Conoscenza di base dei motori elettrici

1. Introduzione ai motori elettrici

Un motore elettrico è un dispositivo che converte l'energia elettrica in energia meccanica. Utilizza una bobina sotto tensione (ad esempio l'avvolgimento dello statore) per generare un campo magnetico rotante e agire sul rotore (ad esempio un telaio in alluminio chiuso a gabbia di scoiattolo) per generare una coppia di rotazione magnetoelettrica.

I motori elettrici si dividono in motori a corrente continua e motori a corrente alternata a seconda delle diverse fonti di alimentazione utilizzate. La maggior parte dei motori nel sistema elettrico sono motori a corrente alternata, che possono essere sincroni o asincroni (la velocità del campo magnetico dello statore del motore non mantiene la velocità sincrona con la velocità di rotazione del rotore).

Un motore elettrico è costituito principalmente da uno statore e un rotore, e la direzione della forza agente sul filo sotto tensione nel campo magnetico è correlata alla direzione della corrente e alla direzione della linea di induzione magnetica (direzione del campo magnetico). Il principio di funzionamento di un motore elettrico è l'effetto di un campo magnetico sulla forza agente sulla corrente, che fa ruotare il motore.

2. Divisione dei motori elettrici

① Classificazione in base all'alimentazione elettrica funzionante

In base alle diverse fonti di alimentazione, i motori elettrici possono essere suddivisi in motori a corrente continua (CC) e motori a corrente alternata (CA). I ​​motori a corrente alternata si dividono anche in motori monofase e motori trifase.

② Classificazione per struttura e principio di funzionamento

I motori elettrici possono essere suddivisi in motori a corrente continua (CC), motori asincroni e motori sincroni in base alla loro struttura e al principio di funzionamento. I motori sincroni possono anche essere suddivisi in motori sincroni a magneti permanenti, motori sincroni a riluttanza e motori sincroni a isteresi. I motori asincroni possono essere suddivisi in motori a induzione e motori a corrente alternata a collettore. I motori a induzione si dividono ulteriormente in motori asincroni trifase e motori asincroni a poli schermati. I motori a corrente alternata a collettore si dividono anche in motori monofase ad eccitazione in serie, motori a corrente alternata a corrente continua a doppio uso e motori repulsivi.

③ Classificato in base alla modalità di avvio e di funzionamento

I motori elettrici possono essere suddivisi in motori asincroni monofase con avviamento a condensatore, motori asincroni monofase azionati da condensatore, motori asincroni monofase con avviamento a condensatore e motori asincroni monofase a fase divisa, in base alle modalità di avviamento e di funzionamento.

④ Classificazione per scopo

I motori elettrici possono essere suddivisi in motori di azionamento e motori di controllo a seconda del loro scopo.

I motori elettrici per l'azionamento sono ulteriormente suddivisi in utensili elettrici (tra cui utensili per foratura, lucidatura, fresatura, taglio ed espansione), motori elettrici per elettrodomestici (tra cui lavatrici, ventilatori elettrici, frigoriferi, condizionatori d'aria, registratori, videoregistratori, lettori DVD, aspirapolvere, macchine fotografiche, soffiatori elettrici, rasoi elettrici, ecc.) e altre piccole apparecchiature meccaniche generali (tra cui varie piccole macchine utensili, piccoli macchinari, apparecchiature mediche, strumenti elettronici, ecc.).

I motori di controllo si dividono ulteriormente in motori passo-passo e servomotori.
⑤ Classificazione in base alla struttura del rotore

In base alla struttura del rotore, i motori elettrici possono essere suddivisi in motori a induzione a gabbia (precedentemente noti come motori asincroni a gabbia di scoiattolo) e motori a induzione con rotore avvolto (precedentemente noti come motori asincroni avvolti).

⑥ Classificato in base alla velocità operativa

I motori elettrici possono essere suddivisi in motori ad alta velocità, motori a bassa velocità, motori a velocità costante e motori a velocità variabile in base alla loro velocità di funzionamento.

⑦ Classificazione per forma protettiva

a. Tipo aperto (ad esempio IP11, IP22).

Ad eccezione della necessaria struttura di supporto, il motore non è dotato di una protezione speciale per le parti rotanti e sotto tensione.

b. Tipo chiuso (ad esempio IP44, IP54).

Le parti rotanti e sotto tensione all'interno dell'involucro del motore necessitano di una protezione meccanica adeguata per evitare contatti accidentali, ma ciò non ostacola significativamente la ventilazione. I motori protettivi si suddividono nelle seguenti tipologie in base alle diverse strutture di ventilazione e protezione.

ⓐ Tipo di copertura in rete.

Le aperture di ventilazione del motore sono coperte da coperture perforate per evitare che le parti rotanti e sotto tensione del motore entrino in contatto con oggetti esterni.

ⓑ Resistente alle gocce.

La struttura dello sfiato del motore può impedire ai liquidi o ai solidi che cadono verticalmente di entrare direttamente all'interno del motore.

ⓒ A prova di schizzi.

La struttura dello sfiato del motore può impedire a liquidi o solidi di entrare all'interno del motore in qualsiasi direzione entro un angolo verticale di 100°.

ⓓ Chiuso.

La struttura dell'involucro del motore può impedire il libero scambio d'aria tra l'interno e l'esterno dell'involucro, ma non richiede una sigillatura completa.

ⓔ Impermeabile.
La struttura dell'involucro del motore può impedire all'acqua di penetrare all'interno del motore con una certa pressione.

ⓕ Impermeabile.

Quando il motore è immerso in acqua, la struttura della carcassa del motore può impedire all'acqua di penetrare all'interno del motore.

ⓖ Stile di immersione.

Il motore elettrico può funzionare in acqua per lungo tempo alla pressione nominale.

ⓗ A prova di esplosione.

La struttura dell'involucro del motore è sufficiente a impedire che l'esplosione di gas all'interno del motore si trasmetta all'esterno, causando l'esplosione di gas combustibile all'esterno del motore. Articolo ufficiale "Mechanical Engineering Literature", distributore di benzina per ingegneri!

⑧ Classificati in base ai metodi di ventilazione e raffreddamento

a. Autoraffreddamento.

I motori elettrici sfruttano esclusivamente la radiazione superficiale e il flusso d'aria naturale per il raffreddamento.

b. Ventola autoraffreddata.

Il motore elettrico è azionato da una ventola che fornisce aria di raffreddamento per raffreddare la superficie o l'interno del motore.

c. Raffreddato con ventola.

La ventola che fornisce aria di raffreddamento non è azionata dal motore elettrico stesso, ma è azionata in modo indipendente.

d. Tipo di ventilazione della conduttura.

L'aria di raffreddamento non viene immessa o scaricata direttamente dall'esterno o dall'interno del motore, ma viene immessa o scaricata dal motore tramite tubazioni. Le ventole per la ventilazione delle tubazioni possono essere auto-raffreddate o raffreddate da altre ventole.

e. Raffreddamento a liquido.

I motori elettrici sono raffreddati a liquido.

f. Raffreddamento a gas a circuito chiuso.

Il fluido di raffreddamento del motore circola in un circuito chiuso che comprende il motore e il radiatore. Il fluido di raffreddamento assorbe calore quando attraversa il motore e lo rilascia quando attraversa il radiatore.
g. Raffreddamento superficiale e raffreddamento interno.

Il mezzo di raffreddamento che non attraversa l'interno del conduttore del motore è chiamato raffreddamento superficiale, mentre il mezzo di raffreddamento che attraversa l'interno del conduttore del motore è chiamato raffreddamento interno.

⑨ Classificazione per forma della struttura di installazione

La forma di installazione dei motori elettrici è solitamente rappresentata da codici.

Il codice è rappresentato dall'abbreviazione IM per installazione internazionale,

La prima lettera in IM rappresenta il codice del tipo di installazione, B rappresenta l'installazione orizzontale e V rappresenta l'installazione verticale;

La seconda cifra rappresenta il codice della caratteristica, rappresentato da numeri arabi.

⑩ Classificazione per livello di isolamento

Livello A, livello E, livello B, livello F, livello H, livello C. La classificazione del livello di isolamento dei motori è mostrata nella tabella seguente.

⑪ Classificato in base alle ore di lavoro stimate

Sistema di lavoro continuo, intermittente e di breve durata.

Sistema a servizio continuo (SI). Il motore garantisce un funzionamento a lungo termine al di sotto del valore nominale specificato sulla targhetta.

Funzionamento a breve termine (S2). Il motore può funzionare solo per un periodo di tempo limitato, al di sotto del valore nominale specificato sulla targhetta. Esistono quattro tipi di durata standard per il funzionamento a breve termine: 10 min, 30 min, 60 min e 90 min.

Sistema di funzionamento intermittente (S3). Il motore può essere utilizzato solo in modo intermittente e periodico al di sotto del valore nominale specificato sulla targhetta, espresso come percentuale di 10 minuti per ciclo. Ad esempio, FC = 25%; Tra questi, i valori da S4 a S10 appartengono a diversi sistemi di funzionamento intermittente in condizioni diverse.

9.2.3 Guasti comuni dei motori elettrici

I motori elettrici spesso subiscono vari guasti durante il funzionamento a lungo termine.

Se la trasmissione della coppia tra il connettore e il riduttore è elevata, il foro di collegamento sulla superficie della flangia presenta una grave usura, che aumenta la distanza di accoppiamento della connessione e porta a una trasmissione della coppia instabile; l'usura della posizione del cuscinetto causata da danni al cuscinetto dell'albero motore; l'usura tra le teste dell'albero e le sedi delle chiavette, ecc. Dopo il verificarsi di tali problemi, i metodi tradizionali si concentrano principalmente sulla saldatura di riparazione o sulla lavorazione meccanica dopo la placcatura a spazzola, ma entrambi presentano alcuni inconvenienti.

Lo stress termico generato dalla saldatura di riparazione ad alta temperatura non può essere completamente eliminato, il che è soggetto a piegature o fratture; tuttavia, la placcatura a spazzola è limitata dallo spessore del rivestimento ed è soggetta a sfaldamento, ed entrambi i metodi utilizzano metallo per riparare il metallo, il che non può modificare il rapporto "duro-duro". Sotto l'azione combinata di varie forze, causerà comunque usura.

I paesi occidentali moderni utilizzano spesso materiali compositi polimerici come metodi di riparazione per affrontare questi problemi. L'applicazione di materiali polimerici per la riparazione non influisce sullo stress termico della saldatura e lo spessore della riparazione non è limitato. Allo stesso tempo, i materiali metallici utilizzati non hanno la flessibilità necessaria per assorbire l'impatto e le vibrazioni delle apparecchiature, evitare la possibilità di usura e prolungare la durata dei componenti, con un notevole risparmio di tempi di fermo per le aziende e un enorme valore economico.
(1) Fenomeno di guasto: il motore non può avviarsi dopo essere stato collegato

Le ragioni e le modalità di gestione sono le seguenti.

① Errore di cablaggio dell'avvolgimento dello statore: controllare il cablaggio e correggere l'errore.

2. Circuito aperto nell'avvolgimento dello statore, cortocircuito a terra, circuito aperto nell'avvolgimento del motore con rotore avvolto: identificare il punto di guasto ed eliminarlo.

③ Carico eccessivo o meccanismo di trasmissione bloccato: controllare il meccanismo di trasmissione e il carico.

④ Circuito aperto nel circuito del rotore di un motore con rotore avvolto (scarso contatto tra la spazzola e l'anello di contatto, circuito aperto nel reostato, scarso contatto nel cavo, ecc.): identificare il punto del circuito aperto e ripararlo.

⑤ La tensione di alimentazione è troppo bassa: verificare la causa ed eliminarla.

⑥ Perdita di fase dell'alimentazione: controllare il circuito e ripristinare la trifase.

(2) Fenomeno di guasto: aumento eccessivo della temperatura del motore o fumo

Le ragioni e le modalità di gestione sono le seguenti.

① Sovraccarico o avviamenti troppo frequenti: ridurre il carico e il numero di avviamenti.

2. Perdita di fase durante il funzionamento: controllare il circuito e ripristinare la trifase.

③ Errore di cablaggio dell'avvolgimento dello statore: controllare il cablaggio e correggerlo.

④ L'avvolgimento dello statore è collegato a terra e si è verificato un cortocircuito tra spire o fasi: identificare la posizione del cortocircuito o della messa a terra e ripararla.

⑤ Avvolgimento del rotore a gabbia rotto: sostituire il rotore.

⑥ Mancanza di fase nell'avvolgimento del rotore avvolto: identificare il punto di guasto e ripararlo.

⑦ Attrito tra statore e rotore – Controllare che i cuscinetti e il rotore non siano deformati, ripararli o sostituirli.

⑧ Scarsa ventilazione: verificare che la ventilazione non sia ostruita.

⑨ Tensione troppo alta o troppo bassa – Verificare la causa ed eliminarla.

(3) Fenomeno di guasto: Vibrazione eccessiva del motore

Le ragioni e le modalità di gestione sono le seguenti.

① Rotore sbilanciato – bilanciamento del livellamento.

2. Puleggia sbilanciata o prolunga dell'albero piegata: controllare e correggere.

③ Il motore non è allineato con l'asse del carico: controllare e regolare l'asse dell'unità.

④ Installazione non corretta del motore: controllare le viti di installazione e di fondazione.

⑤ Sovraccarico improvviso: ridurre il carico.

(4)Fenomeno di guasto: suono anomalo durante il funzionamento
Le ragioni e le modalità di gestione sono le seguenti.

① Attrito tra statore e rotore – Controllare che i cuscinetti e il rotore non siano deformati, ripararli o sostituirli.

2. Cuscinetti danneggiati o scarsamente lubrificati: sostituire e pulire i cuscinetti.

3. Funzionamento con perdita di fase del motore: controllare il punto di circuito aperto e ripararlo.

④ Collisione della lama con l'involucro: controllare ed eliminare i guasti.

(5) Fenomeno di guasto: la velocità del motore è troppo bassa quando è sotto carico

Le ragioni e le modalità di gestione sono le seguenti.

① La tensione di alimentazione è troppo bassa: controllare la tensione di alimentazione.

2. Carico eccessivo: controllare il carico.

③ Avvolgimento del rotore a gabbia rotto: sostituire il rotore.

④ Contatto scarso o scollegato di una fase del gruppo di fili del rotore di avvolgimento: controllare la pressione della spazzola, il contatto tra la spazzola e l'anello di contatto e l'avvolgimento del rotore.
(6) Fenomeno di guasto: la carcassa del motore è sotto tensione

Le ragioni e le modalità di gestione sono le seguenti.

① Scarsa messa a terra o elevata resistenza di messa a terra – Collegare il filo di terra secondo le normative per eliminare guasti dovuti a scarsa messa a terra.

② Gli avvolgimenti sono umidi: sottoporsi a trattamento di essiccazione.

3. Danni all'isolamento, collisione dei cavi: immergere la vernice per riparare l'isolamento, ricollegare i cavi. 9.2.4 Procedure operative del motore

① Prima dello smontaggio, utilizzare aria compressa per soffiare via la polvere dalla superficie del motore e pulirla.

2. Selezionare il luogo di lavoro per lo smontaggio del motore e pulire l'ambiente in loco.

3. Conoscere le caratteristiche strutturali e i requisiti tecnici di manutenzione dei motori elettrici.

④ Preparare gli utensili necessari (inclusi gli utensili speciali) e l'attrezzatura per lo smontaggio.

⑤ Per comprendere meglio i difetti di funzionamento del motore, è possibile eseguire un test di ispezione prima dello smontaggio, se le condizioni lo consentono. A tal fine, il motore viene testato sotto carico e vengono verificati in dettaglio la temperatura, il rumore, le vibrazioni e altre condizioni di ciascuna parte del motore. Vengono inoltre testati tensione, corrente, velocità, ecc. Quindi, il carico viene scollegato e viene eseguito un test di ispezione a vuoto separato per misurare la corrente a vuoto e le perdite a vuoto, e vengono registrate le relative registrazioni. Resoconto ufficiale "Letteratura di Ingegneria Meccanica", stazione di servizio per ingegneri!

⑥ Interrompere l'alimentazione, rimuovere il cablaggio esterno del motore e conservare i registri.

⑦ Selezionare un megaohmetro di tensione adatto per testare la resistenza di isolamento del motore. Per confrontare i valori di resistenza di isolamento misurati durante l'ultima manutenzione e determinare l'andamento della variazione di isolamento e lo stato di isolamento del motore, i valori di resistenza di isolamento misurati a diverse temperature devono essere convertiti alla stessa temperatura, solitamente pari a 75 °C.

⑧ Verificare il rapporto di assorbimento K. Quando il rapporto di assorbimento K>1,33, indica che l'isolamento del motore non è stato influenzato dall'umidità o che il grado di umidità non è elevato. Per confrontare i dati con quelli precedenti, è inoltre necessario convertire il rapporto di assorbimento misurato a qualsiasi temperatura alla stessa temperatura.

9.2.5 Manutenzione e riparazione dei motori elettrici

Quando il motore è in funzione o non funziona correttamente, esistono quattro metodi per prevenire ed eliminare tempestivamente i guasti: osservare, ascoltare, annusare e toccare, per garantire il funzionamento sicuro del motore.

(1) Guarda

Osservare se si verificano anomalie durante il funzionamento del motore, che si manifestano principalmente nelle seguenti situazioni.

① Quando l'avvolgimento dello statore è in cortocircuito, è possibile che fuoriesca del fumo dal motore.

2 Quando il motore è gravemente sovraccarico o è fuori fase, la velocità rallenterà e si sentirà un forte "ronzio".

3 Quando il motore funziona normalmente, ma si ferma improvvisamente, potrebbero formarsi delle scintille in corrispondenza del collegamento allentato; fenomeno dovuto alla bruciatura di un fusibile o al blocco di un componente.

④ Se il motore vibra violentemente, ciò potrebbe essere dovuto a un inceppamento del dispositivo di trasmissione, a un fissaggio inadeguato del motore, a bulloni di fondazione allentati, ecc.

⑤ Se sui contatti e sui collegamenti interni del motore sono presenti scolorimenti, segni di bruciatura e macchie di fumo, ciò potrebbe indicare un surriscaldamento locale, un contatto scadente sui collegamenti dei conduttori o avvolgimenti bruciati.

(2) Ascolta

Durante il normale funzionamento, il motore dovrebbe emettere un ronzio uniforme e leggero, senza alcun rumore o suono particolare. Un rumore eccessivo, incluso rumore elettromagnetico, rumore dei cuscinetti, rumore di ventilazione, rumore di attrito meccanico, ecc., potrebbe essere un precursore o un fenomeno di malfunzionamento.

① Per quanto riguarda il rumore elettromagnetico, se il motore emette un suono forte e pesante, le cause potrebbero essere diverse.

a. Il traferro tra statore e rotore non è uniforme e il suono oscilla da alto a basso con lo stesso intervallo di tempo tra suoni alti e bassi. Ciò è causato dall'usura dei cuscinetti, che fa sì che statore e rotore non siano concentrici.

b. La corrente trifase è sbilanciata. Ciò è dovuto a una messa a terra non corretta, a un cortocircuito o a un contatto difettoso dell'avvolgimento trifase. Se il suono è molto sordo, indica che il motore è gravemente sovraccarico o fuori fase.

c. Nucleo di ferro allentato. Le vibrazioni del motore durante il funzionamento causano l'allentamento dei bulloni di fissaggio del nucleo di ferro, con conseguente allentamento della lamina di acciaio al silicio del nucleo di ferro e conseguente emissione di rumore.

2. Il rumore del cuscinetto deve essere monitorato frequentemente durante il funzionamento del motore. Il metodo di monitoraggio consiste nel premere un'estremità del cacciavite contro l'area di montaggio del cuscinetto e l'altra estremità vicino all'orecchio per sentire il rumore del cuscinetto in funzione. Se il cuscinetto funziona normalmente, il suono sarà un "fruscio" continuo e leggero, senza fluttuazioni di altezza o rumore di attrito metallico. Se si verificano i seguenti suoni, il problema è considerato anomalo.

a. Si sente un "cigolio" quando il cuscinetto è in funzione, che è un rumore di attrito metallico, solitamente causato da una mancanza di olio nel cuscinetto. Il cuscinetto deve essere smontato e riempito con una quantità adeguata di grasso lubrificante.

b. Se si avverte un "scricchiolio", si tratta del rumore prodotto dalla rotazione della sfera, solitamente causato dall'essiccazione del grasso lubrificante o dalla mancanza di olio. È possibile aggiungere una quantità adeguata di grasso.

c. Se si sente un suono di "clic" o "scricchiolio", si tratta del suono generato dal movimento irregolare della sfera nel cuscinetto, causato dal danneggiamento della sfera nel cuscinetto o dall'uso prolungato del motore e dall'essiccazione del grasso lubrificante.

3 Se il meccanismo di trasmissione e il meccanismo azionato emettono suoni continui anziché fluttuanti, è possibile gestirli nei seguenti modi.

a. I rumori periodici di "scoppiettio" sono causati da giunzioni irregolari della cinghia.

b. Il rumore periodico di "colpo" è causato da un accoppiamento o una puleggia allentati tra gli alberi, nonché da chiavette o sedi per chiavette usurate.

c. Il rumore irregolare della collisione è causato dalle pale del vento che collidono con la copertura della ventola.
(3) Odore

Anche l'odore del motore può essere identificato e prevenuto. Se si rileva un odore particolare di vernice, ciò indica che la temperatura interna del motore è troppo elevata; se si rileva un forte odore di bruciato, potrebbe essere dovuto alla rottura dello strato isolante o alla bruciatura dell'avvolgimento.

(4) Tocco

Anche toccare la temperatura di alcune parti del motore può determinare la causa del malfunzionamento. Per garantire la sicurezza, è consigliabile utilizzare il dorso della mano per toccare le parti circostanti l'involucro del motore e i cuscinetti. Se si riscontrano anomalie di temperatura, le cause possono essere diverse.

① Scarsa ventilazione. Ad esempio, distacco della ventola, condotti di ventilazione ostruiti, ecc.

2. Sovraccarico. Causa corrente eccessiva e surriscaldamento dell'avvolgimento dello statore.

3 Cortocircuito tra gli avvolgimenti dello statore o squilibrio di corrente trifase.

④ Avviamenti o frenate frequenti.

⑤ Se la temperatura attorno al cuscinetto è troppo elevata, la causa potrebbe essere un danneggiamento del cuscinetto o una mancanza di olio.