Асинхронный двигатель (2)

Курсовая работа

Асинхронные электрические двигатели бывают двух видов – с фазным ротором или с короткозамкнутым ротором.

Основными элементами, обеспечивающими работу асинхронного электродвигателя, являются статор и ротор. Ротором называется подвижный элемент асинхронного двигателя, выполненный в форме цилиндра.

Принцип действия асинхронных двигателей основан на двух явлениях: образовании рабочего вращающегося магнитного поля токами в обмотке статора и воздействии этого поля на токи, индуцированные в короткозамкнутых витках ротора.

Фазный ротор отличает от короткозамкнутого присутствие в его конструкции специальной обмотки с выводом на контактные кольца. Он обладает отличными регулировочными свойствами, а также обеспечивает облегченную и более мощную процедуру пуска. Такой механизм способствует образованию большого начального вращающегося момента. Рассматриваемая в работе разновидность асинхронного электродвигателя может использоваться в ответственных конструкциях благодаря своей повышенной надежности – она способна переносить кратковременные перегрузки и имеет постоянную скорость при изменениях интенсивности нагрузки. Двигатель с фазным ротором характеризуется меньшим пусковым током и может использоваться с автоматическими системами запуска.

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей, в том числе и трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором, приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью.

Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.

Общие данные об асинхронных двигателях с фазным ротором

1.1 Назначение

Асинхронный двигатель с фазным ротором применяют для привода таких машин и механизмов, которые пускаются в ход под нагрузкой. В подобных приводах двигатель должен развивать при пуске максимальный момент, что достигается с помощью пускового реостата (более подробно устройство асинхронного двигателя с фазным ротором рассмотрено в пункте 1.2).

4 стр., 1898 слов

Техническое обслуживание асинхронного двигателя

... четырехполюсной) и т.д. Числа полюсов обмоток статора и ротора берутся одинаковыми. Электрическая схема асинхронного двигателя с фазным ротором (а) и его условное графическое изображение (б): ... способствует образованию большого начального вращающегося момента. Благодаря этой особенности электродвигатель с фазным ротором является оптимальной машиной энергообеспечения для подъемных устройств — лифтов, ...

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Благодаря особенностям своей конструкции электродвигатель с фазным ротором является оптимальной машиной энергообеспечения для подъемных устройств – лифтов, кранов, эскалаторов и т.д.

При строительстве и оборудовании таких ответственных конструкций, как скважинные насосы выбирают именно асинхронный двигатель с фазным ротором. Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение фазным роторам при оборудовании двигателей конвейеров, подъемников, крановых конструкций, различных промышленных мельниц (угольных, цементных и т.д.), вентиляционных систем, а также технических средств, рассчитанным на длительное время непрерывной работы.

1.2 Вид, устройство и принцип работы

Как уже было сказано ранее, основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор асинхронного двигателя с фазным ротором (см. рис. 1) состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Рисунок 1 – Асинхронный двигатель с фазным ротором фирмы Siemens

Фазы обмотки можно соединить по схеме »звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют «звездой». Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в «треугольник». В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор асинхронного двигателя с фазным ротором представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. На роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов (см. рис. 2).

Рисунок 2 – Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

Фазы обмотки соединяются звездой, и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p:

12 стр., 5534 слов

Контрольная работа: Назначение и конструктивные особенности асинхронных ...

... как асинхронные машины иных исполнений относятся к «специальным асинхронным машинам». Асинхронные машины используются в основном как двигатели; в качестве генераторов они применяются крайне редко. Асинхронный двигатель является наиболее распространенным типом двигателя переменного тока. Разноименнополюсная обмотка ротора асинхронного двигателя ...

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции).

При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим магнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2:

Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷–∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞).

Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

1.3 Технические характеристики

Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя, в том числе и фазным ротором, необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

1.3.1 Механическая характеристика

Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 3, а).

При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98–92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %).

Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рисунок 3 – Механические характеристики асинхронного двигателя: а – естественная; б – при включении пускового реостатаРис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а – естественная; б – при включении пускового реостата

13 стр., 6052 слов

Асинхронные двигатели в системах электропривода

... работы двигателя: продолжительный при постоянной нагрузке на валу двигателя; кратковременный; повторно-кратковременный; ударный (момент статистической нагрузки резко увеличивается по различным законам, а затем снижается до момента холостого хода). 1 Асинхронные двигатели в системах электропривода ...

На рис. 3, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некоторое скольжении skp, составляющем 10–20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мп/Мном – его пусковые свойства.

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В).

Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при всём этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5–7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 3,б).

Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками. Поэтому характеристику 1 (рис. 4) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рисунок 4 – Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

1.3.2 Рабочие характеристики

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1 коэффициента полезного действия η и cosφ1, от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис. 5).

Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10–20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

3 стр., 1035 слов

Универсальный коллекторный двигатель

... инвертор с датчиком положения ротора (ДПР). Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель ( ... двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность. Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем ... число деталей коллектора (и соответственно двигателя) Следует отметить, что в современных бытовых ... реферат составлен на основе .

Рисунок 5 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I0. К.п.д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75–0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к.п.д.).

Коэффициент мощности cosφ1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7–0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

При нагрузках 25–50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5–0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25–0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Техническое обслуживание асинхронного двигателя с фазным ротором

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором отличаются очень высокой надежностью, высокой бесперебойностью своей работы (при соблюдении допустимой продолжительности включения).

При этом, это не означает, что асинхронные электродвигатели являются вечными. Поэтому на каждом предприятии рекомендуется составить график проведения технического обслуживания асинхронных двигателей. Перечень работ при ТО асинхронных двигателей может быть таким:

2.1 Внешний осмотр и оценка состояния механической части

Техническое обслуживание асинхронного электродвигателя следует начинать с его подробного внешнего осмотра. В первую очередь определяется наличие очевидных неисправностей. Корпус двигателя следует очистить от грязи и пыли при помощи стальной щетки. Он не должен иметь сколов и повреждений. Из–за вибраций и динамических нагрузок, а также при неровностях и дефектах монтажной площадки, нередко случается, что одна из монтажных «лап» откалывается. Такой двигатель выбраковывается и не допускается к дальнейшей эксплуатации.

В обязательном порядке следует проверить наличие крышки клеммной коробки, а также крышки, закрывающей роторные выводы у двигателей с фазным ротором. Эти крышки должны закрываться плотно, без зазоров. Их смятия и повреждения не допускаются.

Каждый асинхронный электродвигатель должен иметь на корпусе шильдик – табличку с информацией о номинальных параметрах. Необходимо контролировать читаемость всех надписей на шильдике и, при необходимости, восстанавливать их, чтобы не иметь в хозяйстве «неопознанных» электродвигателей.

17 стр., 8347 слов

Обслуживание и ремонт электрических двигателей (ремонт синхронного двигателя)

... обмотки ротора различают асинхронные двигатели с фазными роторами или асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами. [7, с. 8] Нормальное исполнение асинхронных машин - с ротором, расположенным внутри статора. ... выполнять правильную эксплуатацию, обслуживание и своевременный ремонт, а также соблюдать электробезопасность. В дипломной работе приведены технические данные по электрическим машинам ...

Внешний осмотр состояния механической частиПри выполнении технического обслуживания двигатель необходимо отсоединить от трансмиссии: снять приводной ремень, цепь или полумуфту. После этого следует провернуть вал вручную. Он должен проворачиваться с усилием, обусловленным только инерцией ротора, посторонние звуки, скрежет и хруст должны отсутствовать.

Следует вскрыть кожух, скрывающий крыльчатку двигателя (при закрытом исполнении).

Крыльчатка не должна болтаться, иметь люфты в любом направлении, стопорный винт должен быть затянут.

Вал двигателя не должен перемещаться в радиальном и осевом направлениях, а звездочка или шкив на валу должны быть закреплены надежно и не болтаться. Все болтовые соединения должны быть протянуты, а резьба не должна быть сорвана. Дефектные детали и элементы крепежа подлежат замене.

Далее необходимо вскрыть крышки подшипниковых узлов. Состояние подшипников и подшипниковых гнезд определяется визуально. Исключаются трещины, сколы колец подшипника, неправильное его положение относительно вала (перекос).

Перед закрытием подшипниковый узел набивается смазкой (маслом или специальной консистентной смазкой).

Контроль наличия и состояния смазки в подшипниковых узлах вообще рекомендуется производить ежесменно.

2.2 Внешний осмотр и оценка состояния электрической части

Для оценки состояния статорных выводов и токосъемного устройства ротора, крышки двигателя вскрываются. Изоляция статорных выводов должна иметь быть целой, без трещин и повреждений, в противном случае изоляцию необходимо восстановить при помощи изоленты и киперной ленты. Клеммная колодка, при ее наличии, не должна быть оплавлена или повреждена – в противном случае она подлежит замене.

Наконечники статорных выводов могут быть окислены или иметь на поверхности нагар – это признак плохого электрического контакта. При наличии подобных дефектов наконечники следует зачистить до металла и вновь соединить обмотки по необходимой схеме. Полость клеммной коробки двигателя следует аккуратно очистить от пыли и грязи.

Остаточная величина токосъемных роторных щеток двигателей с фазным ротором должна быть не менее 4 мм. Их контактная поверхность должна быть ровной и плотно прилегать к токосъемному кольцу. Сколы и трещины на щетках исключаются. Дефектные щетки подлежат замене. Перед установкой они шлифуются под поверхность токосъемного кольца при помощи стеклянной бумаги.

Внешний осмотр состояния электрической частиТокосъемные кольца следует очистить от пыли и грязи при помощи ветоши, смоченной в керосине. Задиры, повреждения токосъемных колец не допускаются. Причиной возникновения таких дефектов может быть не замеченный вовремя предельный износ щеток.

Напоследок необходимо проконтролировать состояние заземляющего проводника электродвигателя. Его жилы должны быть целыми, без повреждений, а болтовые крепления наконечников должны быть надежно затянуты.

16 стр., 7975 слов

Обмотка и изоляция трансформаторов

... значения в зависимости от температуры. 3. Сушка трансформатора Трансформаторы, прошедшие ремонт с полной или частичной сменой обмоток или изоляции, подлежат сушке независимо от результатов измерений. Сушку изоляции трансформатора высокой температурой производят в вакуумных ...

2.3 Измерения и испытания

На данном этапе при помощи мегомметра проверяется сопротивление изоляции статорных обмоток, а для двигателей с фазным ротором – и обмоток ротора. Электрическое сопротивление статорных обмоток проверяется относительно корпуса двигателя, а сопротивление обмоток ротора – относительно рабочего вала. При рабочей температуре нормальным считается сопротивление изоляции обмоток 0,5 Мом или более. На практике же сопротивление изоляции исправных электродвигателей исчисляется десятками Мом.

Далее необходимо измерить сопротивление статорных обмоток постоянному току. Сопротивления пофазно должны быть одинаковыми, это косвенно свидетельствует об отсутствии межвитковых коротких замыканий. Для этого измерения лучше пользоваться не мультиметром, а прибором с более высоким классом точности, поскольку сопротивление обмоток на постоянном токе исчисляется долями Ом.

После произведения перечисленных измерений двигатель подключается к сети, его крышки закрываются. Двигатель включается в работу на холостом ходу. Проверяется отсутствие вибраций, биений рабочего вала, пофазно измеряются и соотносятся друг с другом токи холостого хода. Рукой проверяется наличие/отсутствие нагрева корпуса двигателя в течение как минимум 15 минут работы.

Некоторое повышение температуры является нормой, и допустимая его степень определяется классом стойкости изоляции. Но, например, повышение температуры корпуса до 100°C явно свидетельствует о каких–либо проблемах в работе электродвигателя.

Только после этого двигатель соединяется с трансмиссией рабочего механизма и включается в работу под нагрузкой. Техническое обслуживание можно считать выполненным.

2. 4 Общие замечания

Основная цель технического обслуживания – профилактика и своевременное обнаружение неисправностей. Если обнаруженные дефекты не являются крупными и серьезными, принимается решение об их устранении на месте в ходе ТО. Для произведения крупного и ответственного ремонта двигатели доставляются в специально оборудованный электроцех.

В систематическом техническом обслуживании нуждаются не только асинхронные электродвигатели. Но именно в их отношении такой необходимостью часто пренебрегают.

При этом отсутствие своевременного ТО чревато для двигателя серьезными поломками и неисправностями, устранение которых может занять много времени и сил. Могут возникнуть механические повреждения железа статора, обмотка двигателя может прийти в полную негодность, может случится даже возгорание в коробке или в рабочей полости двигателя.

Перечень работ при ТО по согласованию с главным инженером или главным энергетиком предприятия не обязательно должен быть именно таким, как предложено в этой статье. Решающее значение имеют условия работы: влажность окружающего воздуха, температура, пыльность помещения и, наконец, интенсивность работы. Те же факторы следует принимать во внимание и при определении периодичности проведения ТО асинхронных двигателей.

12 стр., 5975 слов

Технология текущего ремонта электродвигателей с короткозамкнутым ротором

... асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; o составить технологическую карту ремонта и обслуживания асинхронного двигателя; o сделать экономические расчёты ремонтных работ; o ... ротора, проверить целостность обмоток, замерить их омическое сопротивление и сопротивление изоляции. Производят измерение сопротивления изоляции, исопротивление обмоток, а также проверяют межвитковые замыкания. ...

3 Ремонт асинхронного двигателя с фазным ротором

3.1 Методы диагностики неисправностей асинхронных электродвигателей

Двигатель при пуске не разворачивается или скорость его вращения ненормальная. Причинами указанной неисправности могут быть механические и электрические неполадки.

К электрическим неполадкам 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.

Скорость вращения двигателя при полной нагрузке ниже номинальной может быть из–за пониженного напряжения сети, плохих контактов в обмотке ротора, а также из–за большого сопротивления 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%.

12 стр., 5908 слов

Токи короткого замыкания в системах электроснабжения

... мгновенного тока короткого замыкания фазы появляется через половину периода после возникновения короткого замы кания. Этот ток называется ударным током короткого замыкания. Кривые изменения токов КЗ для генератора с автоматическим регуля тором напряжения при замыкании в ...

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 0,25 Uном. 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.

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.

Равномерный нагрев всего двигателя выше допустимой нормы может получиться в результате длительной перегрузки и ухудшения условий охлаждения. Повышенный нагрев вызывает преждевременный износ изоляции обмоток.

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 э. д. с, которая создаст ток большой величины, зависящий от сопротивления замкнутого контура. Поврежденная обмотка может быть найдена по величине измеренного сопротивления, при всём 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.

Местный нагрев активной стали статора происходит из–за выгорания и оплавления стали при коротких замыканиях в обмотке статора, а также при замыкании листов стали вследствие задевания ротора о статор во время работы двигателя или 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.

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.

Повреждения изоляции обмоток могут произойти от длительного перегрева двигателя, увлажнения и загрязнения обмоток, попадания на них металлической пыли, стружек, а также 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.

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 мегомметром.

3.2 Ремонт подшипников качения

Если при работе подшипник не нагревается, то его осмотр и замена смазки производятся при очередных ремонтах. Перед заменой смазки подшипник при снятых крышках промывают бензином с добавлением 6 – 8% по объему веретенного или трансформаторного масла. Промывку производят при легком проворачивании ротора до тех пор, пока из подшипника не начнет вытекать чистый бензин. Затем подшипник просушивают сжатым воздухом. их части. Пространство между обоймами с шариками набивают смазкой по всей окружности.

После сборки подшипниковых узлов проверяют вручную легкость вращения ротора, а затем на 15 мин включают электродвигатель. Если подшипники исправны, будет слышен равномерный гул, без стуков и ударов.

Перед установкой новые подшипники в течение 10 – 20 мин тщательно промывают в ванне с трансформаторным маслом, подогретым до температуры 90 – 95° С. Затем их промывают в бензине. Применять керосин для промывки подшипников качения не рекомендуется, так как полностью удалить его из подшипника не удается и со временем он вызовет коррозию подшипника.

По окончании промывки проверяются легкость и плавность вращения подшипника. Обращается при всём этом внимание на отсутствие заеданий, притормаживаний и ненормального шума.

В случае несоответствия нового подшипника внутреннему или наружному диаметрам, а также ширине старого подшипника допускается установка ремонтных втулок или упорных колец.

Для уменьшения диаметра вала или увеличения диаметра отверстия в крышке в пределах 0,02 – 0,03 мм используют наждачную шкурку. При больших отклонениях на вал или в отверстие устанавливают промежуточную втулку.

Перед установкой втулки необходимы токарные работы чтобы проточить вал.

Наружный диаметр втулки должен быть на 3 – 5 мм больше внутреннего диаметра подшипника, а внутренний диаметр на 0,3–0,4% меньше, чем диаметр вала, проточенного под втулку.

Перед установкой втулки на вал ее необходимо нагреть до 400 – 500° С. После остывания установленная на вал втулка протачивается до окончательного размера по внутреннему диаметру подшипника.

3.3 Диагностика места короткого замыкания и его устранение в обмотках

Возможны следующие замыкания в обмотках электрических машин переменного тока: между витками одной катушки, между катушками или катушечными группами одной фазы, между 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. 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.

Пояснение признаков замыкания в обмотках при соединении звездой (6.а) и треугольником (6.б)

Рисунок 6. Пояснение признаков замыкания в обмотках при соединении звездой (а) и треугольником (б)

В некоторых случаях короткозамкнутую часть обмотки электродвигателя можно сразу определить по внешнему виду – по обуглившейся изоляции.

Следует иметь в виду, что 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. 6, а) в фазе, имеющей замыкание, ток (A3) будет больше, чем в двух других фазах. При соединении обмотки электродвигателя треугольником (рис. 6, б) в двух фазах сети, к которым присоединена дефектная фаза, токи (А1 и A3) будут больше, чем в третьей фазе (А2).

Опыт определения дефектной фазы рекомендуется производить при пониженном напряжении (1/3 – 1/4 номинального), в случае асинхронного двигателя с фазным ротором обмотка последнего может быть разомкнута, а в случае асинхронного двигателя 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.

Как определить место короткого замыкания в обмотках электрических машин переменного тока

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 и 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. 6, 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. 6, 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 ей обмотки или только дефектной фазы по нагреву или по значению падения напряжения на их концах. Катушечные группы или катушки, имеющие замыкание, будут сильно нагреты и иметь меньшее падение напряжения (при измерении напряжения удобно прльзоваться 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. 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.

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. 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 всём 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 того как установлено, какая из обмоток (роторная или статорная) имеет соединение между витками, определяют дефектную фазу, катушечную группу или катушку рассмотренными выше способами.

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 мегомметром 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. 7 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.

Способ последовательного деления на равные части позволяет обойтись меньшим числом распаек, чем при делении всей обмотки на катушечные группы.

Рис. 7 Нахождение короткого замыкания между катушками одной фазы

Если замыкание произошло между двумя фазами, то место соединения находят аналогично предыдущему, разъединяя обмотки пофазно. Катушки одной из фаз, имеющей соединение, разделяют на две части и мегомметром 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.

Так как замыкания между фазами или катушечными группами чаще бывают в лобовых частях обмотки или соединительных проводниках, то иногда удается сразу же найти место соединения путем приподымания и шевеления лобовых частей с одновременной проверкой мегомметром.

Литература и методическое обеспечение

1. Асинхронные двигатели в системах электропривода: методические указания к выполнению курсовой работы / Авилов В. Г., Беляев В. П., Савельева Е. Н., Омский гос. ун–т путей сообщения. Омск, 2005. 44с.

2. Вольдек А. И. Электричесие машины. Учебник для студентов высших учебн. Заведений. Л., «Энергия», 1974.

3. Вольдек, А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек, Л.: Энергия, 1978.

4. Иванов–Смоленский А. В. Электрические машины: Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1980. – 928 с., ил.

5. Касаткин, А.С. Электротехника / А.С. Касаткин, М. В. Немцов, М.: Высшая школа, 2000.

6. Кацман М.М. Электрические машины. М.:В.Ш.,2001

7. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат,1986

8. Кузнецов М.И. Основы электротехники. Учебное пособие. Изд. 10–е, перераб. «Высшая школа»

9. Москаленко, В. В. Электрический привод / В. В. Москаленко, М.: Высшая школа, 1991.

10. Проектирование электрических машин: Учеб. Для вузов / Под ред. И. П. Копылова. М.: Высш. Шк., 2002. – 757 с.: ил.

11. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов Книга 1. Под редакцией Копылова И.П. Москва: Энергоатомиздат 1993. – 464 с.

12. Справочник по Электрические машинам / Под Ред. И.П. Копылова, Б. К. Клокова, М.: Энергоатомиздат, 1998.

13. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода/ М.Г. Чиликин, А. С. Сандлер, М.: Энергоатомиздат, 1984.

14. Электрические машины. Ч.1. Машины переменного тока. Трансформаторы: Учебное пособие для техникумов/ Под ред. В. Е. Китаева.–М.: Высш. школа, 1978.

15. Электрические машины: Асинхронные машины: Учеб. Для электромех. спец. Вузов / Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А. Е.; Под ред. И.П. Копылов–М.: Высшая школа, 1988,–328 с.

16. Электрические машины: учебник для вузов. В двух томах. Том 1 / А. В. Иванов–Смоленский. – 3–е изд., стереот. – М: Издательский дом МЭИ, 2006.