Коллекторные электродвигатели

Ремонт и проверка работоспособности коллекторных электродвигателей стиральных машин.
В современных стиральных машинах используются несколько типов приводных двигателей:коллекторные, асинхронные, а также с прямымприводом барабана — они отличаются по принципу работы и по конструкции. Для обеспечения работы асинхронного двигателя требуется фазосдвигающий конденсатор — подобная схемавключения двигателя используется в большинстве старых моделей СМ.
В современных машинках для управления асинхронным двигателем используется сложная электронная система управления, поэтому его проверка без специальногостенда (или «тестовой» СМ) вызывает определенные затруднения. Еще большие проблемывызывает проверка двигателей с прямым приводом (например, они используются в машинах LGDirect Drive). Их трудно проверить отдельно, так как они являются частью конструкции бака. К тому же, для этих двигателей также необходимасложная система управления.
Наиболее просто (в том числе и в домашнихусловиях) можно проверить коллекторные двигатели, на этом мы остановимся более подробно.
В большинстве современных СМ приводные коллекторные двигатели включены по схеме, показанной на рис. 1.

Рис. 1. Схема включения коллекторного двигателяв СМ
 
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. Подобноерешение позволяет уменьшить проникновение помех (создаваемых искрами на коллекторе) в питающую сеть, — то есть получаетсясвоеобразный помехоподавляющий фильтр.

 
Изменение направление вращения вала двигателя производится изменением полярности включения обмотки статора. В некоторых моделях стиральных машин обмотка статора имеетотвод. 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. П1.2).

Рис. 2. Схема проверки коллекторного двигателя
 
Указанная схема имеет свои недостатки, одиниз которых заключается в том, что работоспособность двигателя с помощью нее полностью проверить все равно не удастся. Даже если вал двигателя и будет вращаться, подобная проверкавсе 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 возможныхнеприятных 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).

Рис. 3. Схема проверки коллекторного двигателяс балластом
Если в обмоткахдвигателя есть короткое замыкание и через нихпротекает повышенный ток, ТЭН будет заметнонагреваться.
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 позволяетплавно регулировать обороты двигателя и легкоконтролировать любые нештатные ситуации вего работе. В качестве защиты подобной схемыможно использовать обычный плавкий предохранитель номиналом 5—10 А).
Если ЛАТР найти неудалось, можно вместо него использовать электронный (симисторный) регулятор, рассчитанныйна 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 ищетками. Возникновение сильных искр в местеконтакта щеток и коллектора указывает на то, что двигатель неисправен. Подробнее на этоммы 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, ихотслоение.

Примечание.

Как правило, дефекты ламелей являютсяследствием короткого замыкания в обмоткахдвигателя.

 
На самом деле причин может больше, но мыостановимся подробно только на перечисленныхвыше, как наиболее характерных.
 Типовые неисправностиколлекторных двигателей Износ щеток
Износившиеся щетки на коллекторном двигателе необходимо своевременно заменять (лучше всего на оригинальные). Но как быть в случае, если нет возможности заменить щетки наоригинальные?

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 периметруколлектора). Следует учесть, что подобноеобильное 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 барабанстиральной машины не «проворачивается» сзагруженным в него бельем (за исключениемслучаев, когда щетки заклинивают в щеткодержателе — «зависают»).

 
Отметим, что замена щеток аналогами от других коллекторных двигателей достаточно сложнапо 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 соответствующимобразом обработать (обточить). Одной особенностью щеток моторов для стиральных машинявляется их значительная длина — это затрудняет подбор аналогов от других коллекторныхдвигателей, например, электроинструмента (нарис. 4. слева доказаны щетки с щеткодержателями от двигателя стиральной машины, а справа — от электроинструмента).

Рис. 4. Щетки
 
При установке «самодельной» щетки в щеткодержатель следует проверить ее свободное движение (без зацепов) по всей длине рабочего хода без боковоголюфта. 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, чистогографита и специального связующего вещества,прошедшая отжиг при температуре около 2500 °С). Этот материал (на примере отечественных электрографитовых щеток ЭГ-74) имееттвердость (15—50) х 107 Па и удельное сопротивление 35—75 мк Ом х м.
Дополнительную информацию на эту тему можно найти в ГОСТ 21888-82. В крайнем случае, при выборе материала щеток можно использовать обычный мягкийграфит — 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 (иего параметры) для щеток используют зарубежные производители, в полной мере непредставляется возможным.

 
Известно, что чем выше твердость щеток, темони 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 такжеобратить 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 строяротора.
Отметим, что после самостоятельного изготовления щеток, необходимо в нижней их частисделать фаски и при необходимости выполнить косой срез (если щетки «косые», или, если правильно, говорить «реактивные» — 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 егопо известной схеме (см. выше) через ЛАТРили электронный регулятор;
• запускают мотор на низких оборотах в течение нескольких минут;
• вынимают щетки и проверяют в их нижней части ширину «проточки» коллектором: еслиона в поперечном направлении составляетоколо 5 мм — процесс «притирки» закончен;
• если «проточка» на щетках составляет менее 5 мм, устанавливают их на место и вновьвключают 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 наповышенных оборотах может сопровождатьсявибрацией, поэтому его необходимо надежно закрепить;
• снимают двигатель со стенда и устанавливают его в стиральную машину;
• на СМ запускают режим короткой программыстирки (белье в барабан и моющие средства незагружают). 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 обмоткахстатора).
Подобный дефект также возможен по причине перегрева корпуса двигателя вследствие межвитковых замыканий в обмотках. При значительной температуре корпуса (обычно, более 90 °С) должен сработать защитный термостат (он разрывает цепь питания двигателя). Нормой считается температура корпуса двигателя не выше 70...80 °С — подобная температура может бытьдостигнута при выполнении так называемых«длинных» циклов стирки стиральной машины;2. Потеря мощности двигателя (межвитковыезамыкания в его обмотках).
Этот дефект может проявляться, например, если мотор не может «провернуть» барабан с загруженным в него бельем (без белья барабанвращается). Следует отметить, что аналогичныйдефект может наблюдаться при износе щетокмотора, а также при неисправности фазосдвигающего конденсатора, стоящего в цепи питаниямотора (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» валадвигателя), ламели на коллекторе нагреваются и отслаиваются (подробно об этом мы остановимся ниже).

Примечание.

При межвитковых замыканиях в секциях обмотки ротора обычно появляются сильныеискры 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 любымсоседним ламелям коллектора. Вращая вручную ротор, контролируют сопротивление его секций — во всех положениях вала сопротивлениемежду соседними ламелями должно быть одинаковым (0,1—0,4 Ом). Если сопротивление междуодними из соседних ламелей возрастает до 5...9 Ом (или более) — возможно, в этой секцииимеется обрыв обмотки.
Но не стоит отчаиваться — часто подобное проявление бывает вызвано неконтактом одной из ламелей в месте соединения ее с обмоткой (на краю каждой ламелиесть специальный крючок, который обеспечиваетсоединение с соответствующей, секцией обмоткиротора). 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 можетпривести 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. Самостоятельнаяперемотка, 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 ужецелого ряда компонентов в составе стиральноймашины — 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 группыкомандоаппарата 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 помощьюклея, 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).

Рис. 5. Перегрев и отслоение ротора
 
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, значительнопревышающего 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 иливследствие некорректных действий пользователей.
Если отслоение ламелей на коллекторе незначительное (менее 0,5 мм), подобный дефектустраняется проточкой самого коллектора на станке (не всегда, правда, с положительным эффектом). Не следует забывать, что после подобной операции в промежутках между ламелямиможет оставаться медная стружка (или пыль),поэтому необходимо тщательно очистить эти промежутки. Кроме того, на ламелях после проточки коллектора могут остаться заусеницы — ихтакже необходимо удалить.
Сам факт отслоения ламелей на коллекторелегко выявить как визуально — так, если вручную вращать ротор двигателя, щетки в этом случае будут издавать сильный характерный треск.