Несимметричное напряжения на обмотках статора асинхронного электродвигателя


СОДЕРЖАНИЕ:

Несимметричное напряжения на обмотках статора асинхронного электродвигателя

Михаил Соркинд, ООО «Новатек-Электро», г. Санкт-Петербург

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (далее по тексту – АД) обычно рассчитаны на срок службы 15–20 лет без капитального ремонта при условии их правильной эксплуатации [1, 2]. Под правильной эксплуатацией АД понимается его работа в соответствии с номинальными параметрами, указанными в паспортных данных электродвигателя. Однако в реальной жизни имеет место значительное отступление от номинальных режимов эксплуатации. Это в первую очередь связано с плохим качеством питающего напряжения и нарушением правил технической эксплуатации: технологические перегрузки, условия окружающей среды (повышенные влажность, температура), снижение сопротивления изоляции, нарушение охлаждения.
Последствием таких отклонений являются аварийные режимы работы АД. В результате аварий ежегодно выходят из строя до 10% применяемых электродвигателей. Например, 60% скважных электронасосных агрегатов выходят из строя чаще одного раза в году [3]. Выход из строя АД приводит к тяжелым авариям и большому материальному ущербу, связанному с простоем технологического оборудования, устранением последствий аварий и ремонтом вышедшего из строя электродвигателя. Простой ремонт электрической машины мощностью до 1 кВт обходится в 5–6 долларов США. Чтобы оценить, во что обойдется ремонт более мощной машины, надо просто умножить эту цифру на мощность двигателя. Помимо этого, работа в условиях, отличных от номинальных, ведет к повышенному энергопотреблению из сети, увеличению потребляемой реактивной мощности.
Совершенно очевидно, что применение надежной и эффективной защиты от аварийных режимов работы значительно сократит количество и частоту аварийных ситуаций и продлит срок службы АД, сократит расход электроэнергии и эксплутационные расходы. Но для того чтобы выбрать эту защиту, необходимо знать, как и от чего необходимо защищать АД, а также специфику процессов, протекающих в нем в случае аварий.

АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ МЕХАНИЧЕСКИЕ АВАРИИ АД К таким авариям относятся:

  • деформация или поломка вала ротора;
  • ослабление крепления сердечника статора к станине;
  • ослабление опрессовки сердечника ротора;
  • выплавление баббита в подшипниках скольжения;
  • разрушение сепаратора, кольца или шарика в подшипниках качения;
  • поломка крыльчатки, отложение пыли и грязи в подвижных элементах и пр.

Причиной большинства механических аварий являются радиальные вибрации из-за асимметрии питающей сети (т. н. перекос фаз), механические перегрузки на валу электродвигателя, брак комплектующих элементов или допущенный при сборке. До 10% всех аварий АД имеют механическое происхождение. При этом 8% приходится на долю аварий, связанных с асимметрией фаз и только 2% на аварии, связанные с механическим перегрузом. Доля аварий, связанных с браком, мала, и поэтому ее можно не принимать во внимание при настоящем рассмотрении. Оценка вероятностей возникновения механических аварий отсутствует, большая их часть носит скрытый характер и выявляется только после соответствующих испытаний или разборки двигателя. Однако постоянный контроль сетевого напряжения и нагрузки на валу АД позволяет в большинстве случаев свести эту вероятность к минимуму.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АВАРИИ АД

Они в свою очередь делятся на три типа:

  • сетевые аварии, связанные с авариями в питающей электросети (повышение-понижение напряжения, частоты);
  • токовые аварии, связанные с обрывом проводников в обмотках статора, ротора или кабеля, межвитковым и междуфазным замыканием обмоток, нарушением контактов и разрушением соединений, выполненных пайкой или сваркой; аварии, приводящие к пробою изоляции в результате нагрева, вызванного протеканием токов перегруза или короткого замыкания;
  • аварии, связанные со снижением сопротивления изоляции вследствие ее старения, разрушения или увлажнения.

СЕТЕВЫЕ АВАРИИ «ПО ГОСТ»

Качество электроэнергии на территории РФ определяет ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [4]. ГОСТ определяет соответствие стандартам целого ряда показателей, в первую очередь таких, как отклонения напряжения и частоты, коэффициент гармонической составляющей четного и нечетного порядка, коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжения и пр. Из-за аварий на питающих подстанциях, КЗ в распределительных сетях, коммутационных и грозовых возмущений, неравномерности распределения нагрузки по фазам, фактические значения ряда показателей больше допустимых, что ведет к аварийным режимам работы АД. По статистическим данным, до 80% аварий электродвигателя напрямую или косвенно связаны именно с авариями сетевого напряжения [3]. Анализ показателей качества электрической энергии (ПКЭ) относительно условий работы АД показывает, что, например, при уменьшении напряжения в сети возрастает ток статора, что ведет к интенсивному нагреву изоляции АД и сокращению срока службы вследствие ускоренного старения изоляции. Повышение напряжения приводит к увеличению магнитного потока статора, тока намагничивания, нагреву сердечника (вплоть до «пожара» в стали), росту потребляемой из сети реактивной мощности. В таблице 1 приведены обобщенные данные о влиянии основных показателей качества электрической энергии на режимы работы асинхронных двигателей.

СЕТЕВЫЕ АВАРИИ «ВНЕ ГОСТ»

Следует отметить, что существует еще несколько типов сетевых аварий, которые происходят наиболее часто, но напрямую ГОСТом не регламентируются, т. к. являются крайними случаями проявления несимметричных режимов работы АД. Это обрыв одной из фаз, нарушение последовательности фаз и «слипание» фаз.
Обрыв фаз, как правило, связан с обрывом жилы питающего кабеля, сгоревшим предохранителем, или отключением автомата в одной из линий, или обрывом самой линии. При соединении обмоток двигателя звездой напряжение в двух фазах делится поровну и составляет половину линейного Uф = Uл / 2, а в третьей отсутствует. Такие режимы приводят к повышенному энергопотреблению из сети, перегреву обмоток статора. Поле из вращающегося превращается в пульсирующее, ток в оборванной фазе будет отсутствовать, в двух других увеличится на 50%. Двигатель не разворачивается даже на холостом ходу. В некоторых типах двигателей в случае, если обрыв произошел во время работы двигателя, на оборванной фазе генерируется т. н. напряжение «рекуперации», близкое по фазе и амплитуде к сетевому. Двигатель переходит в тормозной режим работы и, если его не отключить, сгорает в течение нескольких минут.
Аварийный режим «слипания» фаз происходит в случае обрыва одной из питающих фаз и замыкании ее со стороны двигателя на другую фазу. При этом одно и то же фазное напряжение подается на две фазы двигателя, на третьей остается в норме. При незначительной амплитудной несимметрии наблюдается значительная фазная несимметрия, приводящая к появлению значительных напряжений обратной последовательности, вызывающих перегрев двигателя и выход его из строя.
Нарушение закрепленной ГОСТом последовательности фаз А-В-С (В-С-А, С-А-В) на любую другую обуславливает реверсивный режим работы – вращение двигателя в другую сторону, что часто недопустимо по условиям технологического процесса, т. к. вызывает вращение приводного механизма в обратную сторону и может привести, помимо аварии самого двигателя, к тяжелым, порой катастрофическим, последствиям.
Постоянный контроль наличия и качества сетевого напряжения, включая гармонический анализ, вычисление действующих или средних значений напряжения до включения двигателя, контроль за его состоянием во время работы АД, в т. ч. за изменениями параметров фазных напряжений, вызванными режимами работы самого двигателя, позволяет избежать возникновения аварийных режимов, предотвратить появление режимов короткого замыкания и токовой перегрузки.

ТОКОВЫЕ АВАРИИ АД

Напряжение на зажимах АД и фазные токи, протекающие по его обмоткам, тесно взаимосвязаны и любые, даже небольшие, изменения сетевого напряжения вызывают изменения фазных токов (см. табл. 1). Для эффективной защиты АД необходимо измерять фазные токи как можно точнее.
Согласно последним исследованиям, длительная работа двигателя с токовым перегрузом всего лишь на 5% от номинального сокращает срок его службы в 10 раз [5]. В связи с сильной несинусоидальностью кривой тока, особенно во время пусков, в ней присутствует большое количество гармоник высшего порядка, оказывающих существенное влияние на величину действующего значения тока.

Таблица 1. Влияние отклонений ПКЭ на работу АД

Вид ПКЭ Услов- ное обозна- чение Предель- но допус- тимые нормы Характер изменения ПКЭ, изменения в работе АД
Откло- нение напря- жения – cм. рис. 1 d Uу пред ±10% Снижение на 10% от Uном Превышение на 10% от Uном
Момент двигателя изменяется пропорционально квадрату напряжения
Момент двигателя снижается на 19%. Температура повышается на 7 o С. Увеличивается время пуска. Скольжение повышается на 27,5%, ток ротора – на 14%, ток статора – на 10%. Увеличенный момент двигателя служит причиной перегрузки валов, ременных передач, увеличивается пусковой удар. Пусковой ток повышается на 12%, вращающий момент – на 21%, коэффициент мощности снижается на 5%.
Несим- метрия напря- жений в 3-фазной системе (перекос фаз) – см. рис. 2 Коэфф. обратной после- дователь- ности U K2U 4% Недопустимый перекос напряжений по фазам вызывает те же процессы, что и при отклонении напряжений. Приводит к возникновению магнитных полей, вращающихся встречно вращению ротора. Вращающееся магнитное поле из кругового превращается в эллиптическое, что приводит к радиальным вибрациям и разрушениям подшипников, обмоток. Приводит к токовому перекосу и сильному нагреву. Длительная работа на пределах коэффициентов при нагрузке меньше номинальной снижает срок службы на 10–15%, при номинальной нагрузке – вдвое. Если перекос составляет 50%, срок службы снижается в 5–10 раз.
Коэфф. нулевой послед. U K0U 4%
Несину- соидаль- ность напря- жения – см. рис. 3 Коэфф. искаже- ния синусо- идаль- ности U KU 12% Влияет на состояние изоляции обмоток, приводит к их пробою на корпус. Возрастают суммарные потери электрической энергии. При Ku = 10% суммарные потери возрастают на 10–15%. Возрастает количество гармоник обратной последовательности, снижается коэффициент мощности.
Коэфф. n-й гармо- ники, состав- ляющей U Ku(n)
№ n гарм. Знач. %
2 3
3 3,75
4 1,5
5 9
6 0,75
7 7,5
8 0,75
9 1,13
10 0,75
Превышение допустимых значений коэффициентов 2, 5 и 8-й гармоник ведет к значительному росту напряжения обратной последовательности, что приводит к перегреву двигателя и быстрому выходу его из строя, возникновению обратновращающихся магнитных полей, создающих паразитные моменты, ухудшающие механическую характеристику.
Превышение допустимых значений гармоник кратным трем – 3 и 9-й – приводит к росту напряжения нулевой последовательности, что вызывает асимметрию напряжений по фазам. При асимметрии больше 15% рабочий и пусковой момент снижается на 25%, растет потребление из сети реактивной мощности на 3–7%.
Рост допустимых значений гармоник прямой последовательности 4 и 7-й приводит к росту активного сопротивления ротора и ухудшению механической характеристики.

Поэтому, если принимать решение о работе АД не по вычисленным действующим значениям тока, а по неким усредненным сигналам или, что еще хуже, по пиковым значениям, это может привести к ложным выводам о наличии или отсутствии токового перегруза.
Различают два вида токового перегруза АД: симметричный и несимметричный. Симметричный токовый перегруз, как правило, связан с механическими перегрузками на валу двигателя. Их значение напрямую связано с режимами работы АД и тепловым перегрузом, о которых речь пойдет ниже.
Большая часть токовых аварий АД связана в первую очередь с повреждениями внутри самого двигателя, приводящими к несимметричному токовому перегрузу. Рассмотрим основные виды таких аварий (табл. 2).
Во всех случаях внутренних аварий электродвигателя наблюдается значительная асимметрия фазных токов, превышающая в несколько раз асимметрию напряжений. Поэтому постоянный контроль токов, соотношения токового перекоса с перекосом напряжений, позволяет делать достаточно достоверные выводы о наличии таких аварий и оперативно отключать двигатель.

Таблица 2. Влияние внутренних повреждений на работу АД

Вид аварии Изменение токов Характер изменений в работе двигателя
Обрыв одной фазы в обмотке статора Соединение обмотки звездой Ток в оборванной фазе отсутствует. В двух других I = 1,5 Iном Двигатель гудит и не разворачивается даже на х.х. Поле из вращающегося превращается в пульсирующее. В работающем двигателе при нагрузке равной 1/2 номинальной, рабочие токи увеличиваются на 15–20%, скорость вращения снижается незначительно. В случае больших нагрузок двигатель остановится и, если не сработает защита, быстро выйдет из строя.
Соединение обмотки треугольником Ток в оборванной фазе отсутствует. В двух других значительно больше номинального. Обмотки подключены к сети по схеме открытого треугольника. Токи, протекающие по обмоткам статора, создают вращающее магнитное поле, двигатель хорошо берет с места и развивает нормальную скорость. Энергопотребление из сети значительно больше, чем в нормальном режиме. Момент близок к номинальному, но при сильном нагреве двух рабочих обмоток Iл в одном из питающих проводов будет в 3 =1,7 раза больше, чем в двух других.
Межвитковые замыкания в фазе обмоток статора Iф, подходящий к поврежденной фазе, возрастает во много раз (его величина определяется количеством закороченных витков). Двигатель начинает необычно гудеть, а если работает под нагрузкой, вращается с пониженной скоростью. Через некоторое время двигатель начинает гореть.
Междуфазные замыкания обмоток статора Приводят к протеканию по обмоткам сети токов короткого замыкания, в 10–100 раз превышающих номинальные токи. Обмотки статора быстро нагреваются и, если не срабатывает защита, перегреваются и сгорают.

ТЕПЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АД

В зависимости от характера изменения нагрузки различают четыре основных номинальных режима работы АД: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и смешанный. Не будем подробно останавливаться на описании этих режимов, заметим только, что основной характеристикой нагрузочных режимов является тепловая характеристика электродвигателя.
Работа АД всегда сопровождается его нагревом, что обусловлено происходящими в нем процессами и потерями энергии. Нормативный срок службы электродвигателя определяется в конечном счете допустимой температурой нагрева его изоляции. В современных двигателях применяется несколько классов изоляции, допустимая температура нагрева которых составляет:
– для класса А – 105 o С,
Е – 120 o С,
В – 130 o С,
F – 155 o C,
H – 180 o C,
С – свыше 180 o С.
Превышение допустимой температуры ведет к преждевременному разрушению изоляции и существенному сокращению срока его службы. В эксплуатации в основном приходится сталкиваться с режимами, ненормированными ГОСТами. Наиболее характерным является режим с быстроизменяющейся нагрузкой, когда двигатель периодически входит в режим перегрузки, возвращаясь затем на номинальный режим или опускаясь в режим работы с нагрузкой меньше номинальной.
Если машина работает в продолжительном режиме, но с переменной нагрузкой (Р1, Р2, Р3…), имеет место неустановившийся тепловой процесс (см. рис. 4), т. к. в разные промежутки времени: t1, t2, t3, t4 и т. д. в ней возникают различные потери мощности, а следовательно, различные тепловые потери. Для эффективного контроля количества тепла, накопленного двигателем в процессе работы, необходимо выяснить законы нагрева и охлаждения асинхронного электродвигателя.

УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА АД

В связи с трудностью проведения такого анализа, принимаются следующие допущения: двигатель рассматривается как однородное тело, имеющее бесконечно большую теплопроводность и одинаковую температуру во всех своих точках.
Теплоемкость двигателя и его коэффициент теплоотдачи не зависят от нагрузки на валу двигателя. Температура двигателя зависит не только от нагрузки, но и от температуры окружающей среды. Средняя температура t пропорциональна количеству тепла Q, накопленному двигателем:
t = Q / C, (1)
где С – теплоемкость двигателя.
Потери тепла двигателем пропорциональны его температуре:

dQ/dt = -A• t = -A•Q/C, (2)
где A – теплоотдача двигателя.
Если предположить, что до включения двигатель был холодным, основное тепловое уравнение при работе двигателя можно записать в виде:
dQ/dt = -A•Q/C + I 2 •R, (3)
где I2•R – мощность потерь, выделяемая в двигателе при протекании тока I по обмоткам с активным сопротивлением R.
Решение уравнения (3) при постоянном токе I:

Q(t) = Q•(1 – е -t•A/C ), (4)
где Q = I 2 •R•C/A, установившееся количество тепла в двигателе при dQ/dt = 0.
Предельно допустимому току двигателя Iном соответствует предельно допустимое количество тепла

Qном= I2ном •R •C/A (5)
и предельно допустимая температура (относительно окружающей среды)
tном = Qном / C = I2ном •R/A . (6)
При включении двигателя на постоянном токе, в N раз превышающем Iном, время выхода на предельно допустимое количество тепла Qном

TN = < InN 2 – In•(N 2 – 1) > / (A/C) . (7)
Псевдотепловые математические модели электродвигателей положены в основу большинства защит АД от теплового перегруза. Постоянный расчет I2 с учетом скорости нагрева и остывания двигателя при как можно большей степени дискретизации измерений дает наиболее полную картину о количестве тепла, накопленного двигателем и опасного с точки зрения допустимого нагрева изоляции. При его превышении происходит так называемое ускоренное старение изоляции: снижается механическая прочность, появляются хрупкость, разломы и трещины, что приводит к снижению электрической прочности и пробою.

СНИЖЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

В процессе эксплуатации АД его изоляция неизбежно стареет. Основными причинами, вызывающими эти процессы, являются:

  • нагревание обмоток рабочими и пусковыми токами, токами короткого замыкания и перегруза, теплотой от посторонних источников;
  • динамические усилия, возникающие при взаимодействии проводников с током;
  • коммутационные перенапряжения.

Большое влияние оказывают также условия окружающей среды: температура и влажность воздуха, загрязненность и запыленность. Состояние изоляции определяет степень безопасной эксплуатации электроустановок. Эксплуатация электродвигателя допускается, если сопротивление его изоляции на корпус не менее 0,5 МОм. Вероятность пробоя изоляции возрастает на порядок, если сопротивление изоляции в два раза меньше допустимого. При снижении сопротивления изоляции высока вероятность появления такой тяжелейшей аварии АД, как пробой обмотки статора на корпус (короткое замыкание на корпус), опасной не только для самого электродвигателя, но и для обслуживающего персонала. По сети начинают протекать токи короткого замыкания, в 10–100 раз превышающие номинальные, а на корпус электроустановки может быть вынесено высокое напряжение, опасное для жизни человека.
Не менее важным является непрерывный контроль сопротивления изоляции обмоток статора во время работы электродвигателя, т. к. диэлектрические свойства изоляции, измеренные до включения АД, могут внезапно измениться под воздействием электрического напряжения и температуры. Для этого используется измерение тока утечки на землю с помощью дифференциального трансформатора тока, реагирующего на появление дифференциального (разностного) тока выше некоторой уставки, заданной пользователем.

МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

Стремясь защитить двигатели от аварийных режимов, еще с середины прошлого века в энергетике стали применять различную релейную защиту: тепловую, токовую, температурную, фильтровую и комбинированную.
Многолетний опыт эксплуатации АД показал [6], что большинство существующих защит не обеспечивает безаварийную работу АД. Так, например, тепловые реле рассчитывают на длительную перегрузку 25–30% от номинальной. Но чаще всего они срабатывают при обрыве одной фазы при нагрузке 60% от номинальной. При меньшей нагрузке реле не срабатывает и АД продолжает работать на двух фазах и выходит из строя в результате перегрева изоляции обмоток. Правильный выбор защитного устройства – это важный фактор в обеспечении безопасной эксплуатации АД.
Приборы защиты АД от аварийных режимов можно разделить на несколько видов:
а) тепловые защитные устройства: тепловые реле, расцепители;
б) защитные устройства от свехтоков: плавкие предохранители, автоматы;
в) термочувствительные защитные устройства: термисторы, термостаты;
г) защита от аварий в электросети: реле напряжения и контроля фаз, мониторы сети;
д) приборы МТЗ (максимальной токовой защиты), электронные токовые реле;
е) комбинированные устройства защиты.

Во второй части нашей статьи, которая будет опубликована в следующем номере журнала, мы подробнее опишем принципы действия, достоинства и недостатки существующих защит, а также результаты попыток создания универсальных защитных устройств АД.

Литература
1. Паначевный Б. И. Курс электротехники. – Харьков: Торсинг. – Ростов-на-Дону: Феникс. – 2002.
2. Кацман М. М. Электрические машины. – Москва: Высшая школа, 2000.
3. Материалы научно-практической конференции по эксплуатации и совершенствованию приборов релейной защиты и автоматики. – Днепропетровск, 1997.
4. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
5. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники. – Москва: Высшая школа, 2000.
6. Грундулис А. О. Защита электродвигателей в сельском хозяйстве. – Москва: Агропромиздат, 1988.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Предотвращение повреждения изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя

Для обеспечения стабильной и долговременной работы агрегата необходимо принять меры по предотвращению повреждения изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя, поскольку именно оно является причиной аварий. Основные причины повреждения обмотки – это:

  • экстремальные условия эксплуатации;
  • недостаточная стабильность или плохое качество изоляционного материала;
  • попадание грязи на поверхность обмотки;
  • увлажнение обмотки, приводящее к снижению ее электрической прочности;
  • попадание внутрь двигателя металлической пыли и стружки;
  • естественное старение изоляции;
  • долгая работа механизма при высокой температуре обмотки.

Повреждение изоляции может повлечь за собой замыкание между:

  • магнитопроводом и обмоткой;
  • фазными обмотками;
  • витками катушек.

Как предупредить повреждение изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя

Если вы хотите «продлить век» двигателя, следует соблюдать все условия его транспортировки, хранения и эксплуатации. Агрегат не должен находиться в неотапливаемом помещении с повышенной влажностью длительное время, поэтому следите за тем, чтобы в месте его хранения была приемлемая температура и хорошая вентиляция.

При длительной остановке механизма во влажную погоду закройте задвижки воздушных каналов выходящего и поступающего воздуха. В сухую и теплую погоду оставьте все задвижки открытыми.

Обмотки двигателя загрязняются, если для его охлаждения используется недостаточно чистый воздух, вместе с которым внутрь попадают капли или пары разных жидкостей, сажа, металлическая и угольная пыль и т.д. Износ контактных колод и щеток также приводит к образованию и оседанию проводящей пыли. Чтобы этого избежать, нужно тщательно ухаживать за узлами, периодически проводить техосмотр и чистку, ремонтировать изоляцию по мере надобности и очищать охлаждающий воздух.

Сильное нагревание и естественное старение приводит к потере механической стойкости изоляции, она становится гигроскопичной и хрупкой. Вибрация, возникающая вследствие ослабления креплений лобовых и пазовых частей обмотки, также может стать причиной разрушения изоляции.

Состояние изоляции определяется по значению ее сопротивления. Если оно меньше положенного, то обмотку чистят и сушат. Этот процесс состоит из нескольких этапов:

  • Разберите электродвигатель.
  • С помощью деревянного скребка и смоченной в бензине или керосине чистой ветоши удалите грязь и пыль с доступной поверхности обмотки.
  • В случае попадания морской воды на обмотку промойте ее пресной водой, чтобы соль не выделялась на поверхности.
  • Если двигатель закрытый, перед сушкой разберите его. Защищенную модель можно сушить и в собранном, и в разобранном виде.

Двигатель сушится инфракрасными лучами или горячим воздухом. Во втором случае необходимо наличие сушильной камеры, печи или ящика, на которых установлен электрический или паровой нагреватель. В приспособлениях для сушки должны быть два отверстия – вверху (для выхода водяного пара и нагретого воздуха) и внизу (для входа холодного воздуха).

Чтобы в процессе сушки избежать вспучивания изоляции или механических повреждений, температуру агрегата повышают постепенно, до 120 градусов для изоляции класса А и до 150 градусов для изоляции класса В. Сначала сопротивление изоляции и температура обмотки измеряется с интервалом 15-20 минут, затем промежуток увеличивается до 1 часа. Достижение установившегося значения сопротивления означает конец сушки.

Если обмотка увлажнена слабо, возможна сушка за счет тепловой энергии самого двигателя. Самый удобный способ – сушка с помощью переменного тока. Включите обмотку статора на пониженное напряжение, затормозив ротор (следите за тем, чтобы фазная обмотка ротора была замкнута накоротко, а ток в обмотке статора не превышал номинального значения). При однофазном напряжении соедините фазные обмотки последовательно, при пониженном трехфазном напряжении не изменяйте схему соединения обмоток.

Еще один способ сушки – использование энергии потерь в корпусе двигателя и магнитопроводе. Выньте ротор и уложите временную намагничивающую обмотку на статор, не распределяя ее по всей окружности (она должна охватывать только корпус и магнитопровод).

Как определить место повреждения изоляции обмотки

Чтобы узнать место повреждения, разъедините фазные обмотки и измерьте сопротивление изоляции каждой из них. Можно также проверить целостность изоляции с помощью контрольной лампы. Существуют и другие методы:

  • Измерение напряжения между магнитопроводом и концами обмотки. Пониженное постоянное или переменное напряжение подается на фазную обмотку с поврежденной изоляцией. Измерьте напряжение между магнитопроводом и концами обмотки, используя вольтметры V1 и V По соотношению напряжений определите место повреждения относительно концов обмотки.
  • Определение направления тока в частях обмотки. На магнитопровод и соединенные концы обмотки подается постоянное напряжение. Ток регулируется и ограничивается включенным в цепь реостатом R. Коснитесь двумя проводами милливольтметра поочередно концов каждой катушечной группы. Величина напряжения на концах катушечной группы с поврежденной изоляцией будет меньше.
  • Деление обмотки на части. Разделите пополам фазную обмотку, соединенную с магнитопроводом, распаяв междукатушечные соединения. Определите часть обмотки, соединенную с магнитопроводом, с помощью контрольной лампы или мегомметра. Продолжайте деление, пока не найдете катушку с поврежденной изоляцией.
  • «Прожигание». При сильном нагревании места контакта магнитопровода и проводников обмотки в месте повреждения появляется дым и искры.
Каждый электрик должен знать:  Интересные электротехнические новинки

Зная, как предупредить повреждение изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя и как обнаружить место повреждения, вы можете свести вероятность появления поломок и аварий к минимуму и самостоятельно провести мелкий ремонт механизма.

Диагностика повреждений в обмотках машин переменного тока.

Надежность электромагнитной системы асинхронных электродвигателей зависит, прежде всего, от симметрии магнитного поля, определяемой электрической симметрией обмоток и симметрией воздушных зазоров между ротором и статором, а также от состояния отдельных частей элементов изоляции электрических обмоток. Несимметрия воздушных зазоров в асинхронном двигателе, во-первых, приводит к появлению дополнительных электромагнитных сил между ротором и статором в зоне пониженного зазора, перегружающих подшипники и снижающих их ресурс. Во-вторых, в этих же зонах может иметь место магнитное насыщение зубцов магнитопровода, по которым замыкаются магнитные потоки электродвигателя, в результате чего пульсирующие электродинамические силы действуют непосредственно на обмотки, приводя к ускоренному износу изоляции и элементов их крепления в пазах. При проектировании современных асинхронных электродвигателей с целью снижения их габаритов сердечники рассчитывают на режимы работы, очень близкие к магнитному насыщению, поэтому несимметрия зазора более 10% приводит к опасному насыщению зубцовой зоны сердечника. Такая несимметрия часто возникает при ошибках в креплении электродвигателя к фундаменту, при несимметричном охлаждении корпуса, износе подшипников, смещении посадочных мест под подшипники при ремонтах и во многих других случаях.

В связи с изложенным, основными задачами диагностики асинхронного электродвигателя являются:

· обнаружение магнитной несимметрии магнитопровода, обусловленной несимметрией воздушного зазора.

· обнаружение эффекта магнитного насыщения зубцовой зоны сердечников статора или ротора;

· обнаружение электрической несимметрии короткозамкнутой обмотки ротора (беличьей клетки);

· обнаружение электрической несимметрии обмоток статора, обусловленной образованием короткозамкнутых витков, электрических замыканий обмоток между собой и на корпус и другими причинами.

Надежность электромагнитной системы синхронных электрических двигателей и генераторов, кроме симметрии магнитного поля и состояния элементов крепления и изоляции электрических обмоток, в существенной степени зависит и от состояния щеточно-контактного узла, через который в обмотку ротора подается постоянный ток возбуждения. В свою очередь несимметрия магнитного поля в синхронных машинах чаще является следствием дефектов обмоток возбуждения на роторе, а не несимметрии воздушного зазора, который по величине заметно больше, чем у асинхронных двигателей. Исключение составляют явнополюсные машины с большим количеством полюсов, в которых могут иметь место отличия во флуктуации зазора от полюса к полюсу, и крупные генераторы, в которых нет подшипниковых щитов и ось статора может смещаться относительно подшипниковых опор.

В крупных генераторах надежность электромагнитной системы зависит также от состояния сердечников, в которых может иметь место распушения отдельных пакетов активной стали, а также от состояния системы охлаждения, влияющей на величину тепловых деформаций ротора, опор вращения и других элементов машины.

К наиболее часто встречающимся дефектам обмоток статоров и роторов относятся:

— замыкание между отдельными витками обмотки, а также соединение накоротко отдельных секций или катушек;

— замыкание между собой секций или катушек разных фаз;

— обрыв в обмотках;

— заземление обмоток на корпус.

Витковые замыкания образуют в обмотке статора замкнутые контуры, в

которых ЭДС от вращающегося поля может создавать большие токи. Эти токи значительно разогревают такие контуры, вследствие чего они могут быть обнаружены по степени нагрева. Короткое замыкание витков или катушек обмотки фазы ротора также выявляют по степени нагрева.

Рисунок 1 — Определение виткового замыкания в обмотке статора

Дефектную фазу можно определить, подводя к обмотке статора пониженное напряжение (1,3 — 1,2) Uном и включив в каждую фазу сети по амперметру (рисунок 1).

При соединении обмоток статора звездой (рисунок 1-а) в обмотке фазы, имеющей замыкание между витками, ток будет больше (амперметр РА1). При соединении треугольником (рисунок 1б) ток будет больше в тех фазах сети, к которым присоединена дефектная обмотка фазы статора (амперметры РА1 и РА3). Поврежденная фаза может быть найдена путем измерения и сравнения сопротивлений обмоток фаз с помощью измерительного моста.

Если замыкание произошло в асинхронном двигателе с фазным ротором, то, прежде всего, выясняют, в какой обмотке (статора или ротора) дефект. Для этого обмотку статора при разомкнутой обмотке ротора включают на пониженное напряжение (1,3…1,2) Uном и, медленно поворачивая ротор, измеряют напряжение на кольцах. При замыкании в обмотке напряжения на кольцах ротора неодинаковы, но не изменяются в зависимости от положения ротора, это свидетельствует о замыкании в обмотке статора. При проверке ротора включением статора в сеть необходимо заранее знать, какое значение напряжения на кольцах ротора.

У мощных электродвигателей это напряжение достигает опасного для обслуживающего персонала значения. Поэтому при пользовании этим способом следует принимать все необходимые меры предосторожности. Если витковое замыкание произошло в лобовых частях обмотки, оно может быть устранено путем восстановления изоляции мест соединения. Если витковое замыкание произошло в пазовой части обмотки, надо перемотать соответствующую секцию или катушку.

При наличии в статоре или роторе большого количества катушек в аварийных случаях при коротком замыкании одной секции последняя может быть выключена из цепи обмотки фазы и должна быть вскрыта и изолирована так, чтобы в ней не мог появиться ток. При первом удобном случае такая катушка должна быть заменена или перемотана.

Замыканиямежду катушками обмоток разных фаз, как и в случае витковых замыканий, образуют замкнутые контуры, которые сильно нагреваются током.

Соединения между фазами чаще происходят в лобовых частях катушек или соединительных проводах; при этом внешним осмотром можно найти место соединения, приподнимая эти части или провода и одновременно выполняя проверку мегомметром. Если таким способом соединение найти не удается, катушки обмотки фазы, имеющей соединение, делят на две части, после чего проверяют наличие соединений каждой такой половины со второй фазой. Часть, имеющую соединение с другой фазой, снова разделяют на две части и каждую из них снова проверяют; деление проводят до тех пор, пока не будет найдена поврежденная катушка. Слегка приподнимая лобовые части поврежденной катушки и выполняя одновременно проверку мегомметром, можно достаточно точно найти место соединения. Иногда непосредственного соединения между катушками может и не быть, они могут быть соединены через корпус машины. После нахождения места соединения восстанавливают изоляцию поврежденного участка. Если повреждение обнаруживается в соединительных проводах, следует восстановить их изоляцию в месте повреждения.

При обрыве в одной из обмоток фаз статора двигатель продолжает работать на двух фазах, но ненормально гудит, работает с перегрузкой и перегревается; при соединении обмоток звездой в одном из питающих проводов ток отсутствует, при соединении обмоток фаз треугольником уменьшается сила тока в двух питающих проводах, между которыми включена обмотка фазы, имеющая обрыв. При обрыве в обмотке двигатель, соединенный звездой, не запускается, а соединенный треугольником – медленно набирает обороты.

Чаще всего работа двигателя на двух фазах вызывается не обрывами в обмотке, а исчезновением напряжения на одном из питающих проводов. Длительная работа двигателя на двух фазах приводит к его повреждению и выходу из строя, в случае несрабатывания тепловой защиты. Для устранения таких повреждений, помимо систематической проверки тепловой защиты пускателей, следует широко применять защиту асинхронных электродвигателей от обрыва фазы специальными реле защиты от обрыва фаз.

Перед тем как приступить к определению места обрыва в обмотке, нужно проверить, нет ли неисправностей вне обмотки (перегорания одного из предохранителей, неплотности контактов выводных концов, нарушения одного из контактов пусковой аппаратуры и т.п.). Обмотка фазы, имеющая обрыв, определяется мегомметром. При соединении обмоток звездой один конец мегомметра присоединяют к нулевой точке, а другой поочередно подключают к концам трех фаз; при проверке неповрежденных обмоток фаз показания мегомметра будут равны нулю. При соединении треугольником обмотки следует разъединить и проверить каждую фазу в отдельности.

Обрывы чаще всего происходят у ввода проводов в коробку выводов, в соединительных проводах между отдельными катушками или местах пайки (хомутиках) при стержневых обмотках. При отсутствии обрыва в указанных местах для нахождения группы катушек или катушки, имеющей обрыв, пользуются острыми игольчатыми щупами, присоединенными к мегомметру. Делая одним из щупов прокол, касаются обмотки фазы посередине, а другим – поочередно начала и конца обмотки фазы, в результате чего находят дефектную половину последней. Затем прокалывают среднюю точку дефектной половины и т.д., пока не будет найдена катушка с обрывом. При обрыве контакт восстанавливают пайкой твердым припоем и тщательно изолируют. Если обрыв находится в пазу, то, как правило, заменяют всю катушку. В некоторых случаях можно обойтись без замены катушки, установив вместо поврежденного провода новый и спаяв его с концами старого на лобовых частях обмотки. Обрывы в обмотке фазного ротора находят так же, как и в обмотке статора.

Рисунок 2 – Определение плохого контакта в хомутиках ротора асинхронного двигателя. Здесь: 1 – стержень клетки ротора; 2 – хомутик

Плохой контакт в хомутиках ротора асинхронного электродвигателя может быть определен методом падения напряжения (рисунок 2). Падение напряжения в несправном хомутике будет больше, чем в исправных.

Обмотку фазы, имеющую соединение с корпусом, определяют мегомметром, при этом обмотки фаз следует разъединить (при наличии шести выводных концов обмотки статора) или распаять. Место замыкания на корпус повреждений обмотки фазы часто может быть обнаружено при тщательном внешнем осмотре внепазовых частей этой обмотки. Если это не удается, то катушки обмотки поврежденной фазы делят на две части и проверяют соединение каждой части с корпусом. Затем одну из этих частей, имеющую соединение с корпусом, тоже делят пополам и проверку осуществляют до тех пор, пока не будет точно определено место соединения с корпусом.

Место замыкания на корпус может быть найдено также методом измерения падения напряжения. Для этого концы обмотки поврежденной фазы (например, С1 и С4) подключают к источнику постоянного тока последовательно с регулировочным реостатом (Рисунок 3). Один вывод милливольтметра mPV соединяют с корпусом машины, а другим – игольчатым щупом – поочередно касаются всех мест соединений катушек, прокалывая изоляцию.

Милливольтметр будет давать наименьшее показание при прикосновении к началу и концу катушки, имеющей соединение с корпусом.

Чаще всего соединения с корпусом бывают у мест выхода катушек из пазов или же при соприкосновении лобовых частей с корпусом или подшипниковыми щитами. Соединение с корпусом может быть устранено соответствующими изолирующими прокладками или дополнительной изоляцией лобовых частей. Если соединение с корпусом окажется в пазовой части, то поврежденную катушку следует заменить.

Рисунок 3 — Определение замыкания на корпус обмотки статора. Здесь: 1 – щуп; 2 – корпус.

Витковые замыкания в обмотках возбуждения синхронных машинможно обнаружить по степени нагрева катушки. Дефектная катушка может быть также найдена путем измерений сопротивлений катушек мостом или падений напряжения на отдельных катушках и сопоставления результатов замеров.

Обрывы в обмотках возбуждения синхронных машин находят, отсоединяя обмотку возбуждения от возбудителя и включая ее на номинальное напряжение постоянного тока, при этом один конец от вольтметра присоединяют к сети, а другой с помощью игольчатого щупа поочередно присоединяют к выводным концам всех катушек (рисунок 4).

Рисунок 4 — Определение обрыва в обмотке возбуждения СД : 1 – 4 – обмотки полюсов; 5 – щуп.

Стрелка прибора начинает отклоняться только после прикосновения к выводу катушки, имеющей обрыв.

Для нахождения плохого контакта также измеряют напряжения на выводах катушек возбуждения. Напряжение на выводах катушки с плохим контактом будет больше напряжения на выводах других катушек.

Место соединения обмоток возбуждения синхронных машин с корпусом находят следующим образом. Обмотку возбуждения отсоединяют от возбудителя и подключают к источнику постоянного тока, имеющему напряжение, равное номинальному напряжению обмотки. Один конец от вольтметра присоединяют к корпусу, вторым концом с помощью игольчатого щупа поочередно прикасаются к перемычкам между катушками (Рисунок 5). С обеих сторон катушки, имеющей соединение с корпусом, прибор будет давать наименьшие показания.

Повреждения в клетках короткозамкнутых роторов иногда возникают в замыкающих кольцах клетки в виде трещин. Одну – две неглубокие трещины допускается устранять пайкой. Перед пайкой поврежденный участок зачищают с расширением к основанию кольца.

Рисунок 5 — Определение места соединения на корпус обмотки возбуждения синхронного двигателя, где: 1 – 4 – обмотки полюсов; 5 – щуп; 6 – корпус.

Диагностирование короткозамкнутых обмоток роторов без разборки электродвигателей

В связи с возникновением в стержнях короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных электродвигателей дефектов, в условиях эксплуатации необходимо периодически проверять техническое состояние этих обмоток.

При обрывах стержней обмоток роторов увеличиваются время разгона и добавочные потери электродвигателей, уменьшаются КПД и коэффициент мощности, увеличиваются потребляемый ток и скольжение.

Наиболее вредное влияние на работу электродвигателей оказывает вибрация, возникающая вследствие обрыва стержней короткозамкнутой обмотки. В результате вибрация приводит к выходу электродвигателей из строя.

В технической литературе введено понятие коэффициента несимметрии, который для случая обрыва одного стержня.

Проведенные исследования влияния обрывов стержней на характеристики и вибрацию асинхронных электродвигателей показали, что для электродвигателей единых серий допускается обрыв не более одного стержня.

Внешними признаками наличия обрывов стержней электродвигателей являются повышенная вибрация и шум при работе, увеличивающиеся с ростом нагрузки. Характерным является и то, что вибрация и шум периодически изменяются с частотой, равной удвоенной частоте скольжения.

Стрелки амперметров, включенных в цепь питания электродвигателей с обрывами стержней короткозамкнутых обмоток роторов, также периодически колеблются из-за периодических изменений эффективных значении токов в фазах.

На практике применяют несколько способов определения технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов.

Способ измерения токов в обмотках статора при проворачивании ротора вручную позволяет установить наличие обрывов стержней в короткозамкнутых обмотках асинхронных электродвигателей. Согласно этому способу одну или две фазы обмотки статора электродвигателя включают на напряжение переменного тока, равное 10—15% номинального, и при медленном проворачивании ротора вручную измеряют ток в цепи питания (рис. 19).

Рис. 19. Схема для определения обрывов стержней короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей

Для определения изменения тока удобно использовать самопишущий амперметр. Следует отметить, что указанный способ более чувствителен к обрывам стержней при подаче напряжения на одну фазу обмотки, чем при подаче напряжения на две фазы. Если при вращении ротора ток в обмотке статора не изменяется, обрывы в стержнях обмотки ротора отсутствуют. Изменение тока при проворачивании ротора указывает на наличие обрыва стержней. В связи с тем, что изменение тока зависит от числа поврежденных стержней и их взаимного расположения, определить число оборванных стержней по отклонению стрелки амперметра трудно. После обнаружения факта наличия обрыва стержней электродвигатель подлежит разборке и точному установлению числа оборванных стержней.

Способ контроля стержней короткозамкнутых обмоток роторов 121 основан на использовании зависимости скольжения электродвигателей от числа оборванных стержней. При определении числа оборванных стержней в соответствии с этим способом измеряют скольжение электродвигателя при заданной нагрузке и температуре и полученную величину сравнивают с контрольной, измеренной на электродвигателе с ротором, не имеющим обрывов. Для использования этого способа необходимо иметь эталонные кривые зависимостей скольжения от нагрузки для конкретных типов электродвигателей, что ограничивает применение способа при эксплуатации электрооборудования.

Определение технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей единых серий, в связи со сравнительно легким доступом к электродвигателям, не вызывает трудностей. Для специальных электродвигателей, например, погружных, определение технического состояния короткозамкнутых обмоток традиционными способами является достаточно трудоемкой операцией. Так, для контроля электродвигатели погружных электронасосов необходимо было поднимать из скважины на поверхность. В связи с этим в Украинском филиале ГОСНИТИ было разработано два способа определения технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей, доступ к которым невозможен или затруднен.

Способ определения степени повреждения короткозамкнутых обмоток роторов погружных асинхронных электродвигателей основан на положении, что при неподвижном роторе, имеющем повреждение короткозамкнутой обмотки, ток в фазах зависит от положения ротора относительно статора.

У электродвигателей погружных насосов полюсное деление составляет 180°, в связи с чем при вращении ротора, имеющего дефекты обмоток, период изменения эффективного значения тока фазы соответствует половине оборота ротора. Изменение эффективного значения тока связано с изменением магнитного сопротивления фазы электродвигателя при изменении расположения дефектов обмотки ротора относительно обмотки статора, в которой измеряют ток. В погружных электродвигателях это изменение сравнительно большое. Так, при обрыве четырех расположенных рядом стержней при повороте ротора на один оборот эффективное значение тока изменяется на 42% средней величины.

Разработанный способ позволяет определить степень повреждения короткозамкнутых обмоток роторов без подъема погружных электродвигателей из скважины. Способ пригоден и для контроля других типов асинхронных электродвигателей, доступ к валам которых затруднен или невозможен. Для определения технического состояния стержней с помощью возбуждения фаз обмотки статора ротор электродвигателя поворачивают на определенные углы (шаговое вращение). После каждого поворота обмотку статора подключают к стабилизированному напряжению переменного тока и самопишущим амперметром записывают ток. Шаговое вращение продолжают до тех пор, пока ротор не сделает один оборот.

Рис. 20. Схема для определения степени повреждения короткозамкнутых обмоток роторов погружных электродвигателей

На рис. 20 изображена схема для определения повреждений короткозамкнутых обмоток роторов погружных электродвигателей. Для шагового перемещения ротора статор электродвигателя М включают в сеть переменного тока через диоды Д1, Д2 и Д3. Включением и выключением переключателей В1 и В2, которые включены последовательное диодами, осуществляется шаговое перемещение ротора. Для шагового перемещения ротора можно применять и другие схемы, например, с управляемыми вентилями. Измерительная часть схемы состоит из самопишущего амперметра А, регистрирующего ток через трансформатор тока Тm. После каждого перемещения ротора обмотки статора отключают от электрической сети, на два вывода электродвигателя выключателем В3 подают стабилизированное напряжение и амперметром А записывают значение тока в обмотках.

При отсутствии повреждений в короткозамкнутой обмотке ротора ток будет одинаковым при всех положениях ротора. Если короткозамкнутая обмотка ротора имеет обрывы стержней, ток будет зависеть от положения ротора относительно обмоток статора, при этом изменение тока будет тем больше, чем большее число стержней имеют повреждения. По изменению токов при разных положениях ротора в пределах одного оборота оценивают техническое состояние короткозамкнутой обмотки.

Степень повреждения обмотки ротора при локальном (местном) размещении дефектов определяют по формуле

где γ — степень повреждения обмотки, %; RR — коэффициент конструктивных особенностей электродвигателя; Iмакс, Iмин — наибольшее и наименьшее значения измеренных токов, А.

Экспериментальные данные показывают, что для погружных электродвигателей (RR = 1), обмотка ротора которых имеет 24 стержня, при обрыве двух γ = 9,8%, а при обрыве четырех γ = 28%. Допустимое значение у для этих электродвигателей составляет 10%.

Способ определения технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов, разработанный в Украинском филиале ГОСНИТИ для электродвигателей, доступ к валам которых затруднен или невозможен, позволяет определить число поврежденных стержней независимо от их взаимного расположения. Способ не требует остановки электродвигателя. Способ основан на определении связи между частотой модуляции токов электродвигателей, у которых короткозамкнутая обмотка имеет дефекты, и зависимостью скольжения электродвигателей от нагрузки и числа поврежденных стержней.

У электродвигателей, имеющих повреждение стержней, в связи с периодическим изменением магнитного сопротивления фаз во время вращения ротора, имеет место модуляция токов, потребляемых из электрической сети. Значение модуляции токов зависит от числа поврежденных стержней и от их взаимного расположения, а частота модуляции определяется только значением скольжения.

Рис. 21. Осциллограммы токов, потребляемых погружным электродвигателем ПЭДВ-8-140, при отсутствии обрывов стержней ротора (а) и при обрыве четырех стержней (б).

На рис. 21 показаны осциллограммы токов, потребляемых погружным электродвигателем для случаев, когда стержни ротора не имеют повреждений и при обрыве стержней. Значение скольжения электродвигателей зависит от нагрузки и состояния короткозамкнутых обмоток роторов (числа стержней с обрывами и ослаблениями). Скольжение электродвигателей увеличивается с увеличением числа поврежденных стержней. Зависимости скольжения погружных электродвигателей ПЭДВ-8-140 от потребляемой мощности для случаев, когда стержни не имеют обрывов и при обрыве двух, четырех и шести стержней ротора изображены на рис. 22.

Рис. 22. Зависимость скольжения электродвигателей ПЭДВ-8-140 от потребляемой мощности и состояния стержней короткозамкнутой обмотки ротора:
1 — обрывы стержней отсутствуют; 2 — при обрыве двух стержней; 3 — при обрыве четырех стержней; 4 — при обрыве шести стержней.

Из приведенных на рисунке кривых видно, что при определенной мощности при увеличении числа оборванных стержней скольжение увеличивается. Так, при потребляемой мощности 8 кВт при обрыве двух, четырех и шести стержней скольжение увеличивается соответственно на 8,17 и 41%. Заштрихованная часть рисунка отвечает допустимым значениям скольжения погружных электродвигателей ПЭДВ-8-140.

Схему для определения технического состояния короткозамкнутых обмоток роторов с помощью описанного выше способа иллюстрирует рис. 23.

Рис. 23. Схема для определения технического состояния коротко-замкнутых обмоток роторов

У работающего от сети двигателя М измеряют потребляемую мощность ваттметром W и частоту модуляции тока прибором Hz. На графике (рис. 22) находится точка, соответствующая полученным результатам измерения. Если точка размещена в заштрихованной зоне, электродвигатель можно оставлять работать. В противном случае электродвигатель подлежит ремонту. Пользуясь кривыми рис. 22, по размещению точки можно определить число дефектных стержней короткозамкнутой обмотки ротора. Погружные электродвигатели, имеющие 24 стержня короткозамкнутой обмотки, допускают работу при обрыве не более двух стержней.

Для удобства пользования этим способом в условиях эксплуатации, целесообразно изготовить универсальную номограмму для определения допустимого числа оборванных стержней для всего диапазона мощностей определенного типа электродвигателей (например, погружных).

билеты_ЭМ / 36.Уравнения напряжения и тока асинхронного двигателя

36) Уравнение напряжения и тока асинхронного двигателя

2.5. Процессы в асинхронной машине

2.5.1. Цепь статора

Магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, вращается относительно неподвижного статора с частотой n=60f)/p и будет наводить в обмотке статора ЭДС. Действующее значение ЭДС, наводимой этим полем в одной фазе обмотки статора определяется выражением:

где: k1=0.92÷0.98 – обмоточный коэффициент; f1=f – частота сети; w1 – число витков одной фазы обмотки статора; Φ – результирующее магнитное поле в машине.

б) Уравнение электрического равновесия фазы обмотки статора.

Это уравнение составлено по аналогии с катушкой с сердечником, работающей на переменном токе.

Здесь Ú и Ú1 – напряжение сети и напряжение, подведённое к обмотке статора. R1 – активное сопротивление обмотки статора, связанное с потерями на нагрев обмотки. x1 – индуктивное сопротивление обмотки статора, связанное с потоком рассеяния. z1 – полное сопротивление обмотки статора. İ1 – ток в обмотке статора.

При анализе работы асинхронных машин часто принимают I1z1=0. Тогда можно записать:

Из этого выражения следует, что магнитный поток Φ в асинхронной машине не зависит от её режима работы, а при заданной частоте сети f зависит только от действующего значения приложенного напряжения U1. Аналогичное соотношение имеет место и в другой машине переменного тока – в трансформаторе.

2.5.2. Цепь ротора

а) Частота ЭДС и тока ротора.

При неподвижном роторе частота ЭДС f2 равна частоте сети f.

При вращающемся роторе частота ЭДС ротора зависит от частоты вращения магнитного поля относительно вращающегося ротора, которая определяется соотношением:

Тогда частота ЭДС вращающегося ротора:

Частота ЭДС ротора изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Пусть при f=50Гц, номинальное скольжение Sн=2%. Тогда при номинальной частоте вращения ротора f2=f×Sн=1Гц.

Таким образом, в обмотке ротора асинхронной машины частота наводимой ЭДС зависит от частоты вращения ротора.

При неподвижном роторе f2=f и действующее значение ЭДС определяется по аналогии с E1.

где: w2 и k2 – соответственно число витков и обмоточный коэффициент обмотки ротора.

Если ротор вращается, то f2=f×Sн и ЭДС вращающегося ротора определяется соотношением:

ЭДС, наводимая в обмотке ротора, изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Отношение ЭДС статора к ЭДС неподвижного ротора называется коэффициентом трансформации асинхронной машины.

Запишем уравнение равновесия для одной фазы короткозамкнутого ротора.

При неподвижном роторе.

где: x2=2πfL2 – индуктивное сопротивление обмотки неподвижного ротора, связанное с потоком рассеяния; R2 – активное сопротивление обмотки ротора, связанное с потерями на нагрев обмотки.

Каждый электрик должен знать:  Водонагреватель сам включается в чем причина и что делать

При вращающемся роторе.

Для тока ротора в общем случае можно получить такое соотношение:

Отсюда следует, что ток ротора зависит от скольжения и возрастает при его увеличении, но медленнее, чем ЭДС.

Обмотка ротора, как и обмотка статора, является многофазной и при появлении в ней тока создаёт своё вращающееся магнитное поле. Обозначим через n2 частоту вращения магнитного поля ротора относительно ротора.

Здесь p – число пар полюсов обмотки ротора, оно всегда равно числу пар полюсов обмотки статора.

Относительно статора магнитное поле ротора вращается с частотой

Из полученного соотношения следует, что магнитное поле ротора относительно статора вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Таким образом, магнитные поля ротора и статора относительно друг друга неподвижны. Поэтому при анализе работы асинхронной машины можно применить те же соотношения, что и трансформаторе.

2.5.3. Ток статора

Так как результирующее магнитное поле асинхронной машины не зависит от её режима работы, можно составить для одной фазы уравнение магнитодвижущих сил, приравняв магнитодвижущую силу в режиме холостого хода к сумме магнитодвижущих сил в режиме нагрузки.

Здесь I – ток в обмотке статора в режиме идеального холостого хода, I’2=−I2(w2k2)/(w1k1) – составляющая тока статора, которая компенсирует действие магнитодвижущей силы обмотки ротора. Полученное выражение для тока статора отражает свойство саморегулирования асинхронной машины. Чем больше ток ротора, тем больше ток статора. В режиме холостого хода ток статора минимальный. В режиме нагрузки ток статора возрастает. Ток реального холостого хода асинхронной машины I=(20÷60)%I1н и значительно больше по сравнению с номинальным током, чем у трансформатора. Это объясняется тем, что величина тока I зависит от магнитного сопротивления среды, в которой создаётся магнитное поле. У асинхронной машины, в отличие от трансформатора, есть воздушный зазор, который создаст большое сопротивление магнитному полю.

Техническое обслуживание асинхронных электродвигателей

Добрый день, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru

ТО асинхронных двигателей

В рубрике «Общее» рассмотрим техническое обслуживание асинхронных электродвигателей. Чтобы увеличить срок службы и предотвратить возникновение неполадок в асинхронных электрических двигателях переменного тока, необходимо проводить их регулярную оценку технического состояния. Технический осмотр и проверку технического состояния электродвигателей и принадлежностей нужно проводить не реже, чем один раз в полгода. К основным причинам выхода из строя электродвигателей следует отнести неправильное хранение, некачественное или несвоевременное проведение технического обслуживание и нарушение условий эксплуатации. Для предотвращения выше перечисленных причин и необходимо проведение технического обслуживания (ТО). Основной целью ТО и является обеспечить эксплуатацию и функционирование оборудования в соответствии с требованиями заводов производителей и нормативных документов. Эти работы необходимы для поддержания КПД электрического двигателя на достаточно высоком уровне в течение всего его срока эксплуатации. Мы рассмотрим, что собой представляет профилактический осмотр, что такое профилактическое обслуживание и техническое обслуживание с проведением ремонта. ТО проводится на месте монтажа и эксплуатации оборудование без проведения разборки или демонтажа. Объем ТО предполагает собой проведение очистки оборудования от грязи и пыли, проверку сопротивления изоляции и исправности заземления, надежность крепления электродвигателя и его элементов к основанию, степень нагрева, уровень шума и вибрации, надежность контактных соединений. Все выявленные замечания, неполадки и неисправности необходимо устранить.

Профилактический осмотр электродвигателей


Данный вид технического обслуживания асинхронных электродвигателей необходим для предупреждения неисправностей и обеспечения надежной и бесперебойной работы оборудования в процессе его эксплуатации. Профилактический осмотр включен обычно в план программы направленной для поддержания всей производственной или технологической системы в рабочем состоянии. Обычно внеплановые простои сопровождаются значительными убытками, так как они связаны чаще всего с полной остановкой производственного или технологического процесса. При регулярном проведении профилактических осмотров можно предупредить в электродвигателях возникновение неисправностей и, следовательно, исключить незапланированные остановки производства. На (Рис. 1) приведены основные факторы, влияющие на срок эксплуатации двигателя при отсутствии регулярного профилактического осмотра.

Факторы, влияющие на срок службы двигателя

Основными элементами профилактического осмотра асинхронных электрических двигателей являются:

  • Вентиляция электродвигателя. Когда насосное оборудование установлено и эксплуатируется в условии с плохой вентиляцией, то температура электрического двигателя может подняться до величины, опасной для изоляции обмоток статора и консистентной смазки в подшипниках, что может привести к заклиниванию или разрушению подшипников и выходу из строя двигателя. Часто бывает, что вентиляционные решетки и каналы забиваются пылью или грязью. Для того чтобы не допускать перегрева электрического двигателя, необходимо регулярно с поверхностей насоса и двигателя удалять грязь и пыль при помощи сжатого воздуха. Хотя двигатель и защищен от попадания пыли в его внутреннюю часть, очень важно обеспечить для него хорошую вентиляцию на месте эксплуатации, чтобы высокая температура не способствовала повреждению изоляции и перегреву подшипников. Чем ниже температура при эксплуатации электродвигателя, тем его ресурс больше. Для этого нужно крышку вентилятора и охлаждающие ребра двигателя держать в чистоте.
  • Влажность и конденсат. В электродвигателях с классом защиты IP55 водяной пар находящийся внутри статора, может конденсироваться и попадать в обмотки и подшипники. Для исключения образования конденсата при отключениях или остановках двигателя температура в таком типе двигателя должна быть выше, чем температура окружающей среды. Второй способ для решения данной проблемы это удаление пробок из сливных отверстий двигателя, чтобы образовывающийся конденсат вытекал. После удаления пробок степень защиты электродвигателя поменяется с IP55 на IP44.
  • Неплотные соединения. Все электрические подключения и соединения должны быть зажаты и плотно затянуты в соответствии с рекомендациями. Во время эксплуатации кабельные соединения, плавкие предохранители, контакты в пускателях и автоматах защиты двигателя отходят и ослабевают, поэтому их нужно регулярно проверять и подтягивать.
    • Асимметрия напряжений и токов. В наших сетях асимметрия напряжения на фазах довольно распространенное явление. Поэтому необходимо постоянно проверять и контролировать значения напряжения и тока, и тем самым не допустить выходу из стоя асинхронного электрического двигателя. Асимметрия напряжения возникает тогда, когда напряжения на фазах отличаются друг от друга. Асимметрия напряжений на фазах вызывает в свою очередь и асимметрию линейных токов. Как следствие появляются проблемы связанные с вибрацией, перегревом одной или нескольких обмоток статора и пульсацией вращающего момента. Асимметрия напряжения приводит к сокращению ресурса двигателя и понижению его КПД. Например: напряжение на фазах составляет U1=410, U2=402, и U3=388 вольт. Среднее напряжение можно посчитать по формуле: Uсред.=(U1+U2+U3)/3=400В. Асимметрия определяется как разница между самым большим и самым маленьким значениям напряжения на фазах. В нашем случае разница между U1=410 и U3=388 составляет ΔU=22В. В процентном отношении асимметрию можно посчитать по формуле ΔU/Uсред.*100%=5,5%. Для защиты асинхронных электрических двигателей от асимметрии используется реле контроля фаз (РКФ). Данное реле способно защитить двигатель от перекоса (асимметрии) и пропадания фаз, а также нарушения чередования фаз.
  • Повышенное и пониженное напряжение. Колебания напряжения сокращает срок службы изоляции статора асинхронного электрического двигателя. Пониженное напряжение способствует резкому увеличению температуры в обмотках статора и изоляции. Если электродвигатель однофазный, то происходит «тяжелый» пуск двигателя и увеличивается нагрузка на пусковой конденсатор. В такой ситуации очень часто конденсатор или пусковая обмотка однофазного асинхронного двигателя выходят из строя. При пониженном напряжении электродвигатель работает с пониженным КПД, имеет меньший вращающий момент, увеличенное скольжение, повышенную рабочую температуру и, следовательно, меньший срок службы Обычно индуктивные электрические двигатели справляются с перенапряжением. Хотя большое электрическое перенапряжение может привести к межвитковым и междуфазным коротким замыканиям или коротким замыканием между фазой и корпусом двигателя. Проще говоря, происходит пробой обмоток между собой или на корпус.
  • Подшипники и смазка. Подшипники в настоящее время являются наиболее изнашиваемыми элементом электрического двигателя. Благодаря высокому КПД, у современных двигателей тепловые потери небольшие, изоляция обмоток не подвергается воздействию высоких температур, и короткое замыкание в обмотках больше не является самой частой проблемой при эксплуатации двигателей. На передний план вышли такие проблемы как повышенный шум от подшипников, а также повреждение подшипников. Теперь при проведении осмотра двигателя одной из основных является задача по замене и техническом обслуживании подшипников. В современных двигателях применяются необслуживаемые подшипники или подшипники с постоянной консистентной смазкой. Понятие «необслуживаемые» не означают, что этим подшипникам не требуется абсолютно никакого технического обслуживания. Со временем необслуживаемые подшипники следует менять. Когда именно, это зависит от срока службы подшипника и консистентной смазки применяемой в подшипниках и условий эксплуатации оборудования. Обычно срок службы необслуживаемых подшипников составляет 16000 – 40000 часов. Срок службы консистентной смазки составляет не меньше 40000 часов при нормальных условиях эксплуатации.

Профилактическое техническое обслуживание

Основной целью профилактического технического обслуживания асинхронных электродвигателей является проведение необходимых процедур по техническому обслуживанию в нужное время. Для этого необходимо регулярно контролировать работу электрического двигателя, что позволяет своевременно определить неисправности до того пока они возникнут. Профилактическое техническое обслуживание направлено на сокращение эксплуатационных расходов путем обнаружения и решения возникших проблем на ранних стадиях. Данные про температуру электродвигателя, вибрация и др. – это только некоторые параметры, помогающие определить, когда двигатель необходимо будет ремонтировать или менять

Состоянии подшипников

Спрогнозировать срок службы подшипника невозможно. При соблюдении нормальных условий эксплуатации, срок службы подшипников находится в пределах 16000 – 40000 часов. Известно, что имеются три периода процесса изнашивания деталей оборудования при эксплуатации. Первый период – это процесс приработки, в котором темп изнашивания очень высокий в результате приработки и истирания начальных неровностей или при наличии перекосов поверхностей сопряженных деталей. Второй – это установившийся износ, где происходят естественные изменения форм и размеров деталей в процессе эксплуатации оборудования. Третий – износ это катастрофический, при котором интенсивность износа резко возрастает из-за недопустимых изменений в сопряженных деталях. В этом периоде и происходит выход из строя узла. Чтобы увеличить ресурс и надежность оборудования и сократить затраты, связанные с ремонтами и простоями, необходима очень точная и надежная система диагностики текущего технического состояния подшипников. Одним из таких способов контроля и диагностики подшипников широко распространенным во всём мире является метод, базирующийся на измерении параметров вибрации. Обусловлено это тем, что вибрация несет в себе информацию о состоянии подшипников в частности и механизма в целом. Теория и практика анализов вибрационных сигналов в настоящее времени отработана так, что с ее помощью можно получить достоверную информацию о текущем состоянии не только подшипников, но и его элементов.

Состоянии изоляции

Испытание изоляции электродвигателя на прочность позволяет прогнозировать неисправности электрических двигателей. Существует несколько распространённых способов проверки изоляции, при помощи которых можно заранее определить возможную неисправность электродвигателя. Это измерение сопротивления изоляции на корпус, проверка импульсами высокой частоты, проверка показателя поляризации и проверка высоким напряжением.

Измерение сопротивления изоляции на корпус. Этот метод является самым простым способом проверки, и предупреждения большей части неисправностей электродвигателя. Измеряется сопротивление изоляции при помощи мегомметра. В процессе измерения напряжение 500 или 1000 В подаётся на обмотки статора и корпуса. Мегомметр – это омметр предназначен для измерения сопротивления в высоких диапазонах. В процессе проведения измерений и сразу после них на клеммах мегомметра присутствует опасное напряжение, и прикасаться к ним нельзя.

  • Минимальное сопротивление изоляции у новых и обмоток после проведения чистки или ремонта на корпус составляет 10 МОм или больше.
  • Минимальное сопротивление изоляции, можно вычислить путем умножения номинального напряжения Un, на постоянный множитель 0,5 МОм/кВ. Например: Un=690 В=0,69 кВ, то минимальное сопротивление изоляции составляет 0,69 кВ*0,5 МОм/кВ=0,35 МОм
  • Минимальное сопротивление изоляции обмоток статора относительно корпуса измеряется напряжением 500 вольт. Температура обмоток при проведении измерений должна быть 25°C +/– 15°C.
  • Максимальное сопротивление изоляции обмоток статора относительно корпуса измеряется напряжением 500 вольт при рабочей температуре обмоток 80–120°C в зависимости от типа электродвигателя и КПД.

Проверка показателя поляризации:

  • Если сопротивление изоляции электродвигателя меньше 10 МОм, то высока вероятность того, что в обмотки статора могла попасть влага и их необходимо сушить.
  • Если электрический двигатель работает в течение длительного периода времени, то его минимальное сопротивление может снизиться до критического уровня. Электродвигатель можно эксплуатировать до тех пор, пока величина измеренного значения сопротивления изоляции не упадёт ниже расчётного минимального значения. Если значение сопротивления будет ниже предельного, то чтобы не допустить обслуживающий персонал поражению блуждающими токами, электродвигатель необходимо немедленно вывести из эксплуатации.

Измерение сопротивления изоляции позволяет определить срок, когда необходимо проводить ремонт или замену электродвигателя. Проводить его необходимо регулярно, чтобы прослеживать тенденцию, позволяющую предотвратить неисправность. На (Рис. 2) показан график изменения сопротивления изоляции от времени эксплуатации.

Сопротивление изоляции со временем

На графике видно, что сопротивление изоляции достигло своего критического значения через 60 месяцев после начала эксплуатации двигателя. Электродвигатель необходимо вывести из эксплуатации и провести сушку его обмоток, это лучший случай. В худшем статор электродвигателя необходимо поменять или перемотать.

Чистка и сушка обмоток статора

Если величина сопротивления изоляции не достигла значения минимального сопротивления изоляции, значит, в обмотках находится влага и им требуется сушка. Сушить обмотки необходимо с большой осторожностью. Высокая температура и резкое её увеличение приводит к образованию пара, и высока вероятность того, что можно повредить обмотки. Для предотвращения этого, скорость увеличения температуры при сушке не должна превышать 5°C/ч, а сами обмотки не должны нагреваться на температуру выше, чем 150°C для электродвигателей класса F. Во время сушки надо внимательно контролировать температуру и проводить замеры сопротивления изоляции. В начале сушки сопротивление изоляции уменьшается из-за увеличения температуры, но в процессе сушки оно возрастает. Время продолжительности сушки, может быть разным и каких либо указаний по ее продолжительности нет. Сушка производится до тех пор, пока замеряемые величины сопротивления изоляции будут постоянными и выше чем минимальное значение. Если после проведения сушки значение сопротивления изоляции не достигло минимального, то это означает, что изоляция нарушена, и электродвигатель необходимо менять или перематывать статор. Электрический двигатель, в который попала влага, масло или токопроводящая пыль, необходимо очень тщательно очистить и высушить. Для удаления загрязнений, масла и пыли из ротора, статора или клеммной коробки применяется горячая вода и специальные моющие растворы. После проведения процесса очистки статор нужно высушить. Для достижения необходимого значения сопротивления изоляции, необходимо от нескольких часов до нескольких дней.

Проверка импульсами высокой частоты

Если с помощью проверки сопротивления изоляции можно определить износ статора на последней стадии, то импульсами высокой частоты проверяется износ изоляции обмоток на ранней стадии. При проверке импульсами высокой частоты проверяется состояние межвитковой и межфазной изоляции обмоток. Межфазная изоляция защищает обмотки от пробоя между фазами и на корпус. Межвитковая изоляция это изоляция, нанесенная на поверхность медного провода. Во время проверки импульсами высокой частоты в изоляции межвитковой и межфазной создаётся напряжение. Для создания этого напряжения применяется конденсатор, который разряжается на обмотку и образует колебательный контур. С помощью осциллографа, можно посмотреть результаты испытаний по каждой из фаз статора. Три фазы электродвигателя одинаковые, и, следовательно, полученные формы импульсов должны быть одинаковы. Если импульсы разные то это означает, что в электродвигателе изоляция повреждена. На (Рис. 3) так примерно выглядят форма сигнала на дефектной и рабочей обмотках.

Формы сигнала на осциллографе

Температура электродвигателя

Как было сказано выше, температура электрического двигателя очень сильно влияет на срок эксплуатации и является точной индикацией его состояния. Если температура электродвигателя превышает предельно допустимое значение на 10°C для определённого класса изоляции, например, класса F, то срок службы его изоляции может сократиться на 50%. На фирменной табличке всегда указывается класс нагревостойкости изоляции. Изоляция любого класса нагревостойкости двигателя должна выдерживать температуру, равную температуре окружающей среды плюс повышение температуры при условии эксплуатации с максимальной нагрузкой. Поэтому контроль температуры подшипников также является частью процесса технического обслуживания. Температура в подшипниках с консистентной смазкой не должна превышать ∆Т=60. Если взять максимальную температуру окружающей среды 40°C, то абсолютная температура подшипника вычисляется как сумма ∆Т и максимальной температуры окружающей среды В нашем случае абсолютная температура подшипников НЕ ДОЛЖНА превышать 100°C. Максимальную температуру подшипников электродвигателя нужно постоянно контролировать с помощью внешних термометров. В таблице приведены данные для двух наиболее распространённых классов нагревостойкости изоляции: B и F.

Термографическое исследование

При помощи инфракрасного сканирования можно определить скрытую неисправность в электродвигателе и этот способ очень хорошо для этого подходит. С помощью инфракрасного сканирования, определяются места с повышенной температурой. Например, какая степень износа подшипников. Инфракрасное исследование позволяет распознавать и при необходимости сделать снимки мест локального перегрева в двигателе. Таким образом, сканирование обеспечивает своевременный ремонт в случаях, когда было найдено место локального перегрева, и не допустить выхода из строя электродвигателя. В обычных условиях инфракрасное сканирование выполняются при нормальной работе и при полной нагрузке. Полученные данные затем анализируются для определения возникших проблем в электродвигателе, и решение которых возможно при помощи ТО. Термографическое изображение насоса, перекачивающего горячую воду, изображено на (Рис. 4)

Термографическое изображение насоса

Техническое обслуживание с проведением ремонта

Основной целью этого типа технического обслуживания является выполнение ремонта или замены двигателя в случае возникновении неисправностей. Техническое обслуживание с проведением ремонта или аварийный ремонт не являются регулярными работами.

Анализ неисправностей

Чтобы определить место и причину поломки, при возникших неисправностях в электродвигателе, его следует осмотреть. Обычно профилактический осмотр помогает предотвратить неисправность. Если неисправность могла возникнуть из-за какого-либо ненадёжного компонента, узла или плохого технического обслуживания, то необходимо проверить всё оборудование этого типа, чтобы подобная неисправность не появилась где-либо в другом электродвигателе или в системе. Из-за больших затрат на электроэнергию основной задачей для пользователей является обеспечение требуемого КПД электродвигателя. При возникновении в электродвигателе неисправности, по какой-либо причине, стоит вопрос, необходимо ли ремонтировать старый двигатель или купить новый. Из-за роста цен на электроэнергию потребители очень часто стараются купить новый электродвигатель, особенно тогда, когда стоимость ремонта старого соизмерима со стоимостью нового. Если перемотка или ремонт электродвигателя стоит дешевле, чем новый двигатель, тогда ремонтируется старый. Здесь следует отметить, что КПД перемотанного двигателя не может быть лучшим, чем КПД у нового двигателя.

Замена подшипников

Подшипники в электродвигателях являются самими часто изнашиваемыми узлами, и за один срок службы электродвигателя менять их приходится по нескольку раз. Вот общие рекомендации по разборке двигателя снятию старых подшипников и установке новых, а также мерам по обеспечении правильного монтажа подшипников в электродвигателе.

Для выполнения технического обслуживания и текущего ремонта узлов электродвигателя приходится необходимо разобрать двигатель и снять подшипники. При этом ротор и крышки не меняются. Во время проведения разборки необходимо соблюдать чистоту и аккуратность. Для демонтажа подшипников применяются различные съемники подшипников.

Установка новых подшипников

Перед тем как устанавливать новый подшипник необходимо тщательно очистить элементы электродвигателя, корпус и вал. Если не удалять оставшуюся консистентную смазку и грязь, новые подшипники могут шуметь, и срок службы их будет меньше. При выполнении монтажа подшипников усилие запрессовки необходимо передаваться только на напрессовываемое кольцо. На внутреннее кольцо, если монтаж производится на вал, и на наружное кольцо, если в корпус. Проводить монтаж так, чтобы усилие с одного кольца передавалось на другое кольцо через тела качения запрещено. В случае, когда подшипник одновременно насаживается и в корпус и на вал, тогда усилия должны передаваться на торцы обоих колец. При монтаже запрещено прикладывать усилие к сепаратору. Нельзя прикладывать усилие напрямую на кольцо, допускается наносить легкие удары, по кольцу только применяя втулку из мягкого металла. В случае монтажа подшипников открытого типа, подшипник необходимо предварительно прогреть в масляной ванне. Подшипник погружается в ванну с чистым минеральным маслом, нагретым до температуры 80-90°С, и выдерживается 15-20 мин в зависимости от типоразмеров подшипника. При монтаже закрытых подшипников с постоянной консистентной смазки их нагрев до такой же температуры необходимо производить в термостате. Нагретый в масле подшипник устанавливают на вал и с небольшим усилием насаживают на место. Сторона подшипника, где находится заводское клеймо, должна быть снаружи.

Меры предосторожности при монтаже подшипников

Подшипники всегда должны быть чистыми. В случае попадание в подшипник грязи или загрязняющих веществ может привести преждевременному его разрушению. Основные рекомендации по обращению с подшипниками и поддержанию их в чистоте.

  • Монтаж подшипников всегда необходимо производить на чистом рабочем месте и при помощи чистых инструментов.
  • Не нужно удалять с поверхностей подшипника консервационное масло. Практически все подшипники монтируются без удаления с их поверхностей масла.
  • Не следует ронять и деформировать подшипники. При изменении геометрической формы работа подшипника будет нарушена.
  • Для монтажа подшипника используются только инструменты из дерева или мягкого металла. Запрещается применять инструменты, которые могут повредить поверхность подшипника.
  • Упаковку подшипника необходимо открывать непосредственно перед его монтажом

Для того чтобы определить, правильно ли смонтирован подшипник в двигателе, надо провести его испытания. Сначала необходимо провернуть вал ротора вручную. Если никаких проблем при этом не возникло, испытать подшипник можно на малой скорости вращения без нагрузки. Если все нормально, то необходимо постепенно увеличивать нагрузку и скорость вращения до номинальной скорости. Если в процессе проведения испытаний обнаружены вибрация и необычный шум, или повышение температуры, испытания необходимо незамедлительно прекратить и проверить, правильно ли собран электродвигатель.

Целью технического обслуживания асинхронных электродвигателей является предупреждение и сокращение внеплановых простоев, которые могут отрицательно сказаться на производственном или технологическом процессе. Профилактический осмотр, способствует повышению КПД электродвигателя, а, следовательно, и КПД всей насосной установки. Техническое обслуживание позволяет определить сроки замены электродвигателя на более новый и высокотехнологичный. И последнее, но тоже очень важное: необходимость в ТО с проведением ремонта возникает тогда, когда осмотр и профилактическое ТО выполнялись формально, или если электрический двигатель неправильно сконструирован, или неправильно подобраны его материалы. ТО с проведением ремонта является крайней мерой, так как это связано с устранением повреждений возникших в электродвигателе и, следовательно, приводит к простою производства. Здесь уместно также напомнить, что заменяемые узлы и запчасти для электродвигателей должны быть оригинальными.

Спасибо за внимание.

P. S. Понравился пост? Порекомендуйте его своим друзьям и знакомым в социальных сетях.

Способ диагностики изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя

Владельцы патента RU 2615021:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам повышения надежности электрооборудования промышленных предприятий и диагностики состояния изоляции обмоток статоров асинхронных электродвигателей. Сущность способа заключается в определении и отслеживании изменения во времени соотношений полных сопротивлений обмоток статора асинхронного электродвигателя, а также определении и отслеживании изменения во времени сопротивления изоляции обмоток статора относительно корпуса путем измерения тока утечки на корпус асинхронного электродвигателя при подаче на обмотку статора напряжения после отключения электродвигателя от питающей сети. Определение полных сопротивлений обмоток статора производится косвенным путем при помощи измеренных значений токов и напряжений на обмотках статора электродвигателя. Технический результат заключается в возможности диагностирования снижения сопротивления изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя относительно корпуса электродвигателя и межвитковых замыканий на ранней стадии развития. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам повышения надежности электрооборудования промышленных предприятий и диагностики состояния изоляции обмоток статоров асинхронных электродвигателей.

Известен способ функциональной диагностики, заключающийся в том, что производят измерение полных сопротивлений обмоток статора электродвигателя, а также измерение сопротивления изоляции относительно корпуса асинхронного электродвигателя. Значения сопротивлений обмоток электродвигателя определяют косвенно по действующим значениям фазных токов и напряжений. Величину сопротивления изоляции относительно корпуса электродвигателя оценивают по действующему значению тока утечки на корпус (см. патент РФ №2351048, МПК Н02Н 7/08, G01R 31/34, опубл. 27.03.2009).

Недостатком данного способа является необходимость включения датчика тока утечки в цепь РЕ(РЕN)-проводника и погрешность оценки состояния изоляции обмоток относительно корпуса электродвигателя в случае нарушения соединений проводника, заземляющего корпус, что также ведет к ухудшению электробезопасности для обслуживающего персонала из-за возможности появления опасного потенциала на корпусе электродвигателя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ диагностирования изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя, заключающийся в том, что определяют полные сопротивления обмоток статора электродвигателя и сопротивление изоляции относительно корпуса асинхронного электродвигателя совместно с измерением напряжения на корпусе электродвигателя относительно искусственной нулевой точки. Значения сопротивлений обмоток электродвигателя определяют косвенно по действующим значениям измеренных фазных токов и напряжений. Величину сопротивления изоляции относительно корпуса электродвигателя оценивают по действующему значению тока утечки на корпус (см. патент РФ №2537744, МПК G01R 31/34, опубл. 10.01.2015).

Каждый электрик должен знать:  Не работают розетки после срабатывания автомата в щитке

Недостатком данного способа является погрешность оценки состояния изоляции обмотки статора относительно корпуса электродвигателя в случае соединения корпуса электродвигателя с заземленными металлоконструкциями основания, на которых установлен электродвигатель.

Технический результат — повышение эффективности и надежности диагностирования технического состояния асинхронных электродвигателей и повышение безопасности их эксплуатации.

Результат достигается тем, что в способе диагностики изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя, заключающемся в измерении мгновенных значений токов в обмотках и напряжений на зажимах электродвигателя, преобразовании их в напряжения, пропорциональные току и напряжению, определении по измеренным значениям токов и напряжений полных сопротивлений обмоток статора, регистрации полученных сигналов, а также в измерении тока утечки на корпус электродвигателя, дополнительно определяют соотношения полных сопротивлений обмоток статора и максимальную разницу этих соотношений, а ток утечки измеряют путем подачи напряжения на обмотку статора после отключения электродвигателя и последующего выбега, окончание которого определяют по затуханию генерируемой ЭДС выбега, и, если максимальная разница соотношений полных сопротивлений обмоток статора асинхронного электродвигателя или величина тока утечки превысили предельно-допустимые величины или отклонились от значений, полученных при предыдущих измерениях, формируют информационное сообщение.

Сущность способа в том, что производят измерение действующих значений токов и напряжений статора асинхронного электродвигателя в рабочем режиме и тока утечки на корпус путем подачи напряжения на обмотку статора после отключения электродвигателя и последующего выбега, окончание которого определяют по затуханию генерируемой ЭДС выбега. Значения токов и напряжений статора электродвигателя позволяют рассчитать полные сопротивления обмоток статора и их соотношения и определить максимальную разницу соотношений, сравнить ее с предельно-допустимой разницей и максимальной разницей, определенной при предыдущем измерении. Превышение предельно-допустимого значения свидетельствует о наличии одного или нескольких межвитковых замыканий. Чрезмерное отклонение значения максимальной разницы соотношений от значения, определенного при предыдущем измерении, свидетельствует об ускоренной деградации межвитковой изоляции:

где Zст1, Zст2, Zст3 — полные сопротивления обмоток статора электродвигателя;

Uст1, Uст2, Uст3 — напряжения на обмотках электродвигателя;

Iст1, Iст2, Iст3 — токи в обмотках статора электродвигателя;

Максимальная разница соотношений:

Фаза A (Zст1) обмотки статора имеет межвитковое повреждение при:

Фаза В (Zст2) обмотки статора имеет межвитковое повреждение при:

Фаза С (Zст3) обмотки статора имеет межвитковое повреждение при:

где Сдоп — предельно-допустимая разница соотношений.

Значение тока утечки позволяет определить величину сопротивления изоляции относительно корпуса. Увеличение тока утечки вплоть до предельно-допустимого значения может быть вызвано износом изоляции, увлажнением, развивающимся локальным повреждением. Чрезмерное отклонение величины тока утечки в сторону увеличения по сравнению с предыдущим измерением свидетельствует об ускоренной деградации изоляции. Отклонение в меньшую сторону свидетельствует об улучшении состояния изоляции вследствие ее сушки, перемотки электродвигателя или нарушения контактных соединений РЕ (PEN)-проводника. Сушку и перемотку осуществляют редко, а записи об их проведении заносят в специальные журналы, следовательно, персонал, обслуживающий электрические машины, информирован о проведении таких процедур. Это позволяет сделать вывод о том, что сигнал устройства о снижении тока утечки, по причине нарушения контактных соединений РЕ (PEN)-проводника будет правильно интерпретирован обслуживающим персоналом. Отслеживание состояния контактных соединений РЕ (PEN)-проводника позволяет повысить уровень электробезопасности персонала.

На фигуре 1 представлена блочная схема устройства.

Устройство содержит электромагнитный контактор 1, микроконтроллер 2, аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера 3, трехфазный преобразователь тока в напряжение 4, трехфазный делитель напряжения 5, источник напряжения в виде трансформатора напряжения, либо выпрямителя по схеме звезда-Ларионов, либо только управляемый ключ 6, жидкокристаллический дисплей 7, кнопочную клавиатуру 8, асинхронный электродвигатель 9, трансформаторы тока 10, 11, 12, датчик тока 13.

К фазам трехфазного асинхронного электродвигателя подключают трехфазный делитель напряжения 5, трехфазный преобразователь тока в напряжение 4, получающий токи от трех трансформаторов тока 13, 14, 15. Преобразователь 4 и делитель 5 подают преобразованный сигнал аналого-цифровому преобразователю 3, имеющему с преобразователем 4 и делителем 5 общую нулевую точку, аналого-цифровой преобразователь 3 связан с микроконтроллером 2, который имеет возможность отключить контактор, разомкнув цепь питания катушки контактора. Датчик тока 13 подключен к питающей асинхронный электродвигатель 9 линии после электромагнитного контактора 1 и обеспечивает измерение тока утечки при функционировании источника напряжения 6, связанного с микроконтроллером 2. Микроконтроллер 2 соединен с кнопочной клавиатурой 8 и жидкокристаллическим дисплеем 7.

Работает устройство следующим образом.

После запуска асинхронного электродвигателя 12 электромагнитным контактором 1 аналого-цифровой преобразователь 3 получает измеренные и преобразованные сигналы от преобразователя 4 (получающего сигналы от трансформаторов тока 10, 11, 12) и делителя 5; полученные аналоговые данные аналого-цифровой преобразователь 3 преобразует в цифровой вид и передает микроконтроллеру 2, который осуществляет вычисление согласно формулам 1, 2, 3 и сравнения по формулам 4, 5, 6 с целью выявления межвиткового замыкания, после чего микроконтроллер 2 формирует информационное сообщение о наличии межвиткового замыкания. Полученная по формуле 3 максимальная разница соотношений также сравнивается со значением максимальной разницы соотношений, полученной при предыдущем измерении, и в случае чрезмерного увеличения текущего значения по сравнению с предыдущим делается вывод об ускоренном развитии межвиткового повреждения изоляции с последующим формированием микроконтроллером 2 информационного сообщения.

При плановой остановке электродвигателя микроконтроллер 2 выдерживает паузу, в течение которой отслеживает величину затухающих фазных ЭДС выбега по данным аналого-цифрового преобразователя 3, получающего данные от делителя 5. Пауза заканчивается, когда фазные ЭДС выбега близки к нулю, после чего микроконтроллер 2 подает сигнал на включение источнику напряжения 6, подающему напряжение на обмотку статора отключенного от сети асинхронного электродвигателя 9, при этом осуществляется измерение величины тока утечки датчиком тока 13. Величина тока утечки сравнивается с предельно-допустимой величиной и со значением тока утечки, измеренным при предыдущей остановке. В случае превышения предельно-допустимого значения микроконтроллером 2 формируется информационное сообщение о снижении сопротивления изоляции относительно корпуса, а в случае чрезмерного отклонения в сторону увеличения от предыдущего измерения микроконтроллером 2 формируется информационное сообщение об ускоренной деградации изоляции. При чрезмерном отклонении величины тока утечки в меньшую сторону от предыдущего значения, микроконтроллером 2 формируется сообщение об ухудшении контактных соединений РЕ (PEN) -проводника.

Контроль межвитковой изоляции осуществляется с определенной периодичностью, а контроль изоляции относительно корпуса осуществляется при плановых остановках электродвигателя. Микроконтроллер 2 выдает сигналы о состоянии изоляции в виде сообщений на дисплей либо передает эти данные по промышленным сетям связи.

Предложенный способ позволяет диагностировать состояние межвитковой изоляции и изоляции относительно корпуса с высокой точностью и достоверностью, а также осуществлять контроль целостности контактных соединений РЕ (PEN)-проводника, что повышает уровень безопасности обслуживающего персонала.

Способ диагностики изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя, заключающийся в измерении мгновенных значений токов в обмотках и напряжений на зажимах электродвигателя, преобразовании их в напряжения, пропорциональные току и напряжению, определении по измеренным значениям токов и напряжений полных сопротивлений обмоток статора, регистрации полученных сигналов, а также в измерении тока утечки на корпус электродвигателя, отличающийся тем, что определяют соотношения полных сопротивлений обмоток статора и максимальную разницу этих соотношений, а ток утечки измеряют путем подачи напряжения на обмотку статора после отключения электродвигателя и последующего выбега, окончание которого определяют по затуханию генерируемой ЭДС выбега, и, если максимальная разница соотношений полных сопротивлений обмоток статора асинхронного электродвигателя или величина тока утечки превысили предельно-допустимые величины или отклонились от значений, полученных при предыдущих измерениях, формируют информационное сообщение.

Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей

Наука в области электричества в XIX и XX веках стремительно развивалась, что привело к созданию электрических асинхронных двигателей. С помощью таких устройств развитие промышленной индустрии шагнуло далеко вперед и теперь невозможно представить заводы и фабрики без силовых машин с использованием асинхронных электродвигателей.

История появления

История создания асинхронного электродвигателя начинается в 1888 году, когда Никола Тесла запатентовал схему электродвигателя, в этом же году другой ученый в области электротехники Галлилео Феррарис опубликовал статью о теоретических аспектах работы асинхронной машины.

В 1889 году российский физик Михаил Осипович Доливо-Добровольский получил в Германии патент на асинхронный трехфазный электрический двигатель.

Все эти изобретения позволили усовершенствовать электрические машины и привели к тому, что в промышленность стали массово применяться электрические машины, которые значительно ускорили все технологические процессы на производстве, повысили эффективность работы и снизили её трудоемкость.

В настоящий момент самый распространенный электродвигатель, эксплуатируемый в промышленности, является прототипом электрической машины, созданной Доливо-Добровольским.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Главными компонентами асинхронного электродвигателя являются статор и ротор, которые отделены друг от друга воздушным зазором. Активную работу в двигателе выполняют обмотки и сердечник ротора.

Под асинхронностью двигателя понимают отличие частоты вращения ротора от частоты вращения электромагнитного поля.

Статор – это неподвижная часть двигателя, сердечник которой выполняется из электротехнической стали и монтируется в станину. Станина выполняется литым способом из материала, который не магнитится (чугун, алюминий). Обмотки статора являются трехфазной системой, в которой провода уложены в пазы с углом отклонения 120 градусов. Фазы обмоток стандартно подключают к сети по схемам «звезда» или «треугольник».

Ротор – это подвижная часть двигателя. Роторы асинхронных электродвигателей бывают двух видов: с короткозамкнутым и фазным роторами. Данные виды отличаются между собой конструкциями обмотки ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Такой тип электрической машины был впервые запатентован М.О. Доливо-Добровольским и в народе называется «беличье колесо» из-за внешнего вида конструкции. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из накоротко замкнутых с помощью колец стержней из меди (алюминия, латуни) и вставленные в пазы обмотки сердечника ротора. Такой тип ротора не имеет подвижных контактов, поэтому такие двигатели очень надежны и долговечны при эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Такое устройство позволяет регулировать скорость работы в широком диапазоне. Фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку, которая соединяется по схемам «звезда» или треугольник. В таких электродвигателях в конструкции имеются специальные щетки, с помощью которых можно регулировать скорость движения ротора. Если в механизм такого двигателя добавить специальный реостат, то при пуске двигателя уменьшится активное сопротивление и тем самым уменьшатся пусковые токи, которые пагубно влияют на электрическую сеть и само устройство.

Принцип действия

При подаче электрического тока на обмотки статора возникает магнитный поток. Так как фазы смещены относительно друг друга на 120 градусов, то из-за этого поток в обмотках вращается. Если ротор короткозамкнутый, то при таком вращении в роторе появляется ток, который создает электромагнитное поле. Взаимодействуя друг с другом, магнитные поля ротора и статора заставляют ротор электродвигателя вращаться. В случае, если ротор фазный, то напряжение подается на статор и ротор одновременно, в каждом механизме появляется магнитное поле, они взаимодействуют друг с другом и вращают ротор.

Достоинства асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором
1. Простое устройство и схема запуска 1. Небольшой пусковой ток
2. Низкая цена изготовления 2. Возможность регулировать скорость вращения
3. С увеличением нагрузки скорость вала не меняется 3. Работа с небольшими перегрузками без изменения частоты вращения
4. Способен переносить перегрузки краткие по времени 4. Можно применять автоматический пуск
5. Надежен и долговечен в эксплуатации 5. Имеет большой вращающий момент
6. Подходит для любых условий работы
7. Имеет высокий коэффициент полезного действия

Недостатки асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором
1. Не регулируется скорость вращения ротора 1. Большие габариты
2. Маленький пусковой момент 2. Коэффициент полезного действия ниже
3. Высокий пусковой ток 3. Частое обслуживание из-за износа щеток
4. Некоторая сложность конструкции и наличие движущихся контактов

Асинхронные электродвигатели являются очень эффективными устройствами с отличными механическими характеристиками, и благодаря этому они являются лидерами по частоте применения.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

  • Продолжительный;
  • Кратковременный;
  • Периодический;
  • Повторно-кратковременный;
  • Особый.

Продолжительный режим – основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Для регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей и управления режимами их работы существуют следующие способы:

  1. Частотный – при изменении частоты тока в электрической сети изменяется частота вращения электрического двигателя. Для такого способа применяют устройство, которое называется частотный преобразователь;
  2. Реостатный – при изменении сопротивления реостата в роторе, изменяется частота вращения. Такой способ увеличивает пусковой момент и критическое скольжение;
  3. Импульсный – способ управления, при котором на двигатель подается напряжение специального вида.
  4. Переключение обмоток по время работы электрического двигателя со схемы «звезда» на схему «треугольник», что снижает пусковые токи;
  5. Управление с изменения пар полюсов для короткозамкнутых роторов;
  6. Подключение индуктивного сопротивления для двигателей с фазным ротором.

С развитием электронных систем, управление различными электродвигателями асинхронного типа становится все более эффективным и точным. Такие двигатели используются в мире повсеместно, разнообразие задач, выполняемых такими механизмами, с каждым днем растет, и потребность в них не уменьшается.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Как предупредить повреждение изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя

Около 80% аварий электронных машин связано с повреждением обмотки статора .
Высочайшая повреждаемость обмотки разъясняется томными критериями работы и
недостаточной стабильностью электронных параметров изоляционных материалов. В
итоге повреждения изоляции может произойти замыкание меж обмоткой и
магнитопроводом, замыкание меж витками катушек либо меж фазными обмотками.

Предпосылки повреждения обмоток статора асинхронных электродвигателей

Основной предпосылкой повреждения изоляции является резкое понижение электронной
прочности под воздействием увлажнения обмотки, загрязнения поверхности обмотки,
попадания в электродвигатель железной стружки, железной и другой
проводящей пыли, наличия в охлаждающем воздухе паров разных жидкостей,
длительной работы электродвигателя при завышенной температуре обмотки,
естественного старения изоляции.

Увлажнение обмотки может произойти вследствие длительного хранения
электродвигателя в сыром неотапливаемом помещении. В установленном
электродвигателе увлажнение может произойти при продолжительном недвижном
состоянии, в особенности при завышенной влажности окружающего воздуха либо при
попадании воды конкретно в электродвигатель.

Для предупреждения увлажнения обмотки во время хранения электродвигателя
нужны отменная вентиляция складского помещения и умеренное отапливание в
прохладное время года. В периоды долгих остановок электродвигателя при сырой и
туманной погоде следует закрывать задвижки воздушных каналов поступающего и
выходящего воздуха. При теплой сухой погоде все задвижки должны быть открыты.

Загрязнение обмотки электродвигателя происходит приемущественно вследствие
использования для остывания недостаточно незапятнанного воздуха. Совместно с охлаждающим
воздухом в электродвигатель могут попадать угольная и железная пыль, сажа,
пары и капли разных жидкостей. Вследствие износа щеток и контактных колец
появляется проводящая пыль, которая при интегрированных контактных кольцах оседает на
обмотках электродвигателя.

Предотвращение загрязнения может быть достигнуто внимательным уходом за
электродвигателем и кропотливой чисткой охлаждающего воздуха. Нужно
временами осматривать электродвигатель, очищать его от пыли и грязищи и в
случае необходимости создавать маленький ремонт изоляции. При завышенном
нагревании, также в итоге естественного старения изоляция в значимой
мере утрачивает механическую крепкость, становится хрупкой и гигроскопичной.

При долговременной работе машины крепления пазовых и лобовых частей обмотки
ослабляются и вследствие вибрации их изоляция разрушается . Изоляция обмотки
может быть повреждена: из-за халатной сборки и транспортировки
электродвигателя, вследствие разрыва вентилятора либо бандажа ротора, в
итоге задевания ротора за статор.

Сопротивление изоляции обмотки статора асинхронных электродвигателей

О состоянии изоляции можно судить по ее сопротивлению. Малое
сопротивление изоляции находится в зависимости от напряжения U, В, электродвигателя и его
мощности Р, кВт. Сопротивление изоляции обмоток от магнитопровода и меж
разомкнутыми фазными обмотками при рабочей температуре электродвигателя должно
быть более 0,5 МОм.

При температуре ниже рабочей это сопротивление нужно умножать на каждые
20° С (полные либо неполные) разности меж рабочей температурой и той
температурой, для которой оно определяется.

Измерение сопротивления изоляции электронных машин

Обычно измерение сопротивления изоляции делается особым прибором —
мегомметром. Для обмоток электронных машин с номинальным напряжением до 500 В
напряжение мегомметра должно быть 500 В, для обмоток электронных машин с
номинальным напряжением выше 500 В напряжение мегомметра 1000 В. Если
измеренное сопротивление изоляции обмотки меньше вычисленного, то нужно
произвести чистку и сушку обмотки. С этой целью разбирают электродвигатель и
убирают грязь с доступных поверхностей обмотки при помощи древесных скребков и
незапятнанных тряпок, смоченных в керосине, бензине либо четыреххлористом углероде.

Методы сушки асинхронных электродвигателей

Сушку защищенных машин можно создавать как в разобранном, так и в собранном
виде, закрытые машины нужно сушить в разобранном виде. Методы сушки
зависят от степени увлажнения изоляции и от наличия источников нагрева. При
сушке наружным нагревом употребляется жаркий воздух либо инфракрасные лучи. Сушку
жарким воздухом проводят в сушильных печах, ящиках и камерах, снабженных
паровыми либо электронными нагревателями. Сушильные камеры и ящики обязаны иметь
два отверстия: понизу для входа прохладного воздуха и вверху для выхода нагретого
воздуха и водяных паров, образовавшихся при сушке.

Температуру электродвигателя следует увеличивать равномерно во избежание
возникновения механических напряжений и вспучивания изоляции. Температура воздуха не
должна превосходить 120°С при изоляции класса А и 150° С при изоляции класса В.

Сначала сушки нужно определять температуру обмотки и сопротивление
изоляции через каждые 15—20 мин, потом интервал меж измерениями можно
прирастить до 1-го часа. Процесс сушки считается законченным, когда достигнуто
установившееся значение сопротивления. При слабеньком увлажнении обмотки сушку можно
создавать за счет выделения термический энергии непосредствено в частях
электродвигателя. Более комфортна сушка переменным током, когда обмотку статора
включают на пониженное напряжение при заторможенном роторе; при всем этом фазная
обмотка ротора должна быть замкнута накоротко. Ток в обмотке статора не должен
превосходить номинального значения.

Изменение температуры обмотки и сопротивления изоляции зависимо от
времени сушки пониженное напряжение, то схему соединения обмоток статора можно
не изменять, для однофазового напряжения целенаправлено фазные обмотки соединять
поочередно. Для сушки может быть применена энергия утрат в
магнитопроводе и корпусе электродвигателя. Для этого при вынутом роторе на
статор укладывают временную намагничивающую обмотку, охватывающую магнитопровод
и корпус. Нет необходимости распределять намагничивающую обмотку по всей
окружности, она может быть сосредоточена на статоре в более комфортном месте.
Количество витков в обмотке и ток в ней (сечение провода) подбираются таким
образом, чтоб индукция в магнитопроводе составляла (0,8-1) Т сначала сушки и
(0,5-0,6) Т в конце сушки.

Для конфигурации индукции делают отводы от обмотки либо же регулируют ток в
намагничивающей обмотке.

Способы определения места повреждения изоляции обмотки

Сначала нужно разъединить фазные обмотки и измерить сопротивление
изоляции каждой фазной обмотки от магнитопровода либо по последней мере проверить
целость изоляции Определение места повреждения изоляции 2-мя вольтметрами.
Определение катушечной группы с покоробленной изоляцией контрольной лампой. При
этом удается выявить фазную обмотку с покоробленной изоляцией.

Для определения места повреждения могут быть применены разные способы:
способ измерения напряжения меж концами обмотки и магнитопроводом, способ
определения направления тока в частях обмотки, способ деления обмотки на части и
способ «прожигания». При первом способе на фазную обмотку с покоробленной изоляцией
подается пониженное переменное либо неизменное напряжение и вольтметрами определяют
напряжение меж концами обмотки и магнитопроводом. По соотношению этих
напряжений можно судить о положении места повреждения обмотки относительно ее
концов. Этот способ не обеспечивает достаточной точности при малом сопротивлении
обмотки.

2-ой способ состоит в том, что неизменное напряжение подается на
объединенные в общую точку концы фазной обмотки и на магнитопровод. Для
способности регулирования и ограничения тока в цепь включают реостат R.
Направления токов в обеих частях обмотки, разграниченных точкой соединения с
магнитопроводрм, будут обратными. Если попеременно касаться 2-мя
проводами от милливольтметра концов каждой катушечной группы, то стрелка
милливольтметра будет отклоняться в одном направлении до того времени, пока провода
от милливольтметра не будут присоединены к концам катушечной группы с
покоробленной изоляцией. На концах последующих катушечных групп отклонение стрелки
поменяется на обратное.

Информационные признаки повреждения обмотки статора для построения релейной защиты автономного асинхронного генератора

Характеристика основных принципов обнаружения витковых замыканий в обмотке статора асинхронного электродвигателя, измерение несимметрии токов статора. Процесс разработки релейной защиты. Применение высокочувствительных схем для обнаружения несимметрии.

Рубрика Физика и энергетика
Предмет Физика
Вид статья
Язык русский
Прислал(а) Богдан Александр Владимирович
Дата добавления 22.10.2020
Размер файла 261,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора синхронных генераторов как одна из важнейших видов защиты. Принцип действия устройства РЗ, расчет его уставок. Особенности защиты. Сравнительный анализ отечественных и зарубежных образцов РЗ.

курсовая работа [460,4 K], добавлен 21.08.2012

Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчёты основных потерь.

курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.01.2011

Выбор главных размеров трехфазного асинхронного электродвигателя. Определение числа пазов, витков и сечения провода обмотки статора. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчет короткозамкнутого ротора, намагничивающего тока.

курсовая работа [285,6 K], добавлен 14.03.2009

Назначение и описание конструкции трехфазного асинхронного двигателя. Разработка технологического процесса изготовления статора, обоснование типа производства. Применяемые приспособления и нестандартное оборудование. Испытания статора двигателя.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 13.03.2013

Определение трехфазного асинхронного двигателя и обмоточных данных, на которые выполнены схемы обмоток. Перерасчет обмоток на другие данные (фазное напряжение и частоту вращения магнитного поля статора). Установление номинальных данных электродвигателя.

курсовая работа [1006,7 K], добавлен 18.11.2014

Определение внутреннего диаметра статора и длины магнитопровода, предварительного числа эффективных проводников в пазу. Плотность тока в обмотке статора. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Магнитное напряжение воздушного зазора.

курсовая работа [1,6 M], добавлен 25.01.2015

Определение размеров и выбор электромагнитных нагрузок асинхронного двигателя. Выбор пазов и типа обмотки статора. Расчет обмотки и размеры зубцовой зоны статора. Расчет короткозамкнутого ротора и магнитной цепи. Потери мощности в режиме холостого хода.

курсовая работа [1,2 M], добавлен 10.09.2012

Расчет пазов и обмотки статора, полюсов ротора и материала магнитопровода синхронного генератора. Определение токов короткого замыкания. Температурные параметры обмотки статора для установившегося режима работы и обмотки возбуждения при нагрузке.

курсовая работа [1,6 M], добавлен 20.06.2014

Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Расчёт токов короткого замыкания для целей релейной защиты. Функции защиты от асинхронного режима. Защита электродвигателей от многофазных коротких замыканий. Схема защиты синхронного электродвигателя.

курсовая работа [101,6 K], добавлен 08.11.2012

Расчет токов короткого замыкания. Выбор тока плавкой вставки предохранителей для защиты асинхронного электродвигателя. Параметры установок автоматов. Чувствительность и время срабатывания предохранителя. Селективность между элементами релейной защиты.

дипломная работа [2,8 M], добавлен 24.11.2010

Добавить комментарий