Упрощенный ремонт болгарки

В статье описаны технологические советы, уп­рощающие сложные и трудоемкие процессы на­мотки якорей и статоров электрифицированного инструмента. В статье кратко описаны конструкции электродвигателей ручного инструмента, приведе­ны схемы обмоток и их подключение, рисунки при­способления и подробное описание технологиче­ских процессов по их ремонту и монтажу.

Большинство ручного электрифицированного инструмента (в основном, это электродрели, пер­фораторы, «болгарки», циркульные пилы, шуруповерты, цепные пилы и т.п.) содержит сетевые кол­лекторные электродвигатели, которые, в основном, состоят из статора с двумя электромаг­нитными полюсами, якоря (рис.1) и щеточного механизма с двумя графитными щетками. Основ­ными причинами отказов электродвигателей явля­ются нарушение технологии при производстве, механические перегрузки и превышение длитель­ности непрерывной работы. В результате чего пе­регревается обмоточный провод, который при этом расширяется, что разрушает его изоляцию и приводит к замыканию витков. Возможны также обрывы концов обмоток от ламелей коллектора, если они не имеют бандажа. Описанные в литера­туре методы ремонта обмоток якорей и статоров рекомендуют сложную технологию перемотки проводом того же диаметра, в результате чего не­обходимо намотать 1000-2000 витков тонкого провода с помощью специальных приспособлений [1]. А это требует соответствующего опыта, знаний и кропотливого труда.

Чаще всего выходят из строя якоря двигателей, которые имеют более сложную конструкцию и бо­лее плотную укладку обмоточного провода в пазах якоря. Наличие короткозамкнутых витков или об­рывов концов обмоток в якоре при исправных щет­ках и коллекторе проявляется в виде кругового ис­крения щеток, быстрого нагрева инструмента и потере мощности двигателя. Обрывы концов об­моток устраняются путем пайки концов к ламелям коллектора, наложением бандажа из ниток и рав­номерной пропиткой его эпоксидным клеем. Сложность перемотки якоря на порядок выше по сравнению с перемоткой статора, к тому же тре­бует его статической и динамической балансиров­ки, поэтому чаще всего авторы публикаций пред­лагают заменять их новыми, заводского изготовления. Это проще всего, но дорого.

Столкнувшись с аналогичной проблемой у мо­ей «болгарки» и определив, что ее механическая часть находится в хорошем состоянии, мне стало жалко ее выбрасывать, и было решено перемотать ее якорь, который имел обмотки с потемневшей изоляцией. О наличии короткозамкнутых витков я дополнительно убедился, измеряя индуктивность обмоток между соседними ламелями коллектора мультиметром типа MY6243 фирмы Mastech. Тестером это определить невозможно, так как доля сопротивления одного короткозамкнутого витка ничтожна по сравнению с сопротивлением целой обмотки, а вот на индуктивность обмотки коротко- замкнутый виток влияет существенно. Авторы публикаций в Интернете по ремонту электродви­гателей рекомендуют выжигать обмотки якорей, так как они пропитаны клеем или лаком — просто извлечь или размотать их невозможно. Процесс выжигания требует снятия шарикоподшипников и может привести к деформации вала, что рекомен­дуется устранять после путем высокоточной проточки якоря на токарном станке после его пере­мотки. Естественно, мной это было отвергнуто и использована другая технология.

Обхватив якорь полоской толстого мягкого картона, зажал его в тиски так, чтобы он плотно держался и не деформировался. Ножовкой по ме­таллу с мелкими зубьями вплотную к обоим тор­цам пазов рабочей части якоря обрезал обмотки, несколько раз проворачивая и переставляя якорь. Торцы обрезанных секций обмоток не должны вы­ступать из пазов якоря. После этого якорь слегка зажимается в тиски торцами рабочей части. Под­бирается стальной стержень с плоским торцом и диаметром, чуть меньшим ширины паза якоря. Этим стержнем и молотком выпрессовываются ча­сти обрезанных секций обмоток. При этом также выпрессовываются клинья, которыми крепятся обмотки в верхних частях пазов. Клинья необходи­мо сохранить. После этого якорь необходимо подготовить к намотке провода.

Для облегчения процесса намотки якоря было решено использовать более толстый, чем ис­пользованный в якоре, и имеющийся в наличии провод ПЭВ-2-0,5, в результате чего, с соответст­вующей перемоткой обмоток статора, двигатель станет низковольтным. Каким будет рабочее напряжение инструмента, не столь важно, и будет определено в процессе испытаний питанием его от ЛАТРа. Главное, чтобы инструмент работал. Учитывая, что двигатель будет низковольтным, было решено отказаться от изоляционных прокладок и создать изоляцию пазов и торцов якоря путем нанесением тонкого слоя эпоксидного клея. Все острые углы на стыках пазов и торцевой части якоря перед нанесением клея закругляются круглым надфилем. Желательно отполировать ламели коллектора нулевой наждачной шкуркой и прочистить зазоры между ними. Места подключения концов обмоток к ламелям необходимо зачистить и залудить. После нанесения и полимеризации клея якорь готов к намотке обмоток.

Данный якорь имеет 12 пазов и 24 коллектор­ные ламели. Щетки размещены перпендикулярно оси полюсов статора. Учитывая, что в якоре при­менена схема петлевой обмотки, в каждом пазу бу­дет размещено по четыре секции. Схема намотки для такого варианта двигателя показана на рис.2 [2]. Вверху показаны полюса якоря, а внизу — ла­мели коллектора. На схеме видно, что четыре сек­ции начинают появляться в пазу между полюсами 5 и 6, а заканчивают появляться в конце намотки между полюсами 4 и 5. Если щетки двигателя располагаются вдоль оси полюсов статора, то концы обмоток должны быть смещены на 90°, то есть кон­цы, подпаянные к ламели 1, должны быть подпа­яны к ламели 7 и т.д. Об этом важном моменте в литературе упоминается очень не внятно либо во­обще не упоминается [1].

Исходя из площади поперечного сечения паза, сечения нового обмоточного провода, и с учетом коэффициента заполнения, было определено, что в один паз помещается 40 витков. Количество вит­ков одной секции будет равно 10. Малое количество витков секции и повышенный диаметр провода до 0,5 мм позволяет производить намотку яко­ря вручную без специальных приспособлений и больших трудозатрат. Для намотки провода якорь аккуратно через мягкие прокладки зажимается в настольные тиски крыльчаткой вентилятора кол­лектором к себе. Катушка с проводом располага­ется внизу на горизонтальном стержне. Конец про­вода зачищается и припаивается к ламели 1.

В начале на­мотки провод возле коллек­тора левой ру­кой слегка прижимается в направлении вала, а правой рукой наматы­вается первый виток. Прогибы концов провода возле коллектора необходимы для намотки бандажа по окончанию намотки якоря и должны быть одинаковыми. В процессе намотки необходимо постоянно контролировать отсутствие замыканий наматываемого провода на корпус, чтобы потом не перематывать все заново. Для этого на коллектор и вал якоря наматывается по несколько витков оголенных проводов, к концам которых подключается омметр. Последующие витки продолжают наматываться правой рукой, а левой рукой провод равномерно укладывается на торцах якоря и придерживается для выравнивания и ук­ладки провода в пазы. Конец секции формуется под бандаж, зачищается, складывается вдвое, сжимается плоскогубцами, чтобы устранить пет­лю, припаивается к следующей ламели и являет­ся началом следующей секции.

По мере намотки якорь в тисках переставляет­ся на нужный угол, а провод в пазах уплотняется плоской деревянной палочкой. Конец последней секции припаивается к ламели 1. После намотки всех секций на провод возле коллектора наматы­вается бандаж из тонких ниток. После этого необ­ходимо обновить все пайки и сделать их по воз­можности одинаковыми. Это и последующая равномерная пропитка обмоток и бандажа необ­ходимы для сохранения статической и динамиче­ской балансировки якоря. В авторском варианте ремонта это удалось. Перед пропиткой можно якорь и эпоксидный клей нагреть примерно до 40°С на комнатной батарее или масляном радиа­торе. На коллектор, для защиты от попадания клея, намотать пару витков изоленты. Клей равномер­но наносится узким деревянным шпателем, сна­чала на бандаж затем на торцевые части секций со стороны коллектора. Якорь немного подержать вертикально вверх коллектором. После этого на­нести клей в пазы и вставить клинья. Далее закре­пить в тисках якорь вертикально коллектором вниз за шарикоподшипник через мягкий картон и нанести клей на торцевые части секций со сторо­ны крыльчатки вентилятора. Такое крепление даст возможность вращать якорь и следить за вытека­ющим клеем, чтобы своевременно убирать излиш­ки и выравнивать его поверхность.

Шпатель для этой цели необходимо пропитать машинным маслом. Процесс полимеризации эпоксидного клея происходит медленно и длится около 4 ч, поэтому после первых 30 мин следить за процессом можно реже и периодически пере­ворачивать якорь в вертикальном положении. По­сле полной полимеризации клея якорь готов к ус­тановке на свое место, но после перемотки обмоток статора.

Для перемотки статор необходимо извлечь из корпуса. В авторском варианте статор плотно вставлен в сформованное для него место в корпу­се, до упора задней части. Передняя его часть фиксируется пластмассовым цилиндром, кото­рый двумя высту­пами упирается в статор между об­мотками, а четырь­мя выступами — в съемный корпус редуктора. Для из­влечения статора необходимо отсо­единить четыре его вывода и вытя­нуть из корпуса.

Если статор не удается извлечь простым путем, то необходимо при­менить винтовой механизм, например, показан­ный на рис.З,

1 — верхняя опорная пластина;

2 — корпус статора;

3 — железо статора;

4 — центрирующая шайба;

5 — нижняя опорная пластина.

Возможно, между верхней пластиной и корпу­сом будет необходимо подкладывать деревянные рейки по бокам статора.

Исходя из того, что обмотки статора включены последовательно со щетками якоря, а верхняя и нижняя части обмоток якоря подключаются к щет­кам параллельно, сечение провода статора долж­но быть в два раза больше провода якоря. Учиты­вая, что обмотки статора менее плотны и лучше охлаждаются, это соотношение может быть умень­шено до 1,8-1,9. Соотношение количества витков статора к количеству витков в пазу якоря в реальном двигателе равно 3,4. В этом варианте обе об­мотки статора должны иметь 40×3,4=136 витков. В результате обмотки статора были намотаны про­водом ПЭВ-2-0,62 по 70 витков.

Для намотки обмоток необходимо изготовить оправку. Для этого из фанеры толщиной равной ширине паза статора вырезается прямоугольник с закругленными торцами. Ширина прямоугольни­ка равна ширине узкой части полюса плюс 5 мм, длина его на 2 см больше длины статора. Из тон­кой фанеры или текстолита вырезается две щеч­ки, ширина и длина которых на 2 см больше пре­дыдущей детали. По углам одна щечка крепится симметрично к внутренней детали короткими шу­рупами (4 шт.), в которой возле внутренней дета­ли сверлится отверстие для закрепления провода начала катушки (рис.4).

Вторая щечка крепится гайкой при сборке. По центру оправки сверлится сквозное отверстие диаметром 8,2 мм. В это от­верстие вставляется болт или шпилька с резьбой М8 и с помощью гаек оправка зажимается, как по­казано на рис.5, где обозначены:

4 — внутренняя деталь;

Для крепления этого приспособления исполь­зуется дрель, которая любым способом крепится к столу, например, привязывается к тискам так, чтобы ее патрон выступал за край столешницы.

Приспособление зажимается в патрон, и мож­но приступать к намотке катушек. Перед началом намотки с обоих торцов оправки необходимо лип­кой стороной внутрь приклеить полоски изоленты длиной около 8 см к внутренней детали и к щеч­кам для закрепления витков катушки после намот­ки. Провод начала катушки вставляется в отвер­стие, закрепляется на шпильке, и производится намотка путем вращения оправки одной рукой и укладки провода другой рукой без особой натяж­ки. После намотки гайку 7 отвинчивают, оправку с катушкой снимают со шпильки, кладут на стол и снимают верхнюю щечку. Нижние концы изолен­ты укорачивают так, чтобы они не загибались при наложении на их липкую поверхность верхних концов. После этого катушку снимают и ее витки окончательно закрепляют изолентой.

Точно также наматывают вторую катушку. Выводы катушек должны быть направлены в сторону коллектора и иметь запас по длине на случай переполюсовки выводов по отношению к щеткам коллектора, если двигатель будет вращаться не в нужном направлении. Статор двигателя кладут на стол полюсом вниз. На нем монтируют первую катушку. В пазы полюсов вклеивают полоски бумаж­ной изоляции быстросохнущим клеем. Сначала вставляют одну сторону катушки, затем путем рас­тяжки ее по ширине вставляют вторую сторону ка­тушки. После этого ста­тор переворачивают и точно также монтируют вторую катушку. Очень важно, чтобы при монта­же катушек, когда они находятся внизу, их на­чала были с одной и той же стороны. А в собран­ном виде начала катушек будут диаметрально про­тивоположны. Выступающие торцевые части кату­шек формуют так, как показано на рис.6, и пропитывают эпоксидным клеем вместе с боковы­ми частями.

После полимеризации клея двигатель собирают, концы статорных обмоток подпаивают к контактам щеткодержателей по схеме рис.7, проверяют сопротивление изоляции, которое должно быть не менее 1 МОм.

Графитные щетки заменяют медно-графитны­ми, так как при той же мощности и меньшем напря­жении питания увеличится ток двигателя, при ко­тором графитные щетки будут перегреваться. В авторском варианте были использованы обрабо­танные на заточном станке по размеру графитных щеток сработанные щетки от стартера автомоби­ля. После этого двигатель подключают к ЛАТРу и плавным повышением напряжения запускают. Ес­ли направление вращения окажется обратным, то необходимо выводы статора, подключенные к щеткам, поменять местами. После этого инстру­мент собирают окончательно и испытывают на ра­ботоспособность и нагрев в условиях реальной резки металла в течение примерно 10 мин. При этом измеряют вольтметром то напряжение, при котором инструмент работает так же, как и ранее, исходя из опыта прежней его эксплуатации. В ав­торском варианте инструмент нормально работа­ет от напряжения 50 В. Для удобства эксплуатации изготовлен понижающий трансформатор с выво­дами вторичной обмотки 40 В, 50 В и 60 В на слу­чаи колебаний напряжения сети. К тому же транс­форматор осуществляет развязку сети 220 В от инструмента, что повышает электробезопасность работ. Если питать инструмент постоянным током, то его мощность увеличится при меньшем питаю­щем напряжении, а нагрев уменьшится за счет от­сутствия токов Фуко в статоре.

В заключение полезно отметить, что увеличе­ние диаметра обмоточного провода повышает процент меди в пазу по отношению к его изоляции, так как несколько тонких проводников с таким же суммарным сечением содержат внутреннюю изо­ляцию, которая занимает больше места, чем изо­ляция одного толстого проводника. Соблюдая из­ложенные выше рекомендации и соотношение витков обмоток статора и якоря, можно таким об­разом ремонтировать большинство из перечис­ленных выше электроинструмента, а также при ре­монте изготовить инструмент на напряжение 12 В и питать его от бортовой сети автомобиля в мес­тах, где нет промышленной сети 220 В / 50 Гц.

Литература

1. Кокорев А.С. Электрослесарь по ремонту эле­ктрических машин. — М.: Высшая школа, 1989. — С.40-51.
2. Кремса Р.В. Ремонт якорей электродвигате­лей малой мощности // Электрик. — 2005. — №11-12. -С. 13.
3. Хрущев В. В. Электрические машины систем ав­томатики. — Л.: Энергоатомиздат, 1985. — С. 124-126.

Автор: Анатолий Журенков, г. Запорожье

Источник: журнал Радиоаматор №9, 2015