Двигатели, о которых идет речь, являются более современными и начали широко использоваться с 2005 года. Первой компанией, которая внедрила эту технологию, стала LG, что позволило ей занять лидирующие позиции на рынке продаж стиральных машин на длительный срок. На сегодняшний день такие двигатели получили более широкое распространение: их устанавливают и такие известные бренды, как Samsung, Bosch и AEG, что доказывает их популярность и высокую эффективность.
Коллекторные электродвигатели стиральных машин
В современных стиральных машинах применяются различные типы приводных двигателей, среди которых коллекторные, асинхронные, а также двигатели с прямым приводом барабана. Эти двигатели различаются по принципу работы и конструкции. Для функционирования асинхронного двигателя требуется наличие фазосдвигающего конденсатора, такая схема используется как минимум в большинстве старых моделей стиральных машин.
Современные стиральные машины применяют сложные электронные системы управления для управления асинхронными двигателями, что создает определенные трудности при тестировании без специальных испытательных стендов или «тестовых» систем. Двигатели с прямым приводом, такие как те, которые используются в концепции LG DirectDrive, представляют собой еще большую сложность для тестирования, так как они составляют часть конструкции резервуара. Кроме того, такие двигатели требуют более сложных систем управления, что также усложняет диагностику их работы.
Однако коллекторные электродвигатели легче всего контролировать и обслуживать, о чем мы поговорим более подробно в дальнейшем. В большинстве современных стиральных машин коллекторные приводные двигатели интегрированы в системы следующим образом, это можно видеть на схеме, представленной на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема подключения коллекторного двигателя в стиральной машине.
Из данной схемы становится очевидно, что порядок питания двигателя выглядит так: 220 В поступает на управляющий симистор, который управляет скоростью вращения двигателя, далее электрический ток проходит через реле инвертора (первого или второго типа), затем попадает на обмотку статора, а затем на обмотку ротора и возвращается обратно к 220 В.
Управление обмоткой статора в стиральных машинах может осуществляться как через контактные группы блочных систем управления, так и посредством реле, расположенных в электронном блоке. Направление вращения вала двигателя может быть изменено путем изменения полярности обмотки статора. В некоторых моделях стиральных машин предусмотрена возможность подключения обмотки статора через кран, который используется в режиме вращения. Это означает, что питание подается на одну из концов обмотки статора и на указанную выше клемму. Когда обмотка статора подключена таким образом через концевые клеммы, стиральная машина работает в обычном режиме стирки, двигатель функционирует на низкой скорости.
В простейших случаях многие технические мастерские соединяют обмотки статора и ротора (якоря) последовательно и подают электрическое сетевое напряжение для проверки работы двигателя, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Управление двигателем с коммутатором.
Тем не менее, данная система тоже имеет свои недостатки. Одним из них является то, что она не всегда позволяет полноценно протестировать работу двигателя. Даже если вал двигателя вращается, такое тестирование не выявит скрытых дефектов, которые могут возникнуть при работе двигателя в реальных условиях эксплуатации стиральной машины, например, под нагрузкой с загруженной одеждой.
Дополнительно стоит отметить, что данная схема коммутации не обладает защитными функциями: если обмотки двигателя окажутся в состоянии короткого замыкания, это может привести к «разряжению» двигателя, что представляет собой риск для его дальнейшей работы. Чтобы избежать возможных негативных последствий во время испытания двигателя, в его электронную цепь необходимо внедрить дополнительный балласт. Для этого можно использовать, к примеру, нагревательный элемент от стиральной машины (как видно на рисунке 3) или мощную лампу, обладающую мощностью 500 Вт и более.
Рисунок 3. Схема испытания двигателя с использованием балластного резистора.
Если в обмотках двигателя произойдет короткое замыкание и через них пройдет повышенный ток, нагревательный элемент существенно нагреется, что может стать диагностическим сигналом о неисправности.
Еще один способ динамического управления мощностью двигателя заключается в последовательном соединении обмоток двигателя, как показано на рисунке 2, но с использованием лабораторного автотрансформатора, который должен иметь мощность не менее 500 Вт.
Типовые неисправности коллекторных двигателей
Одной из типичных проблем, возникающих в коллекторных двигателях, является износ щеток. Щетки в таких двигателях необходимо заменять своевременно, желательно на оригинальные детали, чтобы обеспечить максимальную надежность и долговечность работы двигателя. Однако, что делать, если нет возможности заменить щетки на оригинальные?
Во многих случаях износ щеток можно определить визуально или по интенсивности искрения на коллекторе двигателя: это может происходить как под нагрузкой, когда в баке находится стиральная машина белье, так и без нагрузки, когда искрение становится особенно заметным. Если искрение возникает не равномерно по всей окружности коллектора, это также может свидетельствовать о проблемах с щетками. Следует отметить, что подобное искрение может наблюдаться даже в случае установки новых щеток.
Мощность двигателя может снижаться при сильном износе щеток. Например, если барабан стиральной машины с бельем не вращается, это может быть связано с проблемами, когда щетки заклинило в щеткодержателе, что тоже приводит к их «замораживанию».
Важно отметить, что замена щеток на аналоги или щетки от других коллекторов может быть проблематичной по нескольким причинам. Мы перечислим некоторые из них и обсудим рекомендации по замене щеток на альтернативные варианты.
В отдельных электрических двигателях щетки часто имеют другую форму и размеры, поэтому их нужно предварительно обработать (например, отшлифовать) перед установкой. Щетки, используемые в двигателях стиральных машин, обычно имеют значительную длину, что также усложняет поиск подходящих сменных деталей от других электрических двигателей, таких как те, что применяются в электроинструментах (на рисунке 4 слева показаны щетки для двигателя стиральной машины, а справа — для электроинструмента).
Рисунок 4. Щетки.
При установке «самодельной» щетки в щель следует убедиться, что она свободно перемещается по всей длине рабочего хода без заеданий и бокового зазора. Такой люфт может привести к перекосу щетки в щеткодержателе и, в конечном итоге, к возможному «заклиниванию» — т.е. застреванию в щеткодержателе, что может привести к потере контакта с коллектором.
Щетки должны быть изготовлены из так называемого электрографита — это специальная смесь сажи, чистого графита и связующего вещества, которая обрабатывается при высокой температуре около 2500 °C. Данные электрографитовые щетки, например, ЭГ-74, отличаются твердостью в диапазоне 15-50 х 10^7 Па и удельным сопротивлением 35-75 мкОм х м.
Дополнительно обращаем внимание на то, что более подробная информация по этому вопросу содержится в стандарте ГОСТ 21888-82. В крайнем случае, можно заменить щетки на обычный мягкий графит, но в таком случае срок службы щеток будет гораздо меньшим.
Чем выше твердость щеток (т.е. чем медленнее они изнашиваются), тем следует учитывать, что слишком «жесткие» щетки могут вызвать быстрый износ коллектора. Это находится в идеальном балансе, поэтому при исключительных обстоятельствах можно предположить, что материалы щеток, используемые в коллекторных двигателях зарубежных стиральных машин, совпадают с вышеуказанными характеристиками.
При выборе аналогичных щеток необходимо обратить внимание на наличие медного хвостика (если он есть на оригинальных щетках). Если щетки подбираются в соответствии с необходимыми размерами, желательно использовать пружину сжатия от старых щеток в качестве дополнения.
Стоит избегать использования графитовых щеток с медным покрытием, так как такие щетки предназначены для работы при низком напряжении и могут создавать проблемы. Медная пыль, которая может возникать в результате их работы, может привести к короткому замыканию между лопастями коллектора и, как следствие, к поломке ротора.
Межвитковые замыкания (или обрыв) в обмотках статора или ротора
При возникновении обрыва или короткого замыкания в обмотках могут проявляться следующие характерные неисправности:
1. Двигатель не работает (обрыв в обмотке статора).
Данная неисправность также может возникнуть из-за перегрева корпуса двигателя, что приводит к повреждению обмотки. Если температура корпуса превышает 90 °C, защитный термостат срабатывает и прерывает цепь питания двигателя. Температура корпуса до 70-80 °C, как правило, может быть достигнута во время выполнения «длинных» циклов стирки стиральной машиной.
2. Потеря мощности двигателя (взаимное замыкание обмоток двигателя).
Такой дефект может возникнуть, например, когда двигатель не может «провернуть» барабан с заготовленным бельем. Если же без него барабан вращается нормально, то причина может заключаться в износе щеток двигателя или неисправности фазосдвигающего конденсатора в цепи питания (особенно в старых моделях стиральных машин). Исходя из этого, эти элементы следует также учитывать, проводя поиск возможных причин потери мощности двигателя.
3. Отсоединение лопастей ротора.
Ситуация, когда ток через обмотки двигателя значительно возрастает, может произойти из-за короткого замыкания или «заклинивания» вала двигателя. В таких случаях пластины коммутатора могут перегреваться и отсоединяться. О неисправности обмотки ротора можно быстро определить с помощью омметра: подключите его к любой соседней пластине коллектора. Поверните ротор вручную и проверьте сопротивление между секциями ротора — в всех положениях вала оно должно быть равным (обычно в пределах 0,1-0,4 Ом). Если сопротивление между некоторыми плоскостями увеличивается, например, до 5,9 Ом или более, это может свидетельствовать о наличии неисправности в этой секции.
Кроме того, не стоит отчаиваться: причиной этой проблемы может быть разрушение одного из ламинатов в месте соединения с обмоткой. На каждом ламинате есть специальный крючок, который обеспечивает соединение с соответствующей частью обмотки ротора; в таких случаях дефектный крючок можно аккуратно «прижать» для восстановления контакта.
Важно отметить, что в подобных случаях пайка недопустима, так как она не приведет к ожидаемым результатам — при сильном нагреве пайка может разрушиться, и, как следствие, цепь снова станет нарушенной. Кроме того, центробежная сила может распылять остатки олова, что приведет к непредсказуемым последствиям. Вдобавок, наварка шин может нарушить балансировку ротора, что в конечном итоге также повлияет на увеличение вибрации во время работы стиральной машины.
В двигателе также может возникать короткое замыкание обмоток (замыкание между обмотками, например, из-за повреждения изоляции), но в данном случае исправить ситуацию не получится — необходимо будет заменить весь двигатель или перемотать обмотки. Замена обмоток якоря, как правило, в большинстве случаев оказывает негативное влияние на работу устройства, так как требует высококвалифицированного подхода и специализированного оборудования, которое можно использовать только в заводских условиях.
Также следует отметить, что короткое замыкание в обмотках двигателя может привести к повреждению множества компонентов внутри стиральной машины, включая сгоревшие или поврежденные контакты в разъемах электронного блока и соединительных кабелей, а также повреждение цепевых элементов в самом аппарате, таких как реверсивные реле, силовые триоды и контактные группы блока управления и прочее.
