ידע בסיסי במנועים חשמליים

1. מבוא למנועים חשמליים

מנוע חשמלי הוא מכשיר הממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. הוא משתמש בסליל מופעל (כלומר סליל סטטור) כדי לייצר שדה מגנטי מסתובב ולפעול על הרוטור (כגון מסגרת אלומיניום סגורה בצורת כלוב סנאי) כדי ליצור מומנט סיבובי מגנטואלקטרי.

מנועים חשמליים מחולקים למנועי DC ומנועי AC בהתאם למקורות הכוח השונים בהם נעשה שימוש. רוב המנועים במערכת החשמל הם מנועי AC, שיכולים להיות מנועים סינכרוניים או מנועים אסינכרוניים (מהירות השדה המגנטי של הסטטור של המנוע אינה שומרת על מהירות סינכרונית עם מהירות סיבוב הרוטור).

מנוע חשמלי מורכב בעיקר מסטטור ורוטור, וכיוון הכוח הפועל על החוט המופעל בשדה המגנטי קשור לכיוון הזרם ולכיוון קו האינדוקציה המגנטית (כיוון השדה המגנטי). עקרון הפעולה של מנוע חשמלי הוא השפעת שדה מגנטי על הכוח הפועל על הזרם, וגורם למנוע להסתובב.

2. חלוקת מנועים חשמליים

① סיווג לפי ספק כוח פעיל

בהתאם למקורות הכוח השונים של מנועים חשמליים, ניתן לחלק אותם למנועי DC ומנועי AC. מנועי AC מחולקים גם למנועים חד פאזיים ומנועים תלת פאזיים.

② סיווג לפי מבנה ועקרון עבודה

ניתן לחלק מנועים חשמליים למנועי DC, מנועים אסינכרוניים ומנועים סינכרוניים בהתאם למבנה ולעקרון הפעולה שלהם. ניתן לחלק מנועים סינכרוניים גם למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע, מנועים סינכרוניים בעלי רילקטנס ומנועים סינכרוניים בעלי היסטרזיס. ניתן לחלק מנועים אסינכרוניים למנועי אינדוקציה ומנועי קומוטטור AC. מנועי אינדוקציה מחולקים עוד למנועים אסינכרוניים תלת פאזיים ומנועים אסינכרוניים בעלי מוט מוצל. מנועי קומוטטור AC מחולקים גם למנועים טוריים מעוררים חד פאזיים, מנועי AC DC דו-תכליתיים ומנועים דוחים.

③ מסווג לפי מצב הפעלה ופעולה

ניתן לחלק מנועים חשמליים למנועים אסינכרוניים חד-פאזיים המופעלים באמצעות קבלים, מנועים אסינכרוניים חד-פאזיים המופעלים באמצעות קבלים, מנועים אסינכרוניים חד-פאזיים המופעלים באמצעות קבלים ומנועים אסינכרוניים חד-פאזיים מפוצלים, בהתאם למצבי ההפעלה וההפעלה שלהם.

④ סיווג לפי מטרה

ניתן לחלק מנועים חשמליים למנועי הנעה ולמנועי בקרה בהתאם לייעודם.

מנועים חשמליים להנעה מחולקים עוד לכלי עבודה חשמליים (כולל כלי קידוח, ליטוש, ליטוש, חריצת חריצים, חיתוך והרחבה), מנועים חשמליים למכשירי חשמל ביתיים (כולל מכונות כביסה, מאווררים חשמליים, מקררים, מזגנים, מקליטי וידאו, נגני DVD, שואבי אבק, מצלמות, מפוחים חשמליים, מכונות גילוח חשמליות וכו'), וציוד מכני קטן כללי אחר (כולל כלי עבודה קטנים שונים, מכונות קטנות, ציוד רפואי, מכשירים אלקטרוניים וכו').

מנועי בקרה מחולקים עוד למנועי צעד ומנועי סרוו.
⑤ סיווג לפי מבנה הרוטור

על פי מבנה הרוטור, ניתן לחלק מנועים חשמליים למנועי אינדוקציה בעלי כלוב (שנקראו בעבר מנועים אסינכרוניים בעלי כלוב סנאי) ומנועי אינדוקציה בעלי רוטור מלופף (שנקראו בעבר מנועים אסינכרוניים מלופפים).

⑥ מסווג לפי מהירות פעולה

ניתן לחלק מנועים חשמליים למנועים במהירות גבוהה, מנועים במהירות נמוכה, מנועים במהירות קבועה ומנועים במהירות משתנה בהתאם למהירות הפעולה שלהם.

⑦ סיווג לפי צורת הגנה

א. סוג פתוח (כגון IP11, IP22).

למעט מבנה התמיכה הדרוש, למנוע אין הגנה מיוחדת לחלקים המסתובבים והחיים.

ב. סוג סגור (כגון IP44, IP54).

החלקים המסתובבים והחיים בתוך מארז המנוע זקוקים להגנה מכנית נחוצה כדי למנוע מגע מקרי, אך היא אינה פוגעת באופן משמעותי באוורור. מנועי הגנה מחולקים לסוגים הבאים בהתאם למבני האוורור וההגנה השונים שלהם.

ⓐ סוג כיסוי רשת.

פתחי האוורור של המנוע מכוסים בכיסוי מחורר כדי למנוע מגע בין החלקים המסתובבים והחיים של המנוע לבוא במגע עם עצמים חיצוניים.

עמיד בפני טפטופים.

מבנה פתח האוורור של המנוע יכול למנוע כניסה ישירה של נוזלים או מוצקים הנופלים אנכית לתוך פנים המנוע.

ⓒ עמיד בפני התזות.

מבנה פתח האוורור של המנוע יכול למנוע כניסת נוזלים או מוצקים לתוך פנים המנוע בכל כיוון שהוא בטווח זווית אנכית של 100 מעלות.

סגור.

מבנה מארז המנוע יכול למנוע חילופי אוויר חופשיים בתוך ומחוץ למארז, אך הוא אינו דורש איטום מלא.

עמיד למים.
מבנה מארז המנוע יכול למנוע חדירת מים בלחץ מסוים לתוך פנים המנוע.

ⓕ אטום למים.

כאשר המנוע טובל במים, מבנה מארז המנוע יכול למנוע חדירת מים לתוך פנים המנוע.

סגנון צלילה.

המנוע החשמלי יכול לפעול במים במשך זמן רב תחת לחץ מים מדורג.

ⓗ עמיד בפני פיצוץ.

מבנה מארז המנוע מספיק כדי למנוע מהתפוצצות גז בתוך המנוע להתפשט אל מחוץ למנוע, ולגרום לפיצוץ גז דליק מחוץ למנוע. דיווח רשמי "ספרות הנדסת מכונות", תחנת דלק של מהנדס!

⑧ מסווג לפי שיטות אוורור וקירור

א. קירור עצמי.

מנועים חשמליים מסתמכים אך ורק על קרינה מפני השטח וזרימת אוויר טבעית לצורך קירור.

ב. מאוורר קירור עצמי.

המנוע החשמלי מונע על ידי מאוורר המספק אוויר קירור לקירור פני השטח או פנים המנוע.

ג. הוא מקורר באמצעות מאוורר.

המאוורר המספק אוויר קירור אינו מונע על ידי המנוע החשמלי עצמו, אלא מונע באופן עצמאי.

ד. סוג אוורור צינור.

אוויר קירור אינו מוכנס או נשלט ישירות מבחוץ המנוע או מבפנים המנוע, אלא מוכנס או נשלט מהמנוע דרך צינורות. מאווררים לאוורור צינורות יכולים להיות מקוררים באופן עצמאי או מקוררים על ידי מאוורר אחר.

ה. קירור נוזלי.

מנועים חשמליים מקוררים באמצעות נוזל.

ו. קירור גז במעגל סגור.

סירקולציית המדיום לקירור המנוע מתבצעת במעגל סגור הכולל את המנוע והמצנן. מדיום הקירור סופג חום בעת מעברו דרך המנוע ומשחרר חום בעת מעברו דרך המצנן.
ז. קירור פני השטח וקירור פנימי.

אמצעי הקירור שאינו עובר דרך פנים מוליך המנוע נקרא קירור עילי, בעוד שמדיום הקירור שעובר דרך פנים מוליך המנוע נקרא קירור פנימי.

⑨ סיווג לפי טופס מבנה התקנה

צורת ההתקנה של מנועים חשמליים מיוצגת בדרך כלל על ידי קודים.

הקוד מיוצג על ידי הקיצור IM עבור התקנה בינלאומית,

האות הראשונה ב-IM מייצגת את קוד סוג ההתקנה, B מייצגת התקנה אופקית, ו-V מייצגת התקנה אנכית;

הספרה השנייה מייצגת את קוד המאפיין, המיוצג על ידי ספרות ערביות.

⑩ סיווג לפי רמת בידוד

רמה A, רמה E, רמה B, רמה F, רמה H, רמה C. סיווג רמת הבידוד של מנועים מוצג בטבלה שלהלן.

⑪ מסווג לפי שעות עבודה מדורגות

מערכת עבודה רציפה, לסירוגין וקצרת טווח.

מערכת הפעלה רציפה (SI). המנוע מבטיח פעולה ארוכת טווח תחת הערך המדורג המצוין על לוחית השם.

שעות עבודה קצרות (S2). המנוע יכול לפעול רק לפרק זמן מוגבל תחת הערך המדורג המצוין על לוחית השם. ישנם ארבעה סוגים של סטנדרטים של משך זמן לפעולה לטווח קצר: 10 דקות, 30 דקות, 60 דקות ו-90 דקות.

מערכת עבודה לסירוגין (S3). ניתן להשתמש במנוע לסירוגין ותקופתי רק תחת הערך המדורג שצוין על לוחית השם, מבוטא באחוזים של 10 דקות למחזור. לדוגמה, FC=25%; מביניהן, S4 עד S10 שייכות למספר מערכות עבודה לסירוגין בתנאים שונים.

9.2.3 תקלות נפוצות של מנועים חשמליים

מנועים חשמליים נתקלים לעיתים קרובות בתקלות שונות במהלך פעולה ארוכת טווח.

אם העברת המומנט בין המחבר למפחית גדולה, חור החיבור על פני האוגן מראה בלאי חמור, מה שמגדיל את פער ההתאמה של החיבור ומוביל לחוסר יציבות בהעברת המומנט; בלאי של מיקום המיסב הנגרם עקב נזק למיסב ציר המנוע; בלאי בין ראשי הציר לחריצי המפתח וכו'. לאחר התרחשות בעיות כאלה, שיטות מסורתיות מתמקדות בעיקר בריתוך תיקונים או עיבוד שבבי לאחר ציפוי מברשת, אך לשתיהן חסרונות מסוימים.

לא ניתן לבטל לחלוטין את הלחץ התרמי שנוצר בריתוך תיקון בטמפרטורה גבוהה, והוא נוטה לכיפוף או לשבר; עם זאת, ציפוי מברשת מוגבל על ידי עובי הציפוי ונוטה להתקלף, ושתי השיטות משתמשות במתכת לתיקון המתכת, דבר שאינו יכול לשנות את הקשר "קשה לקשה". תחת פעולה משולבת של כוחות שונים, הדבר עדיין יגרום לבלאי חוזר.

מדינות מערב עכשוויות משתמשות לעתים קרובות בחומרים מרוכבים פולימריים כשיטות תיקון כדי לטפל בבעיות אלו. השימוש בחומרים פולימריים לתיקון אינו משפיע על הלחץ התרמי בריתוך, ועובי התיקון אינו מוגבל. יחד עם זאת, לחומרי המתכת במוצר אין את הגמישות לספוג את הפגיעה והרטט של הציוד, למנוע אפשרות של בלאי חוזר ולהאריך את חיי השירות של רכיבי הציוד, ובכך לחסוך זמן השבתה רב עבור ארגונים וליצור ערך כלכלי עצום.
(1) תופעת תקלה: המנוע אינו יכול להתניע לאחר חיבורו

הסיבות ודרכי הטיפול הן כדלקמן.

① שגיאת חיווט סליל הסטטור - בדוק את החיווט ותקן את השגיאה.

② מעגל פתוח בסליל הסטטור, קצר חשמלי בהארקה, מעגל פתוח בסליל של מנוע רוטור מלופף - זהה את נקודת התקלה וטפל בה.

③ עומס מוגזם או מנגנון תיבת הילוכים תקוע - בדוק את מנגנון תיבת ההילוכים והעומס.

④ מעגל פתוח במעגל הרוטור של מנוע רוטור מלופף (מגע גרוע בין המברשת לטבעת ההחלקה, מעגל פתוח בריאוסטט, מגע גרוע במוליך וכו') - זהו את נקודת המעגל הפתוח ותקנו אותה.

⑤ מתח אספקת החשמל נמוך מדי - בדוק את הסיבה ופתר אותה.

⑥ אובדן פאזה באספקת החשמל - בדוק את המעגל ושחזר את התלת-פאזית.

(2) תופעת תקלה: עלייה גבוהה מדי בטמפרטורת המנוע או עשן

הסיבות ודרכי הטיפול הן כדלקמן.

① עמוס יתר על המידה או הפעלה תכופה מדי – הפחת את העומס והפחת את מספר ההפעלות.

② אובדן פאזה במהלך הפעולה - בדוק את המעגל ושחזר את התלת-פאזי.

③ שגיאת חיווט של סליל הסטטור - בדוק את החיווט ותקן אותו.

④ סליל הסטטור מוארק, ויש קצר חשמלי בין סיבובים או פאזות - זהו את מיקום ההארקה או הקצר חשמלי ותקנו אותו.

⑤ סליל רוטור הכלוב שבור - החלף את הרוטור.

⑥ פעולת פאזה חסרה של סליל הרוטור המפותל - זיהוי נקודת התקלה ותיקון שלה.

⑦ חיכוך בין הסטטור לרוטור – בדוק את המיסבים והרוטור לאיתור עיוותים, תקן או החלף.

⑧ אוורור לקוי - בדקו אם האוורור פתור בעיות.

⑨ מתח גבוה מדי או נמוך מדי – בדוק את הסיבה וטפל בה.

(3) תופעת תקלה: רעידות מנוע מוגזמות

הסיבות ודרכי הטיפול הן כדלקמן.

① רוטור לא מאוזן – איזון פילוס.

② גלגלת לא מאוזנת או הארכת ציר עקומה - בדוק ותקן.

③ המנוע אינו מיושר עם ציר העומס – בדוק וכוונן את ציר היחידה.

④ התקנה לא נכונה של המנוע - בדוק את ברגי ההתקנה והיסוד.

⑤ עומס יתר פתאומי - הפחת את העומס.

(4) תופעת תקלה: רעש חריג במהלך הפעולה
הסיבות ודרכי הטיפול הן כדלקמן.

① חיכוך בין הסטטור לרוטור – בדוק את המיסבים והרוטור לאיתור עיוותים, תקן או החלף.

② מיסבים פגומים או משומנים בצורה לקויה - החליפו ונקו את המיסבים.

③ פעולת אובדן פאזה של המנוע - בדוק את נקודת המעגל הפתוח ותקן אותה.

④ התנגשות להב עם מעטפת - בדיקה ותיקון תקלות.

(5) תופעת תקלה: מהירות המנוע נמוכה מדי כאשר הוא תחת עומס

הסיבות ודרכי הטיפול הן כדלקמן.

① מתח אספקת החשמל נמוך מדי – בדוק את מתח אספקת החשמל.

② עומס מוגזם - בדוק את העומס.

③ סליל רוטור הכלוב שבור - החלף את הרוטור.

④ מגע לקוי או מנותק של פאזה אחת של קבוצת חוטי הרוטור של הסליל - בדוק את לחץ המברשת, את המגע בין המברשת לטבעת ההחלקה ואת סליל הרוטור.
(6) תופעת תקלה: מארז המנוע פעיל

הסיבות ודרכי הטיפול הן כדלקמן.

① הארקה לקויה או התנגדות הארקה גבוהה – חבר את חוט ההארקה בהתאם לתקנות כדי למנוע תקלות הארקה לקויה.

② הפיתולים לחים - יש לעבור טיפול ייבוש.

③ נזק לבידוד, התנגשות עם חוטים – טבלו את הצבע לתיקון הבידוד, חברו מחדש את החוטים. 9.2.4 נהלי הפעלת המנוע

① לפני הפירוק, השתמש באוויר דחוס כדי להסיר את האבק מפני השטח של המנוע ולנגב אותו.

② בחר את מיקום העבודה לפירוק המנוע ונקה את הסביבה באתר.

③ היכרות עם המאפיינים המבניים ודרישות התחזוקה הטכניות של מנועים חשמליים.

④ הכינו את הכלים הדרושים (כולל כלים מיוחדים) והציוד לפירוק.

⑤ על מנת להבין טוב יותר את הפגמים בפעולת המנוע, ניתן לבצע בדיקת בדיקה לפני הפירוק, אם התנאים מאפשרים זאת. לשם כך, המנוע נבדק תחת עומס, ונבדקים בפירוט הטמפרטורה, הרעש, הרטט ותנאים אחרים של כל חלק במנוע. נבדקים גם המתח, הזרם, המהירות וכו'. לאחר מכן, העומס מנותק ונערכת בדיקת בדיקה נפרדת ללא עומס למדידת הזרם ללא עומס ואובדן ללא עומס, ונערכים רישומים. דיווח רשמי "ספרות הנדסת מכונות", תחנת דלק של מהנדס!

⑥ נתק את אספקת החשמל, הסר את החיווט החיצוני של המנוע ושמור תיעוד.

⑦ בחר מגו-אוהמד מתח מתאים לבדיקת התנגדות הבידוד של המנוע. על מנת להשוות את ערכי התנגדות הבידוד שנמדדו במהלך התחזוקה האחרונה ולקבוע את מגמת שינוי הבידוד ומצב הבידוד של המנוע, יש להמיר את ערכי התנגדות הבידוד שנמדדו בטמפרטורות שונות לאותה טמפרטורה, בדרך כלל מומר ל-75 ℃.

⑧ בדקו את יחס הספיגה K. כאשר יחס הספיגה K > 1.33, משמעות הדבר היא שבידוד המנוע לא הושפע מלחות או שרמת הלחות אינה חמורה. על מנת להשוות לנתונים קודמים, יש צורך גם להמיר את יחס הספיגה שנמדד בכל טמפרטורה לאותה טמפרטורה.

9.2.5 תחזוקה ותיקון של מנועים חשמליים

כאשר המנוע פועל או מתקלקל, ישנן ארבע שיטות למניעה וטיפול בתקלות בצורה יעילה, כלומר, הסתכלות, האזנה, ריח ומגע, כדי להבטיח את פעולתו הבטוחה של המנוע.

(1) מבט

שימו לב אם ישנן חריגות במהלך פעולת המנוע, המתבטאות בעיקר במצבים הבאים.

① כאשר סליל הסטטור קצר, ייתכן שייראה עשן מהמנוע.

② כאשר המנוע עמוס יתר על המידה או יוצא מפאזה, המהירות תאט ויישמע צליל "זמזום" כבד.

③ כאשר המנוע פועל כרגיל, אך נעצר לפתע, עלולים להופיע ניצוצות בחיבור הרופף; תופעה של נתיך שרוף או רכיב תקוע.

④ אם המנוע רוטט באלימות, ייתכן שהדבר נובע מתקיעה של התקן תיבת ההילוכים, קיבוע לקוי של המנוע, ברגי יסוד רופפים וכו'.

⑤ אם יש שינוי צבע, סימני שריפה וכתמי עשן במגעים ובחיבורים הפנימיים של המנוע, זה מצביע על כך שייתכן שיש התחממות יתר מקומית, מגע לקוי בחיבורי המוליך או סלילים שרופים.

(2) האזינו

המנוע אמור להשמיע צליל "זמזום" אחיד וקליל במהלך פעולה רגילה, ללא כל רעש או צלילים מיוחדים. אם נפלט רעש רב מדי, כולל רעש אלקטרומגנטי, רעש מיסבים, רעש אוורור, רעש חיכוך מכני וכו', ייתכן שמדובר בתקלה מוקדמת או תופעה של תקלה.

① לרעש אלקטרומגנטי, אם המנוע פולט צליל חזק וכבד, ייתכנו מספר סיבות.

א. מרווח האוויר בין הסטטור לרוטור אינו אחיד, והצליל משתנה בין גבוה לנמוך עם אותו מרווח זמן בין צלילים גבוהים לנמוכים. זה נגרם עקב שחיקה של המסבים, הגורם לסטטור ולרוטור להיות לא קונצנטריים.

ב. זרם התלת-פאזי אינו מאוזן. הסיבה לכך היא הארקה שגויה, קצר חשמלי או מגע לקוי של סליל התלת-פאזי. אם הצליל עמום מאוד, זה מצביע על כך שהמנוע עמוס יתר על המידה או יוצא משלב הפאזה.

ג. ליבת ברזל רופפת. רטט המנוע במהלך הפעולה גורם לברגי הקיבוע של ליבת הברזל להתרופף, מה שגורם ליריעת פלדת הסיליקון של ליבת הברזל להתרופף ולפלוט רעש.

② יש לנטר רעשי מסב לעתים קרובות במהלך פעולת המנוע. שיטת הניטור היא ללחוץ קצה אחד של המברג כנגד אזור ההרכבה של המיסב, והקצה השני קרוב לאוזן כדי לשמוע את צליל פעולת המיסב. אם המיסב פועל כרגיל, הצליל שלו יהיה צליל "רשרוש" קטן ורציף, ללא תנודות בגובה או צליל חיכוך מתכתי. אם מופיעים הצלילים הבאים, הדבר נחשב לחריג.

א. יש צליל "חריקה" כאשר המיסב פועל, שהוא צליל חיכוך מתכתי, הנגרם בדרך כלל מחוסר שמן במיסב. יש לפרק את המיסב ולהוסיף לו כמות מתאימה של גריז סיכה.

ב. אם יש צליל "חריקה", זהו הצליל שנוצר כאשר הכדור מסתובב, בדרך כלל נגרם כתוצאה מייבוש גריז סיכה או מחוסר שמן. ניתן להוסיף כמות מתאימה של גריז.

ג. אם יש צליל "נקישה" או "חריקה", זהו הצליל שנוצר כתוצאה מתנועה לא סדירה של הכדור במיסב, הנגרמת כתוצאה מנזק לכדור במיסב או משימוש ממושך במנוע, וייבוש גריז הסיכה.

③ אם מנגנון ההילוכים והמנגנון המונע פולטים צלילים רציפים ולא קולות משתנים, ניתן לטפל בהם בדרכים הבאות.

א. צלילי "פקיעה" תקופתיים נגרמים כתוצאה מחיבורים לא אחידים ברצועה.

ב. צליל "חבטה" תקופתי נגרם כתוצאה מחיבור או גלגלת רופפים בין הצירים, כמו גם ממפתחות או פתחי מפתח שחוקים.

ג. רעש ההתנגשות הלא אחיד נגרם כתוצאה מהתנגשות להבי הרוח במכסה המאוורר.
(3) ריח

על ידי הרחת ריח המנוע, ניתן גם לזהות ולמנוע תקלות. אם מתגלה ריח מיוחד של צבע, זה מצביע על כך שהטמפרטורה הפנימית של המנוע גבוהה מדי; אם מתגלה ריח חזק של שרוף או שרוף, זה יכול להיות בגלל קריסה של שכבת הבידוד או שריפה של הסליל.

(4) מגע

נגיעה בטמפרטורה של חלקים מסוימים במנוע יכולה גם לקבוע את סיבת התקלה. כדי להבטיח בטיחות, יש להשתמש בגב כף היד כדי לגעת בחלקים הסובבים של גוף המנוע והמיסבים בעת המגע. אם מתגלות חריגות בטמפרטורה, ייתכנו לכך מספר סיבות.

① אוורור לקוי. כגון מאוורר מנותק, צינורות אוורור חסומים וכו'.

② עומס יתר. גורם לזרם יתר ולהתחממות יתר של סליל הסטטור.

③ קצר חשמלי בין סלילי הסטטור או חוסר איזון בזרם תלת פאזי.

④ התנעה או בלימה תכופות.

⑤ אם הטמפרטורה סביב המיסב גבוהה מדי, הדבר עלול להיגרם כתוצאה מנזק למיסב או מחוסר שמן.