Содержание
Если в Вашей школе физику преподавали хорошо, то, наверняка, Вам запомнился опыт, наглядно объяснявший явление электромагнитной индукции.
Внешне это выглядело примерно так: учитель приходил в класс, дежурные приносили какие-то приборы и расставляли на столе. После объяснения теоретического материала начинался показ опытов, наглядно иллюстрирующий рассказ.
Электромагнитная индукция
Для демонстрации явления электромагнитной индукции требовались катушка индуктивности весьма значительных размеров, мощный прямой магнит, соединительные провода и прибор под названием гальванометр.
Гальванометр внешним видом представлял собой плоский ящик размером чуть побольше стандартного листа формата А4, а за передней стенкой, закрытой стеклом помещалась шкала с нулем посередине. За этим же стеклом можно было увидеть толстую черную стрелку. Все это было достаточно различимо даже с самых последних парт.
Выводы гальванометра с помощью проводов соединялись с катушкой, после чего внутри катушки просто рукой перемещался вверх – вниз магнит. В такт перемещениям магнита из стороны в сторону перемещалась стрелка гальванометра, что свидетельствовало о том, что через катушку протекает ток. Правда, уже после окончания школы, один знакомый учитель физики рассказывал, что на задней стенке гальванометра имелась потайная ручка, которой от руки приводилась в движение стрелка, если опыт не удавался.
Сейчас такие опыты кажутся простыми и почти не заслуживающими внимания. Но электромагнитная индукция теперь применяется во многих электрических машинах и приборах. В 1831 году ее изучением занимался Майкл Фарадей.
В то время еще не было достаточно чувствительных и точных приборов, поэтому ушло немало лет на то, чтобы догадаться, что магнит должен ДВИГАТЬСЯ внутри катушки. Пробовались различной формы и силы магниты, намоточные данные катушек также менялись, магнит к катушке прикладывался по-разному, но только переменный магнитный поток, достигнутый движением магнита, привел к положительным результатам.
Исследованиями Фарадея было доказано, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутой цепи, (катушка и гальванометр в нашем опыте) зависит от скорости изменения магнитного потока, ограниченного внутренним диаметром катушки. При этом абсолютно безразлично, каким образом происходит изменение магнитного потока: то ли за счет изменения магнитного поля, то ли за счет перемещения катушки в постоянном магнитном поле.
Самоиндукция, ЭДС самоиндукции
Самое интересное в том, что катушка находится в собственном магнитном поле, созданном протекающим через нее током. Если в рассматриваемом контуре (катушка и внешние цепи) ток будет по каким-либо причинам изменяться, то будет изменяться и магнитный поток, вызывающий ЭДС.
Подобная ЭДС носит название ЭДС самоиндукции. Изучением данного явления занимался замечательный русский ученый Э.Х. Ленц. В 1833 году он открыл закон взаимодействия магнитных полей в катушке, приводящий к самоиндукции. Этот закон известен теперь как закон Ленца. (Не путать с законом Джоуля – Ленца)!
Закон Ленца говорит о том, что направление индукционного тока, возникающего в проводящем замкнутом контуре таково, что он создает магнитное поле, противодействующее изменению того магнитного потока, которое вызвало появление индукционного тока.
При этом катушка находится в собственном магнитном потоке, который прямо пропорционален силе тока: Ф = L*I.
В этой формуле присутствует коэффициент пропорциональности L, также называемый индуктивностью или коэффициентом самоиндукции катушки. В системе СИ единица измерения индуктивности называется генри (Гн). Если при силе постоянного тока 1А катушка создает собственный магнитный поток 1Вб, то такая катушка обладает индуктивностью в 1Гн.
Подобно заряженному конденсатору, имеющему запас электрической энергии, катушка, через которую протекает ток, обладает запасом магнитной энергии. За счет явления самоиндукции, если катушка включена в цепь с источником ЭДС, при замыкании цепи ток устанавливается с задержкой.
В точности так же он не сразу прекращается при отключении. При этом на выводах катушки действует ЭДС самоиндукции, значение которой значительно (в десятки раз) превышает ЭДС источника питания. Например, подобное явление используется в катушках зажигания автомобилей, в строчных развертках телевизоров, а также в стандартной схеме включения люминесцентных ламп. Это все полезные проявления ЭДС самоиндукции.
В некоторых случаях ЭДС самоиндукции носит вредный характер: если транзисторный ключ нагружен обмоткой катушки реле или электромагнита, то для защиты от ЭДС самоиндукции параллельно обмотке устанавливают защитный диод полярностью обратной ЭДС источника питания. Это включение показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Защита транзисторного ключа от ЭДС самоиндукции.
Как обнаружить короткозамкнутые витки
Часто возникают сомнения, а нет ли в трансформаторе или обмотках двигателя короткозамкнутых витков? Для подобных проверок используются различные приборы, например, RLC – мосты либо самодельные приборы — пробники. Однако, проверить наличие короткозамкнутых витков можно при помощи простой неоновой лампы. Лампа может подойти любая – даже от неисправного электрочайника китайского производства.
Для проведения измерения лампу без ограничительного резистора необходимо подключить к исследуемой обмотке. Обмотка должна иметь наибольшую индуктивность; если это сетевой трансформатор, то подключайте лампу к сетевой обмотке. После этого через обмотку следует пропустить ток силой в несколько миллиампер. Для этой цели можно воспользоваться источником питания с последовательно включенным резистором, как показано на рисунке 2.
В качестве источника питания можно использовать батарейки. Если в момент размыкания питающей цепи наблюдается вспышка лампы, то катушка исправна, короткозамкнутых витков нет. (Чтобы последовательность действий была понятней на рисунке 2 показан выключатель).
Подобные измерения можно проводить, используя в качестве батареек стрелочный авометр, такой как ТЛ-4 в режиме измерения сопротивления *1 Ом. В этом режиме указанный прибор дает ток около полутора миллиампер, что вполне достаточно для проведения описанных измерений. Цифровой мультиметр для этих целей использовать нельзя – его тока не хватает для создания необходимой силы магнитного поля.
Подобные измерения можно провести в точности также, если неоновую лампу заменить собственными пальцами: для повышения разрешающей способности «измерительного прибора» пальцы следует слегка послюнить. При исправной катушке Вы почувствуете достаточно сильный удар током, конечно не смертельный, но и не очень приятный.
Рисунок 2. Обнаружение короткозамкнутых витков с помощью неоновой лампы.
Во время эксплуатации любого оборудования периодически возникают поломки разного характера, которые требуют качественного ремонта. Распространенные сегодня электродвигатели не являются тому исключением. Такие агрегаты могут выходить из строя в результате межвиткового замыкания. В такой ситуации может сгореть исправный, на первый взгляд, двигатель. Именно поэтому специалисты стараются своевременно определить замыкание межвиткового типа, чтобы качественно устранить причину неисправности.
Описание
Сложное межвитковое замыкание может возникнуть по причине нарушения изоляционного слоя ответственных элементов в многофункциональных электротехнических агрегатах. В классическом двигателе, кроме распространенного замыкания на корпус, часто присутствуют и другие проблемы. Чаще всего это может быть спровоцировано выходом из строя обмотки ротора или же статора. Специалистам удалось установить, что классическое межвитковое замыкание возникает в результате перегрева мотора. Когда на устройство воздействует повышенная температура, то сложно избежать разрушения нанесенного производителем лака, который выполняет роль надежной оболочки. Из-за этого витки оголяются и начинают постепенно взаимодействовать друг с другом, вызывая тем самым короткое замыкание. Даже если это точечная проблема, двигатель все равно не будет функционировать как раньше. Ликвидировать поломку можно только при помощи качественной перемотки.
Элементарная проверка
Первым делом необходимо аккуратно установить индуктор на платформе тормозного изделия и включить его в сеть. Переключатель следует перевести в положение 4. Якорь аккуратно укладывают на полюса индуктора, после чего закрепляют на валу приспособление для проворачивания якоря. Можно включить стенд. Мастеру предстоит аккуратно прижать щупы контактного агрегата к двум соседним коллекторам якоря. Немного проворачивая механизм, нужно отыскать положение, при котором показания механизма будут находиться на максимальной отметке. При помощи резистора устанавливают стрелку устройства на максимально удобную отметку шкалы. Необходимо постепенно проворачивать якорь, не меняя при этом пространственного положения щупов. Мастеру остается только считать показания прибора.
Важные нюансы
Экспертами был разработан универсальный прибор для проверки межвиткового замыкания. Но первым делом нужно точно установить факт отсутствия дополнительной нагрузки на мотор. Проблема может возникнуть по причине засорения воздушной системы или заедания механического отдела. Чтобы безошибочно определить межвитковое замыкание, необходимо некоторое время понаблюдать за работающим двигателем. В такой ситуации мастер заметит интенсивное круговое искрение. Может ощущаться неприятный запах горелой изоляции. Чтобы ликвидировать проблему, нужно ее своевременно определить. При стандартном визуальном осмотре, обмотки якоря не должны быть вспученными или почерневшими. Указывать на проблему может запах горелого. Мастер должен убедиться в том, что между пластинами коллектора нет замыкания.
Универсальный агрегат
При помощи многофункционального прибора для проверки межвиткового замыкания можно безошибочно измерить сопротивление между обмоткой и корпусом. В рабочем состоянии разница полученных данных остается незначительной. Если полученный показатель превышает отметку 11 процентов, то качественного ремонта не избежать. Мастеру придется заменить всю обмотку, которая будет иметь меньшее сопротивление. Основные ремонтные работы должны быть направлены на перематывание неисправных деталей. Такие манипуляции доступны только в специальных условиях. Работу можно доверить исключительно специалистам.
Помощь мультиметра
Универсальность этого устройства позволяет выполнить проверку межвиткового замыкания, чтобы своевременно устранить имеющуюся поломку. Любые ремонтные работы должны начинаться с разборки якоря электродвигателя. Причины могут возникнуть по следующим причинам:
- Износ и поломка щеток.
- Замыкание между пластинами.
- Отсутствие контакта на клеммах.
- Плохая изоляция.
- Слишком высокая температура для пластин коллектора.
Многолетний опыт экспертов свидетельствует о том, что сломанный стартер издает характерный звук гула, появляются искры, меняется интенсивность вращения якоря, образуются вибрации во время работы.
Самостоятельный ремонт
Чтобы проверить межвитковое замыкание на якоре, нужно аккуратно приложить к пластине коллектора стартер лампы. Нужно посмотреть, загорится лампочка либо нет. Если лампочка сработала, тогда мастеру нужно подумать о замене обмотки или всего ротора. Но если реакции нет, проверку нужно выполнить омметром. Сопротивление должно быть максимально низким, не более 9 кОм. Если замыкание межвитковое, тогда пригодится определенный прибор для проверки якоря стартера. Устранить эту проблему можно в том случае, если выровнять все провода и очистить их от лишнего мусора. Если все перечисленные рекомендации не подействовали, остается только выполнить перемотку якоря. При распайке коллекторных выводов необходимо демонтировать ротор и тщательно зачистить поверхность при помощи бормашины. Определить сгоревший аккумулятор можно только с помощью аккумулятора.
Вариант для профессионалов
Специалисты привыкли использовать качественный прибор для межвиткового замыкания. Такой агрегат предназначен исключительно для профессионального ремонта электрооборудования. Для работы понадобится катушка со скобой. Классическим мультиметром можно определить только обрыв на якоре. Для более качественной диагностики лучше использовать аналоговый тестер. Между всеми ламелями обязательно замеряют сопротивление. Во всех случаях показатели должны быть идентичными. В некоторых случаях обмотки могут не сгореть, да и коллектор остается невредимым. Определить замыкание межвиткового типа можно с помощью прибора с прочной скобой от трансформатора. Мультиметр устанавливают на отметку 180 кОм. Щуп аккуратно замыкают на массу, а второй поочередно прикладывают к каждой ламели коллектора. Если якорь по-прежнему не прозванивается на массу, то он абсолютно исправен.
Замыкание классического статора
Даже такое изделие подвержено межвитковому замыканию. Первым делом специалист обязательно проверяет обмотку статора на факт сопротивления. Но это не самый надежный метод. Многие факторы влияют на мультиметр, из-за чего он может отображать ошибочные данные. Итоговый результат во многом зависит от перемотки двигателя, а также от старости самого железа. Обычными клещами можно измерить ток и сопротивление. Если у мастера есть необходимый опыт, то он может определить поломку даже по звуку работающего двигателя. Но в этом случае обязательно должны быть рабочие подшипники, которые качественно смазаны. При желании мастер может задействовать осциллограф, но такой агрегат отличается большой стоимостью. Из-за этого приобрести агрегат могут далеко не все. На двигателе не должно быть следов масла, подтеков. Недопустимо наличие посторонних запахов. Качественным тестером проверяют обмотки на факт сопротивления. Если результаты отличаются друг от друга более чем на 11%, то причина поломки может крыться в замыкании.
Самодельное приспособление
Устранить межвитковое замыкание электродвигателя можно при помощи агрегата, сооруженного в домашних условиях. Для сборки нужно подготовить транзисторы КТ209 и КТ315, переменные резисторы на 47 кОм и 1 кОм. Питание изделия можно обеспечить при помощи батареи, а также высококачественного стабилизатора. Дополнительно нужно установить зеленый светодиод, который будет сигнализировать о включении агрегата, а оранжевый – контрольный. Последовательно с этими элементами включают резистор на 30 Ом. Стоит отметить, что рабочая плата имеет компактные размеры, за счет чего легко поместится в небольшой корпус.
Причины неисправностей
Межвитковое замыкание электродвигателя не является редкой проблемой. Такая неисправность встречается в 50% всех случаев поломок. Ситуация может возникнуть из-за повышенной нагрузки на электроустановку. Неправильная эксплуатация агрегата часто влечет за собой преждевременные поломки. Номинальную нагрузку можно определить по паспорту установки. Перегрузка может быть спровоцирована механическим повреждением самого мотора. Сухие либо заклинившие подшипники часто вызывают замыкание. Не исключен факт заводского брака. Если электродвигатель хранится в ненадлежащих условиях, то это всегда чревато тем, что обмотка просто отсыреет.
Изменение сопротивления
Определение межвитковое замыкание позволяет существенно упростить ремонтные работы. Чтобы качественно проверить мотор на факт сопротивления изоляции, опытные электрики активно используют мегометр с напряжением 500 В. Таким приспособлением можно безошибочно измерить сопротивление изоляции обмоток двигателя. Если электродвигатели обладают напряжением 12 В или 24 В, то без помощи тестера просто не обойтись. Изоляция таких обмоток не рассчитана на испытание под максимальным напряжением. Производитель всегда в паспорте к агрегату указывает оптимальное значение. Если тестирование показало, что сопротивление изоляции гораздо меньше оптимальных 20 Мом, то обмотки обязательно разъединяют и тщательно проверяют каждую по отдельности. Для собранного мотора показатель не должен быть ниже положенных 21 Мом. Если изделие долгое время пролежало в сыром месте, то перед эксплуатацией его обязательно просушивают в течение нескольких часов накальной лампой.
Неисправности трансформатора
Опытные специалисты привыкли в работе использовать универсальный индикатор межвиткового замыкания, который существенно упрощает поиск возникших поломок. Но даже профессионалы должны помнить о том, что выбор наиболее подходящего источника питания и его местоположения напрямую зависит от количества питаемых изделий и типа подключения. У трансформатора есть довольно распространенная неисправность – непредвиденное замыкание витков между собой.
Эту проблему не всегда можно определить при помощи классического мультиметра. Агрегат нужно тщательно осмотреть на предмет наличия визуальных дефектов. Провод обмоток обладает лаковой изоляцией. В случае ее пробоя между витками возникает сопротивление, которые выше 0. В такой ситуации может возникнуть перегрев оснащения. При визуальном осмотре на трансформаторе не должно быть следов копоти, обуглившихся частиц, вздутия заводской заливки, почернений. Мастер может узнать номинальное напряжение из прилагаемой к агрегату документации. Если отличие показателей составляет 45% и больше, то обмотка вышла из строя. Чтобы не усугубить ситуацию, ремонт столь ответственного элемента лучше доверить специалистам, которые обладают всеми необходимыми навыками.
Короткозамкнутые витки
Короткозамкнутые витки создают фазовый сдвиг между магнитными потоками под экранированной и неэкранированной частями полюса. Вследствие этого в воздушном зазоре двигателя образуется эллиптическое вращающееся магнитное поле. В результате взаимодействия этого поля с короткозамкну-тым ротором возникает вращающий момент. [17]
Наличие короткозамкнутых витков на полюсах двигателя вызывает значительные электрические потери, величина которых не зависит от нагрузки. Благодаря этому свойству двигатель с экранированными полюсами может находиться длительное время в режиме короткого замыкания ( обмотка статора включена в сеть, а ротор неподвижен), что удобно в ряде случаев эксплуатации двигателя. [18]
Появление короткозамкнутых витков эквивалентно шунтированию нагрузки RB — весьма малым сопротивлением; при этом перестает выполняться условие лозвикиовения регенеративного процесса, и блоквнг-геяератор не запускается. [19]
Сопротивление короткозамкнутых витков в основном активное, и токи короткого замыкания в витках синусоидальны. Это обусловливает синусоидальную составляющую в кривой намагничивающего тока, наличие которой легко обнаружить, так как намагничивающий ток сердечников из материалов обоих типов резко несинусоидален. [20]
Наличие короткозамкнутых витков на полюсах двигателя вызывает значительные электрические потери, величина которых не зависит от нагрузки. Благодаря этому свойству двигатель с экранированными полюсами может находиться длительное время в режиме короткого замыкания ( обмотка статора включена в сеть, а ротор неподвижен), что удобно в целом ряде случаев эксплуатации двигателя. [21]
Наличие короткозамкнутых витков , однако, приводит к увеличению времени действия реле, поэтому применение их нежелательно для быстродействующих реле постоянного тока. Проверка катушек на отсутствие короткозамкнутых витков производится с помощью соответствующих приборов. [23]
Наличие короткозамкнутых витков в силовом трансформаторе можно обнаружить, включив его на 1 — 1 5 часа в сеть переменного тока и оставив при этом ненагруженными все вторичные обмотки. Если при этом трансформатор не будет заметно нагреваться, то можно считать, что в нем отсутствуют короткозамкнутые витки. Можно также измерить омметром омические сопротивления обмоток: уменыые -; ние сопротивления обмотки по сравнению с указываемым заводом-изготовителем свидетельствует о наличии короткого, замыкания части обмотки. [24]
Наличие короткозамкнутых витков в обмотке звуковой катушки сказывается в значительном уменьшении громкости по сравнению с исправным громкоговорителем того же типа. [25]
Наличие короткозамкнутых витков на магнитопроводе, потерь в магнитопроводе на вихревые токи и перемагничивание аналогично появлению реактивного ( индуктивного) магнитного сопротивления в магнитной цепи. Активное магнитное сопротивление магнитопро-вода определяется магнитной проницаемостью материала. [27]
Наличие короткозамкнутых витков обмотки электромагнита характеризуется резким уменьшением сопротивления многовитковой обмотки переменному току. На магни-топровод насажена катушка возбуждения /, по которой проходит переменный ток. Испытуемая катушка 2 надевается на второй сердечник магнитопровода. [28]
Обрывы и короткозамкнутые витки в катушках выявляют с помощью прибора ОКВ-1, разработанного ЦНИИОМТП. [29]
