Монтаж, центровка и пуск электродвигателя. Причины вибрации электродвигателя.
Монтаж и центровка электродвигателя
Основания для электродвигателей
Электродвигатель, доставленный к месту установки с заводаизготовителя или со склада, где он хранился до монтажа, или из мастерской после ревизии, устанавливается на подготовленное основание.
В качестве оснований для электродвигателей применяют:
- литые чугунные или стальные плиты;
- сварные металлические рамы;
- кронштейны, салазки и т. д.
Плиты, рамы или салазки выверяются по осям и в горизонтальной плоскости, а затем закрепляются на бетонных фундаментах, перекрытиях и т. п. при помощи фундаментных болтов, которые заделываются в заготовленные отверстия. Эти отверстия обычно оставляют при бетонировании фундаментов, закладывая заблаговременно в соответствующих местах деревянные пробки.
Отверстия небольшой глубины могут быть также пробиты в готовых бетонных основаниях при помощи электрои пневмомолотков, оснащенных высокопроизводительными инструментами с наконечниками из твердых сплавов.
Отверстия в плите или раме для закрепления электродвигателя обычно выполняются на заводе-изготовителе, который поставляет общую плиту или раму для электродвигателя и приводимого им механизма.
Примечание. В случае, если отверстия для электродвигателя отсутствуют, на месте монтажа производится разметка основания и сверление отверстий.
Центровка электродвигателей
Для удобства центровки электродвигателя толщина подкладок должна предусматриваться в пределах 2–5 мм. Подъем электродвигателей на фундаменты выполняется кранами, талями, лебедками и другими механизмами. Подъем электродвигателей весом до 80 кг при отсутствии механизмов может выполняться вручную с применением настилов и других устройств.
Установленный на основание электродвигатель центрируется предварительно с грубой подгонкой по осям и в горизонтальной плоскости. Окончательная выверка производится при сопряжении валов.
Электродвигатель, установленный на опорную конструкцию, центрируется относительно вала вращаемого им механизма. Способы центровки бывают различные в зависимости от типа передачи.
Внимание. От точности выверки зависит надежность работы электродвигателя и главным образом его подшипников.
Центровка двигателя с механизмом необходима для достижения такого взаимного положения валов двигателя и механизма, при котором величины зазоров между полумуфтами будут равны. Это достигается путем передвижения двигателя на небольшие расстояния в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Перед центровкой производится проверка прочности посадки полумуфт на валы путем обстукивания полумуфты при одновременном ощупывании рукой стыка полумуфты с валом.
Центровка производится в два приема:
- предварительная — с помощью линейки или стального угольника;
- окончательная — по центровочным скобам.
Предварительная центровка ведется путем проверки отсутствия просвета между ребром приложенной линейки (стального угольника) и образующими обеих полумуфт. Такая проверка выполняется в четырех местах: вверху, внизу, справа и слева (рис. 6).
Совет. Во всех случаях при центровке нужно обращать внимание на то, чтобы количество отдельных прокладок под лапами электродвигателей было как можно меньше. Тонких прокладок толщиной 0,5–0,8 мм желательно применять не более 3–4 шт.
Если по условиям центровки прокладок оказывается больше, то их заменяют общей прокладкой большей толщины. Большое количество прокладок, и тем более из тонких листов, не обеспечивает надежного закрепления электродвигателя и может вызвать нарушение центровки. Это представляет неудобство и при последующих ремонтах и центровках во время эксплуатации.
Рис. 6. Выверка валов при ременной и клиноременной передачах с помощью: а — выверочной линейки; б — скоб и струны; в — шнурка; г — при шкивах разной ширины
Монтаж двигателей с фазным ротором
Монтаж асинхронных электродвигателей с фазным ротором производится аналогично монтажу электродвигателей с короткозамкнутым ротором, но при этом дополнительно выполняются работы по монтажу пусковых реостатов, проверке щеток и механизма подъемных щеток.
Схема соединения обмоток и включения в сеть асинхронного электродвигателя с фазным ротором показана на рис. 7.
Рис. 7. Схема соединения обмоток и включения в сеть асинхронного электродвигателя с фазным ротором
Монтаж пускового реостата
Перед монтажом пускового реостата производится проверка надежности контактов отдельных выводов путем подтяжки крепящих гаек и проверки прозвонкой целости всех цепей. После этого замеряется величина сопротивления изоляции.
Внимание. Если величина сопротивления изоляции меньше 1 МОм, устанавливается причина ее понижения путем проверки целости изоляционных деталей и отсутствия касания выводных концов о корпус.
Причины понижения величины сопротивления изоляции:
- отсыревание изолирующей плиты, на которой расположены неподвижные контакты;
- нарушение изоляции траверсы подвижных контактов.
При необходимости производится сушка указанных изолирующих деталей в сушильном шкафу или при помощи электрических ламп накаливания.
Подготовленный к монтажу пусковой реостат устанавливают на месте, указанном в проекте. Для удобства эксплуатации реостаты располагают вблизи пусковой аппаратуры и таким образом, чтобы было видно, как происходит разворот электродвигателя и механизма.
Расстояние от пола или площадки обслуживания до рукоятки реостата принимается 800–1000 мм. Для лучшего охлаждения оставляется зазор в 50–100 мм между реостатом и полом и т. п.
Корпус реостата заземляется. В реостат с масляным охлаждением заливается трансформаторное масло до установленного уровня. Электрическая прочность заливаемого масла не нормируется, но обычно используется сухое масло.
Проверка контактных колец и обмотки ротора
Перед монтажом (или при разборке электродвигателя с фазным ротором, если она производится) проверяется состояние:
- обмотки ротора;
- выводных концов от нее;
- контактных колец и щеток.
Проверяется надежность контактов, к которым крепятся выводные концы и токоподводы к щеткам, с проверкой мегаомметром сопротивления изоляции и целости (отсутствие обрыва) цепи.
Внимание. Величина сопротивления изоляции обмоток ротора и колец не должна быть ниже 0,5 МОм.
Если величина сопротивления изоляции меньше указанной, то устанавливается причина ее понижения, проверяется отдельно сопротивление изоляции обмоток и каждого кольца. Причиной понижения изоляции может быть отсыревание изоляции обмоток или колец. В этом случае производится сушка изоляции. Иногда сушкой не удается добиться улучшения состояния изоляции колец из-за повреждения изоляции. В этом случае снимаются кольца и устраняются причины, снизившие сопротивление изоляции.
Первый пуск электродвигателя
Первый пробный пуск двигателя производится поле окончания всех его испытаний и при их положительных результатах.
Пуск двигателя производится наладчиками в присутствии представителя электромонтажной организации. При этом пускаются несколько электродвигателей, входящих в одну электроустановку.
Перед пуском двигатель должен быть подготовлен, и пуск проведен с осторожностью.
Необходимо проверить:
- комплектность двигателя;
- состояние передачи от двигателя к механизму;
- наличие кожуха передачи и кожуха вентилятора двигателя;
- наличие смазки в подшипниках;
- устройство заземления.
Внимание. Все виды защит двигателя должны быть испытаны и поставлены на минимальные уставки.
Перед пробным пуском двигателя нужно провернуть его и проверить свободный ход. На случай отказа схемы управления двигателем при его отключении необходимо предусмотреть аварийное снятие напряжения ближайшим рубильником или автоматам.
При двигателе большой мощности или протяженном механизме необходимо расставить наблюдающих за работой двигателя и механизма.
Сначала двигатель пускается на 1–2 с. При этом проверяется направление вращения, работа механической части и поведение механизма.
При нормальном первом включении двигатель включается до разгона на полные обороты. При этом следят за током нагрузки по амперметру и по поведению двигателя, за состоянием защиты, работой щеток при их наличии, по звуку определяют, нет ли касания вращающихся частей за неподвижные, нет ли вибрации, нагрева подшипников.
При всех замеченных неполадках двигатель немедленно отключается без предупреждения.
При удовлетворительных результатах пробных пусков двигатель включается на более продолжительное время на обкатку. При этом проверяют нагрев подшипников, обмоток, стали магнитопровода.
Пуск двигателя с фазным ротором
Пусковые свойства асинхронного двигателя зависят от особенностей его конструкции, в частности от устройства ротора.
Примечание. Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом машины, связанным с переходом ротора из состояния покоя в состояние равномерного вращения, при котором момент двигателя уравновешивает момент сил сопротивления на валу машины.
При пуске асинхронного двигателя имеет место повышенное потребление электрической энергии из питающей сети, затрачиваемое не только на преодоление приложенного к валу тормозного момента и покрытие потерь в самой асинхронном двигателе, но и на сообщение движущимся звеньям производственного агрегата определенной кинетической энергии. Поэтому при пуске асинхронный двигатель должен развить повышенный вращающий момент.
Для асинхронного двигателя с фазным ротором начальный пусковой момент, соответствующий скольжению sп=1, зависит от активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь ротора (рис. 8).
Так, при замкнутых контактах ускорения У1, У2, т. е. при пуске асинхронного двигателя с замкнутыми накоротко контактными кольцами, начальный пусковой момент Мп1 имеет величину (0,5–1,0)Мном.
Начальный пусковой ток Iп имеет величину (4,5–7)Iном и более.
Рис. 8. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором: а — графики зависимости вращающего момента двигателя с фазным ротором от скольжения при различных активных сопротивлениях резисторов в цепи ротора (цифры 1, 2, 3 —
это различные сопротивления в цепи ротора); б — схема включения резисторов и замыкающих контактов ускорения в цепь ротора
Малый начальный пусковой момент асинхронного электродвигателя с фазным ротором может оказаться недостаточным для приведения в действие производственного агрегата и последующего его ускорения.
Значительный пусковой ток вызовет повышенный нагрев обмоток двигателя, что ограничивает частоту его включений, а в маломощных сетях приводит к нежелательному для работы других приемников временному понижению напряжения. Эти обстоятельства могут явиться причиной, исключающей использование асинхронных двигателей с фазным ротором с большим пусковым током для привода рабочих механизмов.
Введение в цепь ротора двигателя регулируемых резисторов, называемых пусковыми, не только снижает начальный пусковой ток, но одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть максимального вращающего момента Mmax (рис. 8, а, кривая 3), если критическое скольжение двигателя с фазным ротором
sкр = (R2' + Rд')/(Х1 + Х2') = 1,
где Rд' — активное сопротивление резистора, находящегося в фазе обмотки ротора двигателя, приведенное к фазе обмотки статора.
Примечание. Дальнейшее увеличение активного сопротивления пускового резистора нецелесообразно, так как оно приводит к ослаблению начального пускового момента и выходу точки максимального вращающего момента в область скольжения s > 1, что исключает возможность разгона ротора.
Необходимое активное сопротивление резисторов для пуска двигателя с фазным ротором определяют, исходя из требований пуска, который может быть:
- легким, когда Мп = (0,1 – 0,4)Mном;
- нормальным, если Мп составляет (0,5–0,75)Мном;
- тяжелым — при Мп ≥ Мном.
Для поддержания достаточно большого вращающего момента двигателем с фазным ротором в процессе разгона производственного агрегата с целью сокращения длительности переходного процесса и снижения нагрева двигателя необходимо постепенно уменьшать активное сопротивление пусковых резисторов.
Допустимое изменение момента в процессе разгона M(t) определяется электрическими и механическими условиями, лимитирующими пиковый предел момента М > 0,85Ммах, момент переключения М2 >> Мс (рис. 9), а также ускорение.
Переключение пусковых резисторов обеспечено поочередным включением контакторов ускорения Y1, Y2, соответственно, в моменты времени t1, t2, отсчитываемые с момента пуска двигателя, когда в процессе разгона вращающий момент М становится равным моменту переключения М2. Благодаря этому на протяжении всего пуска все пиковые моменты получаются одинаковыми, а все моменты переключения равны между собой.
Поскольку вращающий момент и ток асинхронного двигателя с фазным ротором взаимно связаны, то можно при разгоне ротора установить:
- пиковый предел тока
I1=(1,5–2,5) Iном;
Рис. 9. Пусковые характеристики трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором
- ток переключения I2, который должен обеспечить момент переключения М2 > Мc.
Отключение асинхронных двигателей с фазным ротором от питающей сети всегда выполняют при цепи ротора, замкнутой накоротко, во избежание появления перенапряжений в фазах обмотки статора, которые могут превысить номинальное напряжение этих фаз в 3–4 раза, если цепь ротора в момент отключения двигателя окажется разомкнутой.
Измерение вибрации электродвигателей
Причины возникновения вибрации
Величина вибрации измеряется на всех подшипниках электродвигателей в горизонтально-поперечном (перпендикулярно оси вала), горизонтально-осевом и вертикальном направлениях.
Измерение вибрации производится:
- в двух первых направлениях — на уровне оси вала;
- в вертикальном направлении — в наивысшей точке подшипника.
Вибрация электродвигателей измеряется виброметрами. Повышенная вибрация, чаще всего, может быть вызвана электромагнитными или механическими причинами.
Электромагнитные причины возникновения вибрации электродвигателей:
- неправильное выполнение соединений отдельных частей или фаз обмоток;
- недостаточная жесткость корпуса статора, вследствие чего активная часть якоря притягивается к полюсам индуктора и вибрирует;
- замыкания различного вида в обмотках электродвигателей;
- обрывы одной или нескольких параллельных ветвей обмоток;
- неравномерный воздушный зазор между статором и ротором.
Механические причины вибрации электродвигателей:
- неправильная центровка электродвигателя с рабочей машиной;
- неисправности в соединительной муфте;
- искривление вала;
- неуравновешенность вращающихся частей электродвигателя или рабочей машины;
- ослабление крепления или посадки вращающихся частей.
Технические характеристики виброметров
Малогабаритный виброметр марки «К1» (рис. 10) предназначен для проведения измерения вибрации в размерности виброскорости (мм/с) в стандартном диапазоне частот от 10 до 1000 Гц. Прибор может быть использован неквалифицированным персоналом.
Преимуществами виброметра К1 являются:
- яркий экран, допускающий работу в широком диапазоне температур, до –20 °С;
- малые габариты и вес;
- возможность длительной работы от встроенных аккумуляторов.
Малогабаритный виброметр марки «Vibro Vision» предназначен для контроля уровня вибрации и экспресс-диагностики дефектов вращающегося оборудования. Позволяет измерять общий уровень вибрации (среднеквадратичное значение, пик, размах), оперативно диагностировать состояние подшипников качения.
Рис. 10. Внешний вид виброметра К1
Виброметр регистрирует сигналы в размерности виброускорения, виброскорости, виброперемещения при помощи встроенного или внешнего датчика. При помощи встроенного вибродатчика виброметр наиболее удобен для простых и оперативных измерений.
При использовании внешнего датчика, устанавливаемого на контролируемом оборудовании при помощи магнита или с использованием щупа, можно проводить более сложные измерения. Дополнительными функциями виброметра «Vibro Vision» являются:
- определение состояния подшипников качения на основе расчета эксцесса виброускорения;
- простейший анализатор вибросигналов.
Прибор позволяет оценивать форму вибросигнала (256 отсчетов) и анализировать спектр вибросигнала (100 линий). Это позволяет «на месте» диагностировать такие дефекты, как небаланс, расцентровку.
Устранение вибрации электродвигателя
Методика поиска внешних причин вибрации
Внимание. Вибрация электродвигателя, превышающая норму, должна быть устранена.
Не отключая двигателя, следует проверить, не являются ли причиной вибрации:
- слабое крепление двигателя;
- нарушение и разрушение сварки элементов фундаментной рамы;
- разрушение бетона фундамента. Для этого на ощупь определяют и сравнивают вибрацию лап электродвигателя или стульев его подшипников, болтов, крепящих электродвигатель, и рамы вблизи лап.
Примечание. При недостаточной затяжке болта вибрирует только лапа двигателя, а болт не вибрирует или вибрирует незначительно.
Лучше всего разницу в вибрации можно заметить, приложив палец на стык двух сопрягаемых деталей, в данном случае на стык болта и лапы. При нарушении прочного сопряжения между ними вибрация вызывает перемещение одной детали относительно другой, и палец легко обнаружит это.
Если вибрирует и болт, то указанным способом проверяется, нет ли разницы в вибрации:
- на стыке между лапой и рамой;
- между верхней полкой и вертикальной частью рамы;
- между ребром жесткости и верхней и нижней полками;
- между нижней полкой рамы и фундаментами и т. д.
Примечание. Иногда нарушение прочного сопряжения между деталями обнаруживается по появлению мелких пузырей, а при сильной вибрации — и мелких брызг масла в месте стыка.
При обнаружении дефекта в сопряжении между рамой и фундаментом, появляющегося чаще всего из-за разъедания бетона маслом, весь
пропитанный бетон, в том числе и пока сохранивший прочность, должен быть удален и заменен свежим. На время схватывания бетона агрегат должен быть остановлен.
Методика поиска внутренних причин вибрации
Если дефектов в фундаменте, раме, креплении электродвигателя и его торцовых крышек, креплении приводимого механизма не обнаружено, следует рассоединить муфту между электродвигателем и механизмом, запустить электродвигатель в работу на холостом ходу.
Если в момент пуска и на холостом ходу электродвигатель работает без вибрации, то причину вибрации следует искать:
- в нарушении центровки;
- износе пальцев или самих полумуфт;
- в появлении небаланса в приводимом механизме.
Если электродвигатель вибрирует и на холостом ходу, то причина вибрации находится в самом электродвигателе. В этом случае следует проверить, не исчезает ли вибрация сразу после отключения электродвигателя от сети.
Примечание. Исчезновение вибрации сразу после отключения от сети указывает на наличие неравномерного зазора между ротором и статором.
Для устранения вибрации, вызванной неравномерным зазором, следует принять меры к его выравниванию.
Сильная вибрация электродвигателя при пуске на холостом ходу указывает на неравномерный зазор или на обрыв стержня в обмотке ротора. Если зазор равномерен, то причина вибрации только в обрыве стержня ротора. Вибрация в этом случае устраняется путем ремонта обмотки ротора.
Если вибрация электродвигателя, отсоединенного от механизма, после отключения от сети пропадает не сразу, а снижается по мере снижения числа оборотов, то причина вибрации — в небалансе ротора из-за неуравновешенности полумуфты, изгиба или появления трещины на валу, смещения обмотки, отрыва бочки ротора от вала. В этом случае полезно снять полумуфту и электродвигатель запустить без нее.
Нормальная работа электродвигателя указывает на небаланс полумуфты. Такую полумуфту необходимо установить на оправку и проточить по всей наружной поверхности на токарном станке. Если и после снятия полумуфты вибрация осталась, ротор должен быть вынут и проверен на отсутствие дефектов на валу и в креплении на нем роторной бочки. При отсутствии дефектов ротор должен быть подвергнут динамической балансировке на станке. Статическая балансировка ротора на ножах в данном случае не поможет, поэтому производить ее не следует.
Повышенные зазоры в подшипниках скольжения сами по себе вибрацию не вызывают. Если нет других причин вибрации, то и при больших зазорах электродвигатель, особенно на холостом ходу, будет работать нормально. Но если появятся другие причины вибрации, то величина ее при больших зазорах будет значительно выше, чем при допустимых зазорах.
Примечание. Если электродвигатель вибрирует только под нагрузкой и определить причину вибрации не удается, следует принять меры к уменьшению зазора в подшипниках путем их перезаливки.
Вибрация электродвигателя по причине дефектности подшипников качения обнаруживается легко. Дефектный подшипник сильно шумит, греется. Его необходимо заменить и только потом продолжить выяснение причины вибрации, если она осталась.
Дефектами соединительной муфты, вызывающими вибрацию, являются неуравновешенность полумуфт, несоосность отверстий в полумуфтах более чем на 1 мм, неодинаковость веса пальцев, неравномерный износ их или износ мягких шайб до такой степени, что пальцы касаются сталью отверстий в полу муфтах.
Все пальцы должны быть взвешены. Если есть разница в весе, то каждые два пальца, имеющие одинаковый вес, устанавливаются в противоположные отверстия полумуфт. Все сработавшиеся пальцы должны быть восстановлены заменой кожи или резины. Полумуфты, имеющие несоосность отверстий, должны быть заменены.