Коллекторные электродвигатели составляют основу переносных электроинструментов: электродрелей, электроперфораторов, электропил, "болгарок’’, а также бытовых машин: пылесосов, кофемолок и т.д. , все они работают от однофазного переменного тока. В этих электроинстументах обмотки возбуждения (статора) соединены через щетки последовательно с обмоткой якоря (рис.1).

Такие электродвигатели называют сериесными. Применение их в переносных электроинструментах вызвано возможностью регулировать в широких пределах их частоту вращения большим пусковым вращающим моментом, а также сравнительно малым их весом и габаритами. Однако коллекторные двигатели из-за наличия сложной якорной обмотки и коллектора со щетками являются трудоемкой, дорогой и менее надежной электромашиной по сравнению с бесколлекторными машинами переменного тока.

Коллекторые электродвигатели не выдерживают длительных перегрузок. Главными причинами, вызывающими их повреждение являются длительные перегрузки и частое заклинивание рабочего инструмента, например, сверла в бетонной стене. Именно по этим причинам через обмотки электродвигателя проходит большой переменный ток, который, во-первых, перегревает (прожигает) провод, а во-вторых, сильным переменным магнитным полем вызывает вибрацию витков обмоток статора и якоря. В результате всего этого происходит осыпание эмалевой изоляции провода и замыкание или обрыв витков в обмотках.

Внешними признаками повреждения коллекторного двигателя являются искрение по кругу (под щетками); уменьшение количества оборотов; падение мощности; быстрое нагревание (перегревание) обмоток статора и якоря и появление горелого запаха.

Осматривая разобранный электродвигатель можно выявить следы подгорания обмоток якоря и статора. Но истинную картину (что сгорело) можно получить, сделав измерения. Обе обмотки возбуждения (статора) проверяют электронным омметром, так как он имеет точность измерения до десятых долей ома. Если разность сопротивлений обмоток больше 0,2 Ом, то в обмотке с меньшим сопротивлением, есть замыкание витков, и ее следует заменить. Но на практике обмотка статора повреждается редко.

Электронным омметром можно иногда выявить и повреждения обмоток якоря, но чаще всего это сделать не удается из-за малого сопротивления его обмоток (мало витков и толстый провод). Поэтому по заданию мастерской по ремонту электроинструментов автор этой статьи разработал схему и методику проверки исправности якорей коллекторных электродвигателей с применением генератора и осциллографа. Подобная схема, по-видимому, где-то используется, но автору пришлось все начинать с нуля. Этим методом можно проверять якоря любых коллекторных электродвигателей включая и якоря автомобильных стартеров. Он обладает высокой чувствительностью и выявляет замыкание или обрыв витков обмоток якоря.

На рис.2 показана схема соединений генератора, осциллографа и обмоток якоря. Принцип работы установки заключается в следующем. С генератора переменное напряжение с частотой 50...200 кГц и стабильным уровнем подается на гнезда вертикального отклонения луча осциллографа Y (рис.2).

(нажмите для увеличения)

С другого гнезда того же генератора переменное напряжение с той же частотой, но с регулируемым уровнем подается через самодельные скользящие контакты на ламели коллектора (рис.2, 3) и далее на одну из обмоток якоря, где оно трансформируется во все обмотки того же якоря.

(нажмите для увеличения)

При помощи скользящих контактов это напряжение снимается из соседней ламели коллектора (соседней обмотки) и подается на гнезда горизонтального отклонения луча осциллографа X. Переключатель горизонтальной развертки при этом должен находиться в положении "Внешняя синхронизация" или "Внешняя развертка" (рис.2).

Изменяя частоту генератора (50...200 кГц), его уровень (0...0,25 В), положение переключателя осциллографа V/дел. (1 или 2 В), надо добиться изображения на экране осциллографа фигуры эллипса (рис.4,а). Далее, не спеша, вращая рукой установленный на станке якорь (рис.3), передвигая этим скользящие контакты по ламелям коллектора, наблюдают фигуры на экране осциллографа.

При передвижении на один шаг, на экране осциллографа появится эллипс немного меньших размеров (рис.4,б), при этом предыдущий размер эллипса на этом рисунке, показан пунктиром. У исправного якоря все эллипсы должны быть только этих двух размеров, чередуясь один за другим. Если в обмотках якоря есть замкнутые витки или обрыв, то при прохождении скользящих контактов по этим поврежденным обмоткам, на экране осциллографа будут появляться самые разнообразные фигуры (рис.5), сильно отличающиеся от фигур на рис.4.

(нажмите для увеличения)

Если таким способом обнаружен неисправный якорь, то восстановить работоспособность электродвигателя можно двумя путями: или заменить якорь на новый, заводского изготовления, или полностью перемотать все обмотки якоря (только в специализированной мастерской). В первом случае обойдется дороже, но надежнее (дольше будет работать), во втором - дешевле, но менее надежно.

Один из вариантов конструкции станка с установленным якорем, показан на рис.3. Скользящие контакты можно сделать из пластин реле рис.3 или пружинной проволоки (из булавки) рис.6.

В авторской установке использован генератор Г3-106 с перестраиваемой частотой 20 Гц ...200 кГц и регулируемым уровнем и осциллограф С1-114 с прямоугольным экраном 15 см по диагонали. При таком размере экрана удобнее наблюдать измеряемые фигуры.

Чтобы исключить влияние внешнего переменного электромагнитного поля на результаты измерений, все соединения в установке выполнены экранированным кабелем.

Автор выражает благодарность руководителю мастерской по ремонту электроинструментов Компанец Н. В. за оказанную помощь при подготовке этой статьи.

Автор: Н.П.Власюк