Методы диагностики неисправностей электродвигателей. Ремонт и эксплуатация электродвигателей.
Методы диагностики неисправностей асинхронных электродвигателей
Рассмотрим неисправность № 1: двигатель при пуске не разворачивается или скорость его вращения ненормальная. Причинами указанной неисправности могут быть механические и электрические неполадки.
К электрическим неисправностям относятся:
- внутренние обрывы в обмотке статора или ротора;
- обрыв в питающей сети;
- нарушения нормальных соединений в пусковой аппаратуре.
При обрыве обмотки статора в нем не будет создаваться вращающееся магнитное поле, а при обрыве в двух фазах ротора в обмотке последнего не будет тока, взаимодействующего с вращающимся полем статора, и двигатель не сможет работать.
Если обрыв обмотки произошел во время работы двигателя, он может продолжать работать с номинальным вращающим моментом, но скорость вращения сильно понизится, а сила тока настолько увеличится, что при отсутствии максимальной защиты может перегореть обмотка статора или ротора.
В случае соединения обмоток двигателя в треугольник и обрыва одной из его фаз двигатель начнет разворачиваться, так как его обмотки окажутся соединенными в открытый треугольник, при котором образуется вращающееся магнитное поле, сила тока в фазах будет неравномерной, а скорость вращения — ниже номинальной. При этой неисправности ток в одной из фаз в случае номинальной нагрузки двигателя будет в 1,73 раза больше, чем в двух других. Когда у двигателя выведены все шесть концов его обмоток, обрыв в фазах определяют мегаомметром. Обмотку разъединяют и измеряют сопротивление каждой фазы.
Рассмотрим неисправность № 2: скорость вращения двигателя при полной нагрузке ниже номинальной.
Причины:
- пониженное напряжение сети;
- плохие контакты в обмотке ротора;
- большое сопротивление в цепи ротора у двигателя с фазным ротором.
При большом сопротивлении в цепи ротора возрастает скольжение двигателя и уменьшается скорость его вращения.
Сопротивление в цепи ротора увеличивают плохие контакты в щеточном устройстве ротора, пусковом реостате, соединениях обмотки с контактными кольцами, пайках лобовых частей обмотки, а также недостаточное сечение кабелей и проводов между контактными кольцами и пусковым реостатом.
Плохие контакты в обмотке ротора можно выявить, если в статор двигателя подать напряжение, равное 20–25% номинального. Заторможенный ротор медленно поворачивают вручную и проверяют силу тока во всех трех фазах статора. Если ротор исправен, то при всех его положениях сила тока в статоре одинакова, а при обрыве или плохом контакте будет изменяться в зависимости от положения ротора.
Плохие контакты в пайках лобовых частей обмотки фазного ротора определяют методом падения напряжения. Метод основан на увеличении падения напряжения в местах недоброкачественной пайки. При этом замеряют величины падения напряжения во всех местах соединений, после чего результаты измерений сравнивают. Пайки считаются удовлетворительными, если падение напряжения в них превышает падение напряжения в пайках с минимальными показателями не более чем на 10%.
У роторов с глубокими пазами может также происходить разрыв стержней из-за механических перенапряжений материала. Разрыв стержней в пазовой части короткозамкнутого ротора определяют следующим образом. Ротор выдвигают из статора и в зазор между ними забивают несколько деревянных клиньев, чтобы ротор не мог повернуться. К статору подводят пониженное напряжение не более 0,25Uном.
На каждый паз выступающей части ротора поочередно накладывают стальную пластину, которая должна перекрывать два зубца ротора. Если стержни целые, пластина будет притягиваться к ротору и дребезжать. При наличии разрыва притяжение и дребезжание пластины исчезают.
Рассмотрим неисправность № 3: двигатель разворачивается при разомкнутой цепи фазного ротора. Причина неисправности — короткое замыкание в обмотке ротора.
При включении двигатель медленно разворачивается, а его обмотки сильно нагреваются, так как в замкнутых накоротко витках вращающимся полем статора наводится ток большой величины.
Короткие замыкания возникают между хомутиками лобовых частей, а также между стержнями при пробое или ослаблении изоляции в обмотке ротора.
Это повреждение определяют тщательным внешним осмотром и измерением сопротивления изоляции обмотки ротора. Если при осмотре не
удается обнаружить повреждение, то его определяют по неравномерному нагреву обмотки ротора на ощупь, для чего ротор затормаживают, а к статору подводят пониженное напряжение.
Рассмотрим неисправность № 4: равномерный нагрев всего двигателя выше допустимой нормы может получиться в результате длительной перегрузки и ухудшения условий охлаждения. Повышенный нагрев вызывает преждевременный износ изоляции обмоток.
Рассмотрим неисправность № 5: местный нагрев обмотки статора, который обычно сопровождается сильным гудением, уменьшением скорости вращения двигателя и неравномерными токами в его фазах, а также запахом перегретой изоляции.
Эта неисправность может возникнуть в результате неправильного соединения между собой катушек в одной из фаз, замыкания обмотки на корпус в двух местах, замыкания между двумя фазами, короткого замыкания между витками в одной из фаз обмотки статора.
При замыканиях в обмотках двигателя вращающимся магнитным полем в короткозамкнутом контуре будет наводиться ЭДС, которая создаст ток большой величины, зависящий от сопротивления замкнутого контура. Поврежденная обмотка может быть найдена по величине измеренного сопротивления. При этом поврежденная фаза будет иметь меньшее сопротивление, чем исправные. Сопротивление измеряют мостом или методом амперметра — вольтметра. Поврежденную фазу можно также определить методом измерения тока в фазах, если к двигателю подвести пониженное напряжение.
При соединении обмоток в звезду ток в поврежденной фазе будет больше, чем в других. Если обмотки соединены в треугольник, линейный ток в двух проводах, к которым присоединена поврежденная фаза, будет больше, чем в третьем проводе.
При определении указанного повреждения у двигателя с короткозамкнутым ротором последний может быть заторможенным или вращаться, а у двигателей с фазным ротором обмотка ротора может быть разомкнута. Поврежденные катушки определяют по падению напряжения на их концах: на поврежденных катушках падение напряжения будет меньше, чем на исправных.
Рассмотрим неисправность № 6: местный нагрев активной стали статора, который происходит:
- из-за выгорания и оплавления стали при коротких замыканиях в обмотке статора;
- при замыкании листов стали вследствие задевания ротора о статор во время работы двигателя;
- вследствие разрушения изоляции между отдельными листами стали.
Признаками задевания ротора о статор являются:
- дым, искры и запах гари;
- активная сталь в местах задевания приобретает вид полированной поверхности;
- появляется гудение, сопровождающееся вибрацией двигателя.
Причиной задевания служит нарушение нормального зазора между ротором и статором в результате износа подшипников, неправильной их установки, большого изгиб вала, деформации стали статора или ротора, одностороннего притяжения ротора к статору из-за витковых замыканий в обмотке статора, сильной вибрации ротора, который определяют щупом.
Рассмотрим неисправность № 7: ненормальный шум в двигателе. Нормально работающий двигатель издает равномерное гудение, которое характерно для всех машин переменного тока. Возрастание гудения и появление в двигателе ненормальных шумов могут явиться следствием ослабления запрессовки активной стали, пакеты которой будут периодически сжиматься и ослабляться под воздействием магнитного потока.
Для устранения дефекта необходимо перепрессовать пакеты стали. Сильное гудение и шумы в машине могут быть также результатом неравномерности зазора между ротором и статором.
Рассмотрим неисправность № 8: повреждение изоляции обмоток, которое может произойти:
- от длительного перегрева двигателя;
- от увлажнения и загрязнения обмоток;
- от попадания на обмотки металлической пыли, стружек;
- в результате естественного старения изоляции.
Повреждения изоляции могут вызвать замыкания между фазами и витками отдельных катушек обмоток, а также замыкание обмоток на корпус двигателя.
Увлажнение обмоток происходит в случае длительных перерывов в работе двигателя, при непосредственном попадании в него воды или пара в результате хранения двигателя в сыром неотапливаемом помещении и т. д.
Металлическая пыль, попавшая внутрь машины, создает токопроводящие мостики, которые постепенно могут вызвать замыкания между фазами обмоток и на корпус. Необходимо строго соблюдать сроки осмотров и планово-предупредительных ремонтов двигателей.
Сопротивление изоляции обмоток двигателя напряжением до 1000 В не нормируется, изоляция считается удовлетворительной при сопротивлении 1000 Ом на 1 В номинального напряжения, но не менее 0,5 МОм при рабочей температуре обмоток.
Замыкание обмотки на корпус двигателя обнаруживают мегаомметром, а место замыкания — способом «прожигания» обмотки или методом питания ее постоянным током.
Способ «прожигания» заключается в том, что один конец поврежденной фазы обмотки присоединяют к сети, а другой — к корпусу. При прохождении тока в месте замыкания обмотки на корпус образуется «прожог», появляются дым и запах горелой изоляции.
Рассмотрим неисправность № 9: двигатель не идет в ход в результате перегорания предохранителей в обмотке якоря, обрыва обмотки сопротивления в пусковом реостате или нарушения контакта в подводящих проводах. Обрыв обмотки сопротивления в пусковом реостате обнаруживают контрольной лампой или мегаомметром.
Предупреждение повреждения изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя
Измерение сопротивления изоляции электрических машин
Обычно измерение сопротивления изоляции производится специальным прибором — мегаомметр. Для обмоток электрических машин с номинальным напряжением до 500 В напряжение мегаомметра должно быть 500 В, для обмоток электрических машин с номинальным напряжением свыше 500 В напряжение мегаомметра 1000 В.
Если измеренное сопротивление изоляции обмотки меньше вычисленного, то необходимо произвести очистку и сушку обмотки. С этой целью разбирают электродвигатель и удаляют грязь с доступных поверхностей обмотки с помощью деревянных скребков и чистых тряпок, смоченных в керосине, бензине или четыреххлористом углероде.
Способы сушки асинхронных электродвигателей
Сушку защищенных машин можно производить как в разобранном, так и в собранном виде, закрытые машины необходимо сушить в разобранном виде.
Примечание. Способы сушки зависят от степени увлажнения изоляции и от наличия источников нагрева.
При сушке внешним нагревом используется горячий воздух или инфракрасные лучи. Сушку горячим воздухом проводят в сушильных печах,
ящиках и камерах, снабженных паровыми или электрическими нагревателями. Сушильные камеры и ящики должны иметь два отверстия:
- внизу для входа холодного воздуха;
- вверху для выхода нагретого воздуха и водяных паров, образовавшихся при сушке.
Совет. Температуру электродвигателя следует повышать постепенно во избежание появления механических напряжений и вспучивания изоляции.
Температура воздуха не должна превышать:
- 120 °С — при изоляции класса А;
- 150 °С — при изоляции класса В.
В начале сушки необходимо измерять температуру обмотки и сопротивление изоляции через каждые 15–20 мин, затем интервал между измерениями можно увеличить до одного часа. Процесс сушки считается законченным, когда достигнуто установившееся значение сопротивления.
При слабом увлажнении обмотки сушку можно производить за счет выделения тепловой энергии непосредственно в частях электродвигателя. Наиболее удобна сушка переменным током, когда обмотку статора включают на пониженное напряжение при заторможенном роторе.
Примечание. Фазная обмотка ротора должна быть замкнута накоротко. Ток в обмотке статора не должен превышать номинального значения.
Рассмотрим изменение температуры обмотки и сопротивления изоляции в зависимости от времени сушки. При пониженном напряжении схему соединения обмоток статора можно не изменять, для однофазного напряжения целесообразно фазные обмотки соединять последовательно.
Для сушки может быть использована энергия потерь 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 наиболее удобном месте. Количество витков в обмотке и ток в ней (сечение провода) подбираются таким образом, чтобы индукция в магнитопроводе составляла 0,8–1 Тл в начале сушки и 0,5–0,6 Тл в конце сушки.
Для изменения индукции делают отводы от обмотки или же регулируют ток в намагничивающей обмотке.
Методы определения места повреждения изоляции обмотки
Прежде всего, необходимо разъединить фазные обмотки и измерить сопротивление изоляции каждой фазной обмотки от магнитопровода или, по крайней мере, проверить целость изоляции.
Для определения места повреждения могут быть использованы методы:
- измерения напряжения между концами обмотки и магнитопроводом;
- определения направления тока в частях обмотки;
- деления обмотки на части и метод «прожигания».
При первом методе на фазную обмотку с поврежденной изоляцией подается пониженное переменное или постоянное напряжение и измеряют напряжение между концами обмотки и магнитопроводом. По соотношению этих напряжений можно судить о положении места повреждения обмотки относительно ее концов. Этот метод не обеспечивает достаточной точности при малом сопротивлении обмотки.
Второй метод заключается в том, что постоянное напряжение подается на объединенные в общую точку концы фазной обмотки и на магнитопровод. Для возможности регулирования и ограничения тока в цепь включают реостат. Направления токов в обеих частях обмотки, разграниченных точкой соединения с магнитопроводом, будут противоположными. Если поочередно касаться двумя проводами от милливольтметра концов каждой катушечной группы, то стрелка прибора будет отклоняться в одном направлении до тех пор, пока провода от милливольтметра не будут присоединены к концам катушечной группы с поврежденной изоляцией. На концах следующих катушечных групп отклонение стрелки изменится на противоположное.
У катушечной группы с поврежденной изоляцией отклонение стрелки будет зависеть от того, к какому из концов ближе место повреждения изоляции.
Величина напряжения на концах этой катушечной группы будет меньше, чем на других катушечных группах, если повреждение изоляции не находится вблизи концов катушечной группы. Таким же образом производится дальнейшее определение места повреждения изоляции внутри катушечной группы.
Разборка и сборка электродвигателей при ремонте
Порядок разборки электродвигателей
Порядок разборки электродвигателя при ремонте:
1. Снимают шкив или полумуфту.
2. Снимают крышки подшипников качения, отпускают хомуты траверс, отвинчивают гайки со шпилек, стягивающих фланцы шарикоподшипников.
3. Выпускают масло из подшипников скольжения.
4. Снимают подшипниковые щиты.
5. Вынимают ротор электродвигателя.
6. Снимают с вала подшипники качения, вытаскивают из щитов втулки или вкладыши подшипников скольжения.
7. Промывают бензином или керосином щиты, подшипники, траверсы, вкладыши, масленки, уплотнения и т. п.
8. Очищают обмотки от пыли или продувают их очищенным сжатым воздухом.
9. Загрязненные обмотки после продувки протирают чистой тряпкой, смоченной в бензине.
10. Производят распайку соединений и вынимают обмотки из пазов.
Примечание. Разборку электродвигателя следует проводить так, чтобы не повредить отдельных деталей. При разборке не разрешается применять слишком больших усилий, резких ударов, пользоваться зубилами.
Туго выворачивающиеся болты смачивают керосином и оставляют на несколько часов, после чего болты ослабляют и выкручивают.
При разборке электродвигателя все мелкие детали складывают в специальный ящик. Каждая деталь электродвигателя должна иметь бирку, на которой указывают номер ремонтируемого электродвигателя. Болты и шпильки после разборки лучше ввернуть на свои места, что предотвратит возможную их утерю.
Шкив, полумуфту и шарикоподшипник снимают с вала при помощи стяжки (рис. 24). Желательно чтобы стяжка была с тремя скобами.
Рис. 24. Стяжка для разборки электродвигателей
Конец болта стяжки упирают в торец вала электродвигателя, а концами скоб захватывают края шкива, муфты или внутреннюю обойму подшипника. При вращении болта снимаемая деталь сползает с вала
электродвигателя. Нужно следить, чтобы направление усилия совпадало с осью вала, так как иначе возможен перекос, который вызовет повреждение цапфы вала электродвигателя.
Если подобной стяжки нет, то шкив или подшипник снимают с вала электродвигателя легкими ударами молотка через прокладку из твердого дерева или меди. Удары наносят по ступице шкива или внутреннему кольцу подшипника качения равномерно по всей окружности.
Для снятия подшипникового щита электродвигателя отвинчивают болты и легкими ударами молотка через прокладку по выступающим краям щита отделяют его от корпуса.
Примечание. Чтобы избежать поломок при разборке больших электродвигателей ротор электродвигателя и щит при снятии должны находиться в подвешенном состоянии, что осуществляется с помощью специальных подъемных средств (талей, тельферов и т. д.).
В зазоре между ротором и статором электродвигателя прокладывают картонную прокладку достаточной толщины, на которую при снятии ложится ротор. Это предотвратит возможные повреждения изоляции обмоток электродвигателя.
При разборке небольших электродвигателей ротор вынимают вручную. На один конец вала, обернутый картоном, надевают длинную трубу, при помощи которой осторожно выводят ротор из расточки статора, поддерживая его на весу.
При ремонте подшипников скольжения необходимо вынуть из их подшипникового щита цельную втулку или вкладыш при помощи ударов деревянным молотком через деревянную выколотку. Щит нужно ставить так, чтобы подшипник упирался в эту опору. При другом расположении подшипник может дать трещину. Необходимо также следить за тем, чтобы не повредить смазочных колец.
Порядок сборки электродвигателей
Сборку электродвигателя начинают со сборки отдельных узлов. В подшипниковые щиты запрессовывают:
- или перезалитые вкладыши;
- или выточенные заново втулки (рис. 25). Их надо предварительно пришабрить по валу и выпилить в них по старым размерам канавки для смазки и прорези для смазочных колец.
Вкладыши и втулки запрессовывают в щит при помощи небольшого винтового или гидравлического пресса или осторожными ударами молотка через прокладку. При этих операциях сборки особенно опасны перекосы, которые могут привести к заклиниванию втулок и вкладышей.
Рис. 25. Установка подшипникового щита электродвигателя при выбивании вкладыша: а — правильная; б — неправильная
Шарикоподшипники необходимо туго посадить на вал. Для облегчения этой операции подшипник нагревают в масляной ванне до температуры 70–75 °С.
При этом подшипник расширяется и легче надевается на вал электродвигателя. При нагревании подшипник не рекомендуется класть на дно ванны, его надо подвешивать на проволоке.
Внимание. Подогревать подшипник в пламени паяльной лампы не рекомендуется, чтобы не допустить отпуск стали подшипника.
Насаживают подшипник на вал электродвигателя легкими ударами молотка по трубе, упирающейся во внутреннее кольцо подшипника. При дальнейшей сборке наружная обойма подшипника должна быть посажена нормально в гнездо подшипникового щита.
Примечание. Слишком тугая посадка может привести к защемлению шариков, а слабая вызовет проворачивание наружной обоймы подшипника в гнезде щита, что недопустимо.
Следующую операцию — введение ротора в расточку статора производят так же, как и при разборке. Затем устанавливают подшипниковые щиты, закрепляя их временно болтами. Необходимо, чтобы щиты были установлены на старое место, что проверяют по совпадению меток, нанесенных на корпусе и щите при разборке.
При одевании щитов на вал электродвигателя надо приподнять смазочные кольца подшипников скольжения, иначе они могут быть повреждены валом.
После установки щитов ротор электродвигателя проворачивают вручную. Ротор правильно собранного электродвигателя должен вращаться сравнительно легко.
Тугое вращение вала электродвигателя может быть вызвано:
- неправильной посадкой подшипника качения на вал (малый радиальный зазор);
- недостаточной расшабровкой втулки или вкладыша подшипника скольжения;
- наличием в подшипнике опилок, грязи, засохшего масла;
- перекосами вала;
- обработкой вала или корпуса, не соответствующей посадке;
- увеличенным трением кожаных или войлочных уплотнений о вал. Затем окончательно затягивают болты подшипниковых щитов, заполняют соответствующей смазкой подшипники качения и закрывают их крышками. В подшипники скольжения заливают масло.
Ротор собранного электродвигателя еще раз проворачивают вручную, проверяют отсутствие задевания вращающихся частей за неподвижные, определяют и подгоняют необходимую величину разбега (осевого перемещения ротора).
После сборки электродвигатель подключают к сети и проверяют при работе вхолостую, а затем он поступает на окончательные испытания.
Определение места короткого замыкания в обмотках электрических машин
переменного тока
Признаки замыкания в обмотках
Возможны следующие замыкания в обмотках электрических машин переменного тока между:
- витками одной катушки;
- катушками или катушечными группами одной фазы;
- катушками разных фаз.
Основным признаком, по которому можно найти замыкание в обмотках электродвигателя переменного тока, является нагрев короткозамкнутого контура. Для этого необходимо ощупать обмотку электродвигателя после ее отключения.
Внимание. Ощупывание обмотки следует производить только при выключенной обмотке!
Чтобы найти дефект в фазном роторе асинхронного двигателя, ротор затормаживают и включают статор в сеть. В случае замыкания значительной части обмотки ротора или если двигатель имеет большую мощность, затормаживание при номинальном напряжении становится невозможным, так как вызывает большую силу тока в статоре и срабатывание защиты двигателя. В таких случаях испытание рекомендуется производить при пониженном напряжении.
В некоторых случаях короткозамкнутую часть обмотки электродвигателя можно сразу определить по внешнему виду — по обуглившейся изоляции.
Совет. При наличии параллельных ветвей в обмотке короткое замыкание в одной из ветвей фазы (при значительном числе замкнувшихся витков) может вызвать нагрев и другой ветви, не имеющей короткого замыкания, так как последняя оказывается замкнутой витками дефектной ветви обмотки.
Фазу, имеющую замыкание, можно найти по несимметрии потребляемого тока из сети. При соединении обмотки электродвигателя звездой (рис. 26, а) в фазе, имеющей замыкание, ток (A3) будет больше, чем в двух других фазах.
При соединении обмотки электродвигателя треугольником (рис. 26, б) в двух фазах сети, к которым присоединена дефектная фаза, токи (А1 и A3) будут больше, чем в третьей фазе (А2).
Рис. 26. Пояснение признаков замыкания в обмотках при соединении звездой (а) и треугольником (б)
Опыт определения дефектной фазы
Опыт определения дефектной фазы рекомендуется производить при пониженном напряжении (1/3–1/4 номинального) в случае асинхронного двигателя:
l с фазным ротором обмотка последнего может быть разомкнута;
l с короткозамкнутым ротором или же в случае синхронного двигателя ротор может вращаться или быть заторможенным.
При проведении опыта с синхронным двигателем в неподвижном состоянии его обмотка возбуждения должна быть замкнута накоротко или же на разрядное сопротивление.
В опыте с неподвижной синхронной машиной токи в ее фазах будут различаться даже в том случае, если машина исправна, что объясняется магнитной асимметрией ее ротора. При поворачивании ротора эти токи будут изменяться, однако при исправной обмотке пределы их изменений будут одинаковы.
Фаза, имеющая замыкание, может быть определена:
- либо по значению ее сопротивления постоянному току, измеренного мостом;
- либо по методу амперметра-вольтметра, меньшее сопротивление будет иметь фаза с замыканием. Если же нет возможности разъединить фазы, то производят измерения трех междуфазных сопротивлений.
В случае соединения фаз электродвигателя звездой (рис. 26, а) наибольшим будет междуфазное сопротивление, измеренное на концах фаз, не имеющих замыканий. Два других сопротивления будут равны между собой и будут меньше первого.
В случае соединения фаз электродвигателя треугольником (рис. 26, б) наименьшее сопротивление будет на концах фазы, имеющей замыкание. Два других измерения дадут большие значения сопротивления, причем оба они будут одинаковы.
Катушечные группы или катушки, имеющие замыкания, могут быть найдены при питании переменным током всей обмотки или только дефектной фазы:
- или по нагреву;
- или по значению падения напряжения на их концах.
Примечание. Катушечные группы или катушки, имеющие замыкание, будут сильно нагреты и будут иметь меньшее падение напряжения (при измерении напряжения удобно пользоваться острыми щупами, которыми прокалывают изоляцию соединительных проводов).
В этом случае, так же как и выше, дефектные катушки можно найти по значению сопротивления постоянному току.
Замыкания в обмотке генератора могут быть найдены по значению индуктированной ЭДС в фазах обмотки, в ее катушечных группах или в катушках. Для этого генератор пускают в ход, дают ему небольшое возбуждение и производят измерения фазных напряжений.
Если обмотки соединены треугольником, то фазы следует разъединить.
Примечание. Фаза, имеющая замыкание, будет иметь меньшее напряжение.
Для нахождения катушечной группы или катушки, имеющей замыкание, измеряют напряжение на их концах. Для высоковольтной машины опыт можно произвести при остаточном напряжении.
Диагностика обмоток
В тех случаях, когда необходимо выяснить, имеется ли дефект в статорной или роторной обмотке, поступают следующим образом.
Статорную обмотку включают на пониженное напряжение (1/3–1/4 номинального) при разомкнутом роторе и измеряют напряжение на кольцах ротора, медленно проворачивая ротор.
Примечание. Если напряжения на кольцах ротора (попарно) не равны между собой и меняются в зависимости от положения ротора по отношению к статору, то это указывает на замыкание в статорной обмотке.
При замыкании в роторной обмотке (при исправной статорной) напряжение между кольцами ротора будет неодинаковым и не будет меняться в зависимости от положения ротора.
Опыт может быть произведен при питании ротора и измерении напряжения на зажимах статора, при этом получится обратная картина. Подводимое к ротору напряжение должно составлять 1/3–1/4 номинального напряжения на кольцах ротора, т. е. напряжения на кольцах при неподвижном роторе и статоре, включенном на номинальное напряжение.
После выявления, какая из обмоток (роторная или статорная) имеет соединение между витками, определяют дефектную фазу, катушечную группу или катушку рассмотренными выше способами.
Метод последовательного деления на части
В сложных случаях (при замыкании большого числа катушек) или когда короткозамкнутую ветвь по каким-либо причинам не удается выявить, прибегают к методу деления обмотки на части. Для этого обмотку делят сначала пополам и проверяют мегаомметром соединение между собой этих частей. Затем одну из этих частей делят снова на две части, и каждую из них проверяют на соединение с первой половиной. И так далее до тех пор, пока не будут найдены катушки, имеющие соединение. Для наглядности на рис. 27 схематически представлен этот способ нахождения дефекта в фазе, имеющей восемь катушечных групп, при наличии соединения между катушками 2 и 6 катушечных групп. Деление обмотки на части показано в последовательном порядке.
Рис. 27. Нахождение короткого замыкания между катушками одной фазы
Способ последовательного деления на равные части позволяет обойтись меньшим числом распаек, чем при делении всей обмотки на катушечные группы.
Если произошло замыкание между двумя фазами, то место соединения находят аналогично предыдущему, разъединяя обмотки пофазно. Катушки одной из фаз, имеющей соединение, разделяют
на две части и мегаомметром проверяют наличие соединений каждой такой половины со второй фазой. Затем ту часть, которая соединена с другой фазой, снова разделяют на две части, и каждую из них снова проверяют и т. д.
Метод последовательного деления на части применяют при нахождении замыкания в обмотках, имеющих параллельные ветви. В этом случае необходимо дефектные фазы разделить на параллельные ветви и определить сначала, между какими ветвями имеется соединение, а уж затем применить к ним этот метод.
Срочный аварийный ремонт обмотки с удалением из схемы поврежденных катушек
Если отключение электродвигателя из-за повреждения его обмотки вызвало остановку важного оборудования, то проще и быстрее всего заменить поврежденный электродвигатель резервным.
При отсутствии резервного электродвигателя продолжительность ликвидации аварийного положения будет зависеть от того, насколько быстро удастся восстановить поврежденный электродвигатель. Даже частичная перемотка электродвигателя с заменой нескольких поврежденных катушек, если они расположены рядом друг с другом, займет не менее 4–6 дней. При расположении поврежденных катушек в разных местах по окружности статора потребуется полная перемотка статора электродвигателя, на что времени уходит еще больше.
В этих условиях целесообразно, если число поврежденных катушек невелико, выполнить аварийный (временный) ремонт обмотки статора путем удаления из ее схемы поврежденных катушек.
Какое число катушек обмотки электродвигателя допустимо выключить из схемы?
Если напряжение, подводимое к электродвигателю, равно или ниже нормального, то в каждой фазе можно выключить до 10% числа катушек, приходящихся на одну фазу. Например, если на фазу приходится 24 катушки, то из каждой фазы можно выключить не более 24*0,1=2,4 катушки.
Примечание. Поскольку поврежденная катушка должна быть выключена полностью, то число выключаемых катушек должно быть целым числом, в данном случае не более двух. Во всех трех фазах в данном случае можно выключить шесть катушек.
При удалении из схемы не более 10% общего числа катушек, приходящихся на фазу, на каждой из оставшихся в работе катушек напряжение относительно номинального повысится не более чем на 10%, что вполне допустимо.
Если подводимое к электродвигателю напряжение превышает номинальное, в каждой фазе можно выключить только такое количество катушек, при котором на каждой из оставшихся в работе катушек повышенное напряжение не превысило бы 110% номинального. Например, если напряжение, подведенное к электродвигателю, составляет 105% от номинального, то можно удалить из схемы не более 5% числа катушек в фазе.
Внимание. Если напряжение, подведенное к электродвигателю, равно 110%, то удаление поврежденных катушек из схемы приведет к перегреву стали статора.
В исключительных случаях для ликвидации аварийного положения и при таком напряжении целесообразно идти на временное выключение поврежденных катушек.
В короткозамкнутых витках при работе электродвигателя будет проходить недопустимо большой ток, который вызовет сгорание не только этих витков, но приведет к перегреву и повреждению изоляции витков в соседних пазах.
Поэтому в выведенных из схемы поврежденных катушках следует кусачками перекусить все витки и концы их отогнуть таким образом, чтобы исключить случайное образование короткозамкнутых витков при работе электродвигателя.
Для этого важно не допустить касания концов проводников:
- одного паза с концами проводников другого паза.
- к активной стали и корпусу статора, так как при этом могут создаться короткозамкнутые витки.
Соединение между собой концов проводников одного и того же паза не опасно.
Примечание. Если изоляция витков повреждена в обоих пазах, принадлежащих этим виткам, то витки следует перекусить с обеих сторон статора. Перекушенные концы витков катушки, если они надежно отогнуты и при работе не коснутся стали или корпуса электродвигателя, можно не изолировать.
Концы схемных проводников, отключенные от поврежденных катушек, должны быть надежно соединены перемычками для восстановления целости фазной цепи.
Как показывает опыт, электродвигатели с удаленными из схемы катушками могут успешно работать годами. Однако при очередном капитальном ремонте электродвигателя целесообразно поврежденные катушки заменить новыми.
Измерение сопротивления обмоток электродвигателей по постоянному току
Цель проведения измерений сопротивления обмоток
Цель проведения измерений сопротивления обмоток электродвигателей по постоянному току:
- выявление дефектов (некачественных соединений, витковых замыканий);
- поиск ошибок в схеме соединений;
- уточнение параметров, используемых при расчетах и наладке режимов, регуляторов и др.
Измерения, особенно у крупных электродвигателей, следует выполнять с особой тщательностью и высокой точностью. Сопротивление обмоток электродвигателей постоянному току измеряют либо с помощью амперметра и вольтметра, либо методом двойного моста.
Метод амперметра-вольтметра
Метод амперметра-вольтметра основан на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление и падения напряжения на нем. Применяют две схемы измерения сопротивлений:
- больших (рис. 28, а);
- малых (рис. 28, б).
Рис. 28. Схемы измерения сопротивлений методом амперметра-вольтметра: а — больших; б — малых
По результатам измерения тока и напряжения определяют искомое сопротивление.
Для схемы на рис. 28, а сопротивление определяется как
.
Относительная методическая погрешность измерения:
.
Для схемы на рис. 28, б
Относительная методическая погрешность измерения:
,
где Ra и Rв — сопротивления амперметра и вольтметра.
Мостовой метод
Наиболее высокая точность может быть достигнута при использовании мостового метода измерения. Применяют две мостовых схемы измерения: одинарного моста и двойного моста.
Средние сопротивления (101–106 Ом) измеряют с помощью одинарного моста, а малые — с помощью двойного моста.
Схема на рис. 29, а обеспечивает меньшую погрешность при измерении больших сопротивлений, а схема на рис. 29, б — при измерении малых.
Измеряемое сопротивление Rx включают в одно из плеч моста, диагонали которого подключают соответственно к источнику питания и нульиндикатору.
Рис. 11.29. Мостовые схемы измерения сопротивлений: а — одинарный мост; б — двойной мост
Примечание. В качестве нуль-индикатора могут быть использованы цифровые измерительные приборы: гальванометр, микроамперметр с нулем посередине шкалы и др.
Условие равновесия обоих мостов определяется выражением
.
Плечи R1 и R3 обычно выполняют в виде магазинов сопротивлений (магазинный мост). С помощью R3 устанавливают ряд значений отношений R3/R2, обычно кратных 10, а с помощью R1 уравновешивают мост. Отсчет измеряемого сопротивления производится по значению, установленному ручками магазинов сопротивлений. Уравновешивание моста может также производиться плавным изменением отношения резисторов R3/R2, выполненных в виде реохорда, при определенном значении R1 (линейный мост).
Примечание. Непосредственное измерение сопротивлений постоянному току выполняется омметрами.
Измерение сопротивления
обмоток электродвигателей постоянному току
У электродвигателей, имеющих только три вывода обмотки статора (соединение обмоток в звезду или треугольник выполнено внутри электродвигателя), сопротивление постоянному току измеряют между выводами попарно. Сопротивление отдельных фаз в этом случае определяется из следующих выражений:
1. Для соединения в звезду (рис. 30, а)
При одинаковых значениях измеренных сопротивлений:
2. Для соединения в треугольник (рис. 30, б)
При одинаковых значениях измеренных сопротивлений:
Измерения с помощью амперметра и вольтметра выполняют три раза при различных значениях тока. При применении мостовых схем перед каждым измерением следует нарушать равновесие моста.
Рис. 30. Схемы измерения сопротивления обмоток трехфазных электродвигателей при соединении обмоток: а — в звезду; б — в треугольник
Примечание. Результаты измерений одного и того же сопротивления не должны отличаться от среднего не более чем на 0,5 %, в качестве действительного сопротивления принимается среднее арифметическое результатов всех измерений.
Результаты измерений по отдельным фазам сравниваются между собой, а также с результатами предыдущих (в том числе заводских) измерений. Для сравнения результатов измерений, проведенных при различных температурах обмоток, измеренные значения приводят к одной температуре (обычно к 15 или 20 °С).
Пересчет сопротивлений с одной температуры на другую может быть произведен по выражениям:
,
где Rt1 и Rt2 — сопротивления обмоток при температурах t1 и t2.
Определение температуры обмотки
При измерении сопротивления особое значение имеет правильное определение температуры обмотки. Для измерения температуры применяют как заложенные температурные индикаторы, так и встраиваемые термометры и температурные индикаторы, которые должны быть введены не позднее, чем за 15 мин до начала измерения сопротивления.
Устанавливают для измерения температуры обмоток электродвигателей мощностью:
l до 10 кВт — один термометр или температурный индикатор;
l до 100 кВт — не менее двух;
l от 100 до 1000 кВт — не менее трех;
l свыше 1000 кВт — не менее четырех.
За температуру обмоток принимается среднее арифметическое измеренных значений.
Примечание. При измерении сопротивлений обмоток электродвигателя в практически холодном состоянии температура обмоток не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на ± 3 °С.
Если невозможно непосредственно измерить температуру обмоток, электродвигатель должен находиться в нерабочем состоянии до измерения сопротивления обмоток в течение времени, достаточного для того, чтобы все части электродвигателя приняли температуру окружающей среды. Изменение температуры окружающей среды за это время
не должно превышать ±5 °С. За температуру обмоток электродвигателя принимают температуру окружающей среды в момент измерения сопротивлений. Измерение сопротивления повторяют несколько раз.
Эксплуатация электродвигателей
Состояние электродвигателей, их пускорегулирующих устройств и защиты должно обеспечивать их надежную работу при пуске и в рабочих режимах.
Внимание. На электродвигателях и приводимых ими в действие механизмах должны быть нанесены стрелки, указывающие направление вращения.
На электродвигателях и их пусковых устройствах должны быть надписи с наименованием агрегата, к которому они относятся, выполняемые с учетом требований ПТЭ.
Выполнение функций большинства механизмов осуществляется при определенном направлении вращения. Поэтому направление вращения электродвигателя должно быть согласовано с требуемым направлением вращения механизма.
Следует учитывать, что определенное направление вращения для ряда электродвигателей и механизмов является обязательным по условиям охлаждения, смазки подшипников и другим конструктивным особенностям.
Примечание. Плотность тракта охлаждения (корпуса электродвигателя, воздуховодов, заслонок) должна периодически проверяться.
Индивидуальные электродвигатели внешних вентиляторов охлаждения должны автоматически включаться и отключаться при включении и отключении основных электродвигателей.
Продуваемые электродвигатели, устанавливаемые в пыльных помещениях и помещениях с повышенной влажностью, должны иметь подвод чистого охлаждающего и сухого воздуха. Данное требование преследует цель обезопасить электродвигатели от интенсивного загрязнения и увлажнения их активных частей.
Опасному воздействию загрязненной и увлажненной среды, в первую очередь, подвергается изоляция обмотки статора. Попадание в электродвигатель пыли резко ухудшает условия его охлаждения, вызывает повышенный нагрев, ускоряющий старение изоляции.
Увлажнение снижает электрическую прочность и вызывает пробой изоляции. Поэтому подвод чистого охлаждающего воздуха по воздуховодам к продуваемым электродвигателям создаст нормальные условия для их работы.
Примечание. При перерыве в электропитании продолжительностью до 2,5 с должен быть обеспечен самозапуск электродвигателей ответственных механизмов.
При отключении электродвигателя ответственного механизма от действия защиты и отсутствии резервного электродвигателя допускается повторное включение электродвигателя после внешнего осмотра. Перечень ответственных механизмов должен утверждаться главным энергетиком предприятия.
Целью самозапуска является восстановление нормальной работы электродвигателей после кратковременного перерыва в электропитании, который может быть вызван отключением рабочего источника питания, коротким замыканием во внешней сети и т. п.
После исчезновения питания происходит торможение, т. е. снижение частоты вращения электродвигателей. Возможность самозапуска зависит от продолжительности перерыва электропитания:
- чем больше этот перерыв, тем более глубокое торможение претерпевают электродвигатели;
- чем меньше частота их вращения в момент восстановления электропитания, тем больше суммарный ток самозапускающихся электродвигателей.
Этот ток, увеличивая падение напряжения в линии питания, уменьшает начальное напряжение самозапуска, что в свою очередь увеличивает время разбега электродвигателей и восстановление производительности механизмов.
Примечание. Электродвигатели, длительно находящиеся в резерве, должны осматриваться и опробоваться вместе с механизмами по утвержденному графику.
Бесперебойная работа основных агрегатов оборудования во многом зависит от состояния и готовности к работе резервных электродвигателей. Резервные электродвигатели следует рассматривать как работающие.
Надзор за нагрузкой электродвигателей, вибрацией, температурой подшипников и охлаждающего воздуха, уход за подшипниками (поддержание уровня масла) и устройствами подвода воздуха и воды для охлаждения обмоток, а также операции по пуску и останову двигателей осуществляются дежурным персоналом цеха, обслуживающим механизмы.