычного тестера явно недостаточно. Однако, если двигатель греется, круговой огонь по коллектору, новые щетки обгорают, но обмотки на коллекторе при этом прозваниваются,
и без особенной диагностики понятно, что это витковое замыкание в якоре. Можно поиграться, подав напряжение через регулятор напряжения или ЛАТР. Обычно двигатели дрелей и тому подобного размера стартуют на холостом ходу от 10-15В. Желательно контроллировать ток при этом. Придерживая ротор рукой можно оценить момент двигателя в пределах одного полного оборота. Если где то резко теряет момент,при этом на
больших оборотах начинает сильно искрить — косвенное подтверждение короткозамкнутых витков.
Что делать дальше? И, возвращаясь, самое правильное — поискать заводской новый якорь. Я убежден, что в заводских условиях серийного производства качество недостижимо выше домашней перемотки. Исключения конечно есть. Попадаются якори, которые просто безобразно сделаны. Попадались практически без пропитки, с проводом в обмотке, который, из-за высокого содержания железа в меди, липнет к магниту. К слову говоря, по словам технолога волочильного участка, совершенно без железа медных проводов не делают.
Маленький процент железа добавляют, если его там нет исходно. Железо резко увеличивает элластичность, которая необходима для волочения в фильерах. Другое дело, что электрические свойства провода от этого не улучшаются,а при лишнем железе провод превращается в высокоомный, превращая якорь в обогреватель с последующим характерным эффектом.
Если нужного якоря в продаже нет, можно попробовать поискать двигатель всборе. Это тоже хороший вариант,
хоть уже и не дешевый. Ну и последний вариант, чему собственно посвящена данная статья — перемотать. Хочешь сделать хорошо,сделай сам.
И так, помимо диагностики, для подготовительного этапа нам предстоит:
1. Снять схему расположения обмоток и сноски (сброса), измерить диаметр провода
2. Демонтировать обмотку, отметить паз, где лежала первая обмотка
3. Очистить железо и коллектор от старой пропитки и изоляции
4. Проверить коллектор, осмотрев на предмет повреждений и промерять изоляцию ламелей
5. Вырезать и положить пазовую изоляцию, подготовить пазовые шпунты
6. Ясно представить что и как будет мотаться, подготовить провод.
На всех этапах требуется, в первую очередь, (и ведь не только здесь) требовательность к себе в плане качества и достаточности. Желание сделать красиво и качественно вас обязательно наградит. Наспех подготовленный, или, как зря перемотанный якорь сгорит, если не сразу, то скоро.
Для начала, разбираем двигатель, достаем якорь. Вытираем тряпкой или,даже, моем. Можно водой и щеткой с порошком :).
Теперь внимательно смотрим, как что намотано.
Теперь сделаем измерения. Мерять будем диаметрально, так как к коллектору прижаты щетки.
В нормальном якоре сопротивления и индуктивности должны быть примерно одинаковые по кругу. Здесь явно видно, что есть КЗ витки на 9 измерении и около него.
По рисунку укладки, в данном конкретном случае это симметричная обмотка, которая моталась одновременно из двух катушек. Но об этом чуть ниже.
Вообще, для функционирования такой электромашины достаточно, чтобы были исправные обмотки в пазах пакета железа и были они правильно подключены к коллектору. Как правило,в простых двигателях для электроинструмента ламелей на коллекторе в два раза больше полюсных наконечников. Это означает лишь то, что каждая обмотка состоит из двух одинаковых половин. То есть, говоря радиолюбительским языком, имеет отвод от середины. Подключение к коллектору каждой такой обмотки выполнено к трем ламелям подряд на коллекторе. Вот к каким именно ламелям она подключена и есть СНОСКА или СБРОС. Ее нужно выяснить. При этом нужно посчитать витки в обмотке, ну и ,самое простое, измерить диаметр. Как только эта информация будет собрана можно безжалостно вырезать и выковырять старую обмотку. Эту информацию о схеме намотки можно попытаться выведать в интернете, что резко упростит работу, но это удается далеко не всегда. Быстрее всего схему придется снимать самостоятельно. Потом бережно хранить на всякий случай.
В первую очередь надо отметить где были верхние обмотки. Лучше это сделать надфилем на соответствующем полюсном наконечнике. Это нужно для того, чтобы также и намотать.
Теперь надо открыть пазы. Любым доступным способом. Если пазовые шпунты вынутся без повреждения, их можно будет использовать. Но это редко. Если не поддаются даже с прогревом феном,то их надо прорезать, не повредив обмотку.
Потом найти на коллекторе самый верхний провод, который присоединялся последним. Его надо остоединить и проследить в какой паз он уходит. Быстрее всего нужно будет подогреть.
Греем феном, осторожно поддевая провод.
Прогревая якорь и паз, осторожно разматываем обмотку, считаем витки.
В конце обмотки провод вернется на коллектор на соседнюю ламель.
Тут надо сказать про рисунок укладки обмоток
Вообще,в какой последовательности их мотать, для электричества не имеет значения.
Это важно для механики в виде — достаточной компактности, правильного распределения веса, механической прочности. Поэтому существует несколько схем укладок — порядка намотки. Самая простая — припаиваем начало обмотки к коллектору и мотаем по кругу последовательно все секции. Это просто и удобно, даже работать будет, но есть огромный недостаток. И он в дисбалансе, потому как последняя секция ложится на первую. Это нарушает распределение масс. Если на заводе имелся хороший баласировочный станок, позволяющий выправить сильный дисбалнс,то мотают так. Вобщем говоря, качества это не добавляет. Часто встечается в самых дешевых устройствах, типа китайских кофемолок. Но наиболее распространенная симметричная схема намотки. Мотают из двух катушек провода по очереди по разным сторонам пакета. Получается симметрично в плане веса, компактно и эстетично. Лично я считаю, что мотать вручную надо именно так. Существует схема укладки крестом (дальнейшее усовершенствование симметричной) и другие схемы. Укладка крестом — очень хороша и красива, но требует при намотке резать провод, что лишняя морока.
Симметричная обмотка часто выполняется так, что вторая полусекция первой обмотки мотается сверху. Это дополнительно способствует компактности. Это надо учесть и проследить при разборке. К слову говоря, далеко не всегда удается размотать обмотку с первого раза. Это ничего. На якоре их много:) Есть специалисты, которые срезают ножевкой лобовые части и выбивают содержимое паза. Посчитав витки и зная, что в каждом пазу лежит две обмотки (четыре полусекции), вполне можно определить количество витков. А вот со сноской могут
возникнуть проблемы. Поэтому, по хорошему, надо бережно размотать хотябы одну обмотку полностью и все определить. И количество витков, и сноску,и диаметр. Бережно рисуем картинку. В произвольной форме, важно чтобы было понятно именно вам, как что намотано и куда подключено.
Большими квадратами показаны полюса, маленькими — ламели. Закрашенная ламель — подключение середины обмотки. Стрелкой — направление укладки обмоток.
При демонтаже обмоток важно отметить на пакете где располагались верхние обмотки.
У нас ведь балансировать нечем, поэтому сохраним, хотя бы, расположение обмоток по отношению к железу.
Имея картинку схемы, как уже упоминалось, все тщательно очищаем доступными способами и инструментами. Можно изготовить и какой нибудь специальный. 
Демонтаж старой обмотки хоть и тривиальная задача, все равно требует определенных навыков и осторожности.
Она нужна, чтобы не повредить пластиковые изоляторы на лобовых частях пакета и коллектор. Если изоляторы — еще ладно, можно сделать пазовую изоляцию с воротниками,то подходящий коллектор найти будет непросто. Коллектор тоже приводим в порядок. Отгибаем так называемые петушки — контактные крапаны ламелей,
хорошо очищаем от старой пропитки, если надо, то с подогревом феном. После того как старая обмотка снята, надо обязательно проверить коллектор на предмет межламельных замыканий. Проверять надо напряжением не ниже 100В. Если обнаружится утечка, надо попробовать процарапать канавки. Прогар между ламелями часто удается выковырять иголкой с последующей заливкой эпоксидной смолой. Если пробой и прогар случился на удерживающие кольца, которые внутри, то коллектор придется заменить, что может быть,как указывалось, не так просто.
Если проверка успешно завершилась, то можно приступать к монтажу новой обмотки.
Готовим пазовую изоляцию.
Конечно, хорошо использовать современные изоляционные материалы специальные для изоляции пазов. Как правило это разновидности стеклополимерных материалов. Есть и чисто полимерные материалы, например изофлекс. В данном случае требования не столько по изоляции, сколько по теплостойкости, эластичности и адгезионности к пропиточному материалу. Китайцы, например,используют картон с полимерной пленкой.
По доступности самый простой и достойный материал — полиэфирная пленка от пластиковых бутылок. Нужно использовать ровную часть от бутылки. Лучше от 2л, там он тоньше. Второй по достойности — просто картон подходящей толщины от конфетных и чайных коробок. Немного неудобно с ним работать из-за расслаивания по краю. Но после пропитки эпоксидной смолой будет все просто замечательно. Измеряем ширину пакета вместе с изоляционными лобовыми накладками. Отрезаем полосу. Режем на куски, вставляем в пазы. Изоляция должна выступать из паза на 10 — 15 мм, удобнее будет удерживать при намотке.
Еще надо намотать уплотнитель из мягкой тол стой нити в торце коллектора. Концы нитки можно пока завернуть в сторону ламелей,чтобы не вязать узел, он там будет мешать. Когда будем мотать, уплотнение прижмется проводом и концы нити можно будет обрезать.
Готовим пазовые шпунты
Хорошо, если их удалось вынуть неповрежденными. Если нет — надо сделать новые. Самый подходящий материал — стеклотекстолит 0.5мм. Можно расслоить с более толстого. Можно попробовать найти полиэфирный пластик, такой как на бутылках, только вдвое-втрое толще.
Может попадется на какой нибудь блистерной упаковке.
измеряем ширину паза в месте, где будет шпунт. Размечаем, отрезаем нужное количество.
Обязательно надо скруглить все края. Откладываем в сторону.
Делим провод.
Как уже указывалось, если нам предстоит мотать симметричную обмотку, то нам надо две катушки с одинаковым проводом. Это хорошо, если такое есть. Если нет, то отрезаем из вспененного полиэтилена или пенопласта брусок. Определяем длину витка который будет на бруске, измеряем длину витка в пазу. Это надо сделать с припуском, измеряя как бы среднюю его величину. Пересчитываем сколько надо провода и перематываем провод с катушки
на брусок для 6 обмоток,конечно, если их всего 12.
Приступаем к намотке. В данном случае, в пазу в начале лежит вторая часть обмотки. Первая ее часть будет на самом верху. Сначала надо подключить,согласно имеющейся схеме, начало провода к соответсвующей ламели. конечно, предварительно зачистив.
Делаем полувиток вокруг вала, заводим в паз.
Поворачиваем якорь валом к себе и удерживая одной рукой края изоляции наматываем обмотку.
Выводим из паза, в том же напрвлении прокладываем провод вокруг вала. Подводим к ламели,
отмечаем место,где будет присоединение и на минимально возможной длине, снимаем лак.
Подводим под петушок, делаем петлю.
Под самим петушком должна оказаться зачищеная часть. Для этого можно немного ослабить провод или подтянуть. Загибать будем потом.
То же самое делаем с другой стороны якоря, взяв провод с другой катушки.
Переходим на ту,которую мотали первой. Делаем полувиток, закладываем в паз и мотаем уже полноценные две полуобмотки, подключив середину к ламели коллектора.
Поочереди укладывая обмотки в пазы, подключаем обмотки к коллектору, зачищая нужное место
на проводе. Если все делать правильно, то на уплотнителе в торце якоря будет формироваться характерный рисунок сетки.
Для шпунтования понадобится планка из стеклотекстолита или твердого дерева толщиной чуть меньше паза в узком месте, а шириной 8-12 мм.
Для верности, дополнительно затолкав провод в паз, ножницами, отрезаем края пазовой изоляции заподлицо с пакетом.
Завернув друг на другакрая изоляции внутри паза, вставляем шпунт.
Таким образом закрываем все пазы.
Загибаем и пропаиваем петушки на коллекторе. Кислоту использовать нельзя. В крайнем случае, какой нибудь активированный флюс.
Впрочем,если все хорошо зачищено, медь к меди прекрасно паяется обычным флюсом.
Далее надо уложить бандаж. Лучше всего подходят толстые х/б нитки. Нету? Пусть будут капроновыми.
Сделав 2-3 витка вокруг вала около коллектора, прокладываем нить вдоль паза.
Потом делаем неполный виток вокруг вала на другом конце якоря, возвращаем в тот же паз. Потом неполный виток вокруг вала около коллектора и в следующий паз.
Сам по себе бандаж- необязательная вещь, но она помимо уплотнения обмотки, добавляет эстетики и придает якорю законченный вид.
Перед пропиткой надо электрически проверить якорь, как там все получилось. Прозвонить обмотки. Если есть возможность, проверить на башмаке или измерить индуктивность.
Слева, то что получилось, справа, то что было. Видно, что разброс менее 10%.
Кстати, можно вообще собрать двигатель и крутнуть вхолостую. Секунд 10, не больше. От вибрации при вращении
может перетереться изоляция на проводе внутри обмоток.
Для пропитки якорь надо прогреть. Прихватываем к диаметральным ламелям проводки, подключаем к лабораторному источнику, на крайний случай к ЛАТРу, контроллируя ток. Плавно поднимаем напряжение, пробуем рукой. Как прогрелось до 60-70 град, существенно снижаем ток. Пока разведем смолу, пусть еще хорошо прогреется.
Разводим с отвердителем эпоксидную смолу. По объему- тяжело что-то рекомендовать. Вот у меня ушло на якорь полторы столовых ложки.
Если у вас нет опыта работы с эпоксидкой — проверьте за застывание следующим образом: небольшую каплю смолы нужно прогреть в слабой струе фена 300-350град.
По характеру закипания и застывания можно судить о правильности отношения отвердителя к смоле.
1. При нагреве сильно вскипает и тут же застывает в пене — много отвердителя.
2. При нагреве почти не кипит, после нагрева остается жидкой — мало отвердителя.
3. Правильная концентрация — смола закипает, но после нагрева прозрачная капля быстро густеет и застывает около минуты до стеклянного состояния.
Можно добавить пластификатор дибутилфтолат. Я добавляю полиуретановый клей в объеме примерно равным отвердителю. Он прекрасно растворяется
в объеме смолы. Существенно снижает хрупкость. При застывании смола от него немного белеет.
Приступаем к пропитке.
Если на рабочем конце вала есть нарезка для механизма, лучше замотать это место кусочком ткани и закрепить ниткой. Изолента в эпоксидной смоле раскисает.
Закрепив якорь вертикально, коллектором вверх. Небольшими порциями подаем смолу в пазы. Ждем пока в каждом пазу она покажется внизу.
Торопиться не надо. Смола — очень текучая субстанция. В прогретую обмотку впитывается лучше чем вода в сухую землю.
Потом переворачиваем якорь, ждем пока смола перетечет в сторону коллектора и пропитает уплотнитель из нитки. Не спешите добавлять смолу.Чтобы не было,как в известной поговорке — пекла бабка пироги и ворота в тесте.
Если смола попала между ламелей в коллекторе — надо вовремя (когда чуть загустеет) ее оттуда убрать кусочком картона подходящей толщины.Потом возвращаем в прежнее положение. Оключаем нагрев. Отдыхаем до окончательной полимеризации смолы.
Норма времени на застывание смолы при 60 град = 2часа. Хорошо бы после перемотки проточить коллектор. Если сильной канавы от щеток нет- просто зачистить наждачкой.
Протачивать коллектор должен токарь, который знает как это делается. Потому что некотоые даже не догадываются что такое коллектор и как выставить чтобы биения были меньше 0.05 мм.