Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Испытание электрических машин

Измерение угла дельта между ЭДС и напряжением на зажимах, методы измерения температуры - Испытание электрических машин

Оглавление
Испытание электрических машин
Основные вопросы методики испытаний
Измерение электрических величин
Измерение параметров переходных процессов
Статистические исследования результатов испытания
Характеристика электроизмерительных приборов
Приборы для измерения частоты и сопротивления
Регистрирующие приборы
Приборы для исследования формы колебаний, измерения характеристик магнитного поля
Приборы для измерения сдвига фаз
Требования техники безопасности при работе с приборами
Испытания в процессе производства
Испытание электрической прочности изоляции
Контроль обмоток в процессе производства
Контроль магнитной симметрии в процессе производства
Проверка состояния подшипников в процессе производства
Характеристики, параметры
Методы измерения механических величин
Измерение угла дельта между ЭДС и напряжением на зажимах, методы измерения температуры
Общие правила проведения тепловых испытаний
Охлаждение
Токосъем и коммутация
Коммутация электрических машин постоянного тока
Токосъем через контактные кольца
Обеспечение надежной работы щеточного аппарата
Требования к технологии      изготовления и сборки для коммутации
Особенности коммутации коллекторных электрических машин переменного тока
Практические методы исследования и наладки коммутации
Контроль и наладка коммутации с помощью приборов количественной оценки
Источники шума и вибрации
Измерение шума электрических машин
Стандартные методы измерения шума электрических машин
Проведение измерений шума электрических машин, приборы
Измерение вибрации электрических машин
Аппаратура для измерения вибрации
Методы частотного анализа спектра
Выбор вида анализа и параметров анализатора звукового спектра
Допустимые уровни шума и вибрации
Точность измерения шума и вибрации
Радиопомехи
Защита от радиопомех
Автоматизация испытаний
Средства автоматизации испытаний
Литература

ИЗМЕРЕНИЕ УГЛА δ МЕЖДУ ЭДС Ed И НАПРЯЖЕНИЕМ НА ЗАЖИМАХ U СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Поскольку фаза ЭДС жестко связана с угловым положением индуктора-вала, определение угла δ сводится к определению угла поворота вала при нагружении СМ относительно вектора U. При XX СМ в генераторном режиме и если механические потери относительно малы, то в двигательном δ равен нулю, что позволяет найти точку его отсчета.
Наиболее просто угол δ может быть определен с помощью строботахометра СТ (рис.3.46,а). При этом методе на вращающуюся вместе с ротором деталь наносится метка, освещаемая стробоскопом с частотой вспышек, синхронизированной с частотой напряжения U.
пределение угла δ между ЭДС и напряжением синхронной машины
Рис. 3.46. Определение угла δ между ЭДС и напряжением синхронной машины: а — с помощью строботахометра СТ; б — с помощью тахогенераторов переменного тока СТГ

При вращении ИСМ метка кажется неподвижной, при нагрузке она смещается на угол δ. Для отсчета δ в цепь синхронизации вспышек стробоскопа включается небольшой измерительный фазорегулятор (фазовращатель) ФВУ выполненный, например, на базе трехфазного сельсина, с угловой шкалой поворота ротора. При XX ИСМ фазовращатель ставится на нулевую отметку шкалы и против метки на детали, связанной с валом, на неподвижной части ИСМ ставится соответствующая метка. При нагрузке метка на вращающейся части смещается относительно неподвижной. Поворотом ротора ФВ метки совмещаются; угол δ отсчитывается при этом по шкале ФВ.
Заметим, что чем больше пар полюсов имеет ИСМ, тем меньший физический угол соответствует 1° электрического угла и для получения достаточно точных отсчетов для размещения метки должны выбираться детали большего диаметра, например бандажи ротора.
При испытании гидрогенератора для определения δ могут использоваться связанные с его валом СГ, питающие регуляторы частоты и напряжения [3.19].
Контактные методы определения δ основываются (рис. 3.46, б) на применении двух тахогенераторов переменного тока СГГ1 и СТГ2, один из которых соединяется с концом вала ИСМ9 а второй приводится во вращение от СД9 питающегося от зажимов ИСМ. С помощью потенциометров напряжения СТГ1 и СТГ2 уравниваются.
Угол δ определяется двумя способами:
поворотом статора СТГ2 на измеряемый по шкале угол δ, соответствующий нулевому отсчету вольтметра V;
измерением показаний вольтметра (без поворота статора СТГ2),

В качестве вольтметра используется вольтметр переменного тока с малым собственным потреблением (электронной или выпрямительной системы).

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Измерение температуры может производиться следующими методами:

  1. Методом сопротивления (измеряется средняя температура обмоток) ;
  2. Методом встроенных или заложенных термоиндикаторов (измеряется температура поверхности, с которой контактирует термоиндикатор) .

При измерении термоиндикатором температуры поверхности изоляции обмоток эта температура, из-за наличия перепада в изоляции, несколько ниже температуры проводника. Это обстоятельство сближает среднюю температуру, полученную по методу сопротивления, с температурой, измеренной термоиндикатором в горячей точке. В связи с этим ГОСТ 183-74 не устанавливает для нормальных машин существенной разницы допустимых температур для двух указанных выше методов измерения.
Для новых машин, в особенности для машин с очень высоким использованием, при исследовании опытных образцов следует тщательно выявлять и определять температуру наиболее нагретых точек.

  1. Пирометрический метод, при котором температура поверхности более горячей, чем соседние с ней, может определяться измерением интенсивности инфракрасного излучения [5.2].

Рассмотрим подробнее отдельные методы измерения температур.
5.2.1. Метод сопротивления. Этот метод, основанный на измерении сопротивления в ненагретом (холодном) и нагретом (горячем) состоянии, применим для большинства обмоток эа исключением обмоток с очень малым сопротивлением (менее 1СГ3 Ом), в том числе короткозамкнутых. Метод базируется на установленной опытным путем зависимости между температурой и сопротивлением проводниковых материалов — меди, алюминия. Для чистой электролитической меди, применяемой для изготовления проводов, эта зависимость приведена на рис. 5.4 и выражается формулой
(5.8)
где R2 — сопротивление обмотки при температуре θ2; R1 — сопротивление обмотки при температуре &г.
Для алюминия применима та же формула с заменой числа 235 на 245.

Рис. 5.4. Изменение сопротивления меди в зависимости от температуры
Изменение сопротивления меди в зависимости от температуры
Формула (5.8) является основной для всех расчетов, связанных с применением метода сопротивления; для определения превышения температуры обмотки г она несколько преобразуется:
(5.9)
Считается, что R1 соответствует сопротивлению обмотки в холодном состоянии до пропускания по ней тока, a R2 — сопротивлению нагретой обмотки. Заменим обозначения в индексе: "1" на "х", а "2" на "г":
(5.10)
Формула дает превышение температуры над температурой холодной обмотки Θχ, в то время как интерес представляет превышение температуры над температурой охлаждающей среды tQtC.
Температура охлаждающей среды t0yC, измеряемая во время тепловых испытаний, может отличаться от температуры обмотки в холодном состоянии Θχ, измеряемой при определении холодного сопротивления.
Очевидно, что
(5-11)
Сопротивление можно измерять методом вольтметра—амперметра, логометрическими приборами, измерительными мостами.
Метод вольтметра—амперметра (сокращенно способ V—A, см. рис. 1.2) позволяет осуществлять непрерывный контроль сопротивления (температуры) неподвижных обмоток, питаемых постоянным током. Точность его ниже, чем при измерении мостами. Схема на рис. 1.2, а применяется для измерения сопротивлений R > 1 Ом, на рис. 1.2, б - R < 1 Ом.
Для обмоток, доступных для измерения только в обесточенном состоянии и после остановки ЭМ (обмотки, связанные с коллектором), целесообразнее применять измерительные мосты — двойные для R <   1 Ом и одинарные для R > 1 Ом, дающие более точные результаты.
Весьма удобными для этой цели, однако менее точными, являются логометрические приборы, дающие непосредственный отсчет сопротивления. С помощью специальной схемы можно получить на таких приборах непосредственный отсчет превышения температуры.

Поскольку температурный коэффициент сопротивления проводниковых материалов относительно невелик (примерно 0,4% на 1 °С), определение превышения температур по методу сопротивления требует весьма высокой тщательности при проведении эксперимента.
Так как превышение температуры вычисляется по разности горячего и холодного сопротивлений, то возникающая погрешность может быть значительно больше, чем максимальная допустимая погрешность при измерении горячего и холодного сопротивлений, определяемая классом точности измерительной аппаратуры.
Так, при измерении превышения температуры, равного 100 °С (RT/ Rx = 1,4), методом V—A с приборами класса точности 0,5 основная погрешность (см. табл. 1.7) может быть равна 0,5(1 + 1,4)/0,4, что составляет 3%, или 3 °С, а если учесть, что отсчеты могут производиться на середине шкалы и возможно появление дополнительной погрешности, то следует считаться с возможной ошибкой примерно 5 °С. Если применить приборы класса точности 0,2, то погрешность может составить примерно 3 °С, в то время как применение мостов класса точности 0,1 может снизить погрешность до 1—2 °С.
Разумеется, в указанной выше погрешности измерения не учитывается погрешность в определении превышения температуры обмоток, доступных только после остановки ЭМ, возникающая в связи с необходимостью внесения поправки на остывание обмотки за время остановки.
Поскольку базовыми величинами для подсчета превышения температуры являются Rx и Θχ, они должны быть измерены достаточно точно.
Измерения проводятся до пропускания по обмотке рабочих токов и в хорошо доступных для измерения точках. Термометры расширения закладываются внутрь ЭМ (на обмотки, сталь статора и ротора, коллектор) и устанавливаются на корпусе.
Вместо термометров расширения, в особенности для малых электрических машин, целесообразно использовать термоиндикаторы типов ТТЦ1, ТТЦ1-01, не требующие времени для их прогрева.
Если показания термометров, заложенных в машину, после 15— 30 мин пребывания внутри нее, отличаются друг от друга не более чем на 1 еС (с учетом естественной разницы их показаний на воздухе до закладки) и не более чем на 3 °С от температуры окружающего воздуха, то можно считать, что внутри машины имеет место одинаковая температура всех ее частей, равная температуре окружающего воздуха.
Если же разница в показаниях термометров больше, чем указано выше, то, очевидно, имел место предварительный нагрев и машину следует остудить. Нагрев мог иметь место и при технологических процессах, например, сушке. Для крупных машин в этом случае может потребоваться значительное время (измеряемое десятками часов).
Температура окружающего машину воздуха t0#в измеряется с помощью нескольких термометров (два-три), установленных в разных точках на расстоянии 1—2 м от машины на середине ее высоты. Термометры должны быть защищены от подогрева горячим воздухом, выходящим из машины, и за счет лучеиспускания. Если воздух подводится по трубам, в том числе при замкнутом цикле вентиляции, температура входящего в машину воздуха измеряется одним-двумя термометрами во входном патрубке. При разомкнутом цикле вентиляции с забором воздуха из помещения показания термометров во входном патрубке не должны сильно отличаться от показаний термометров, измеряющих температуру окружающего воздуха. Большая разница в этих температурах может иметь место за счет частичного засасывания в машину горячего воздуха из выходного патрубка. Это обстоятельство должно быть устранено.
Температура выходящего воздуха измеряется в выходном отверстии. Здесь следует иметь в виду, что в машинах с самовентиляцией воздух в выходном патрубке обычно сильно завихрен. В части выходного окна может даже иметь место всасывание воздуха извне, поэтому температура в различных точках окна может сильно разниться. Для измерения температуры выходящего воздуха следует найти место с наибольшей температурой.
При двухкамерном вентиляторе целесообразно, если это позволяет размер выходного патрубка, кроме измерения средней температуры выходящего воздуха проконтролировать температуру обеих струй. Для этого может потребоваться установка в выходном патрубке легкой временной перегородки (из жести, электрокартона и т. п.).
При водяном охлаждении измеряется температура воды, входящей и выходящей из машины или воздухоохладителя. Поскольку разница этих температур невелика (несколько градусов), следует, как указывалось выше, применять термометры с ценой деления 0,1 С. Термометры вставляются в гильзы (стаканы), вваренные в подводящий и отводящий патрубок. Для уменьшения ошибки из-за перепада температур между головкой термометра и стаканом заливается масло или засыпаются мелкие медные опилки.
Измерение сопротивления производится не менее трех раз подряд, и за Rx принимается среднее для трех измерений значение. При измерении методом V—Л каждое из трех измерений производят при трех близких значениях измерительного тока, а методом моста — после каждого измерения производится его разбалансировка.
Разумеется, что результаты трех измерений не должны отличаться друг от друга более чем на допустимую погрешность. При этом может иметь место систематическое увеличение сопротивления с каждым последующим отсчетом, что является результатом нагрева обмотки в процессе измерения. Обычно измерительный ток составляет не более 10—15% номинального. Если почему-либо желательно его увеличить, то следует учитывать возможную скорость повышения температуры (5.7).
Измеренное сопротивление Rx, соответствующее температуре Θχ, приводят к температуре 20 ° С (если нет других указаний) по формуле
(5.12)
и при подсчете превышений температур используют в качестве Rx Θχ = 20 °С.
При дальнейших тепловых испытаниях, независимо от того, при какой температуре охлаждающей среды Г0>с они ведутся, уже нет необходимости каждый раз измерять RX, поскольку изменение to c учитывается в (5.11). После длительных перерывов в испытании, когда машина успевает полностью остыть, рекомендуется повторять определение Rx, для того чтобы убедиться в его неизменности (разумеется, что сравниваются приведенные величины, т. е. R2о).
Для неподвижных обмоток малого сопротивления, включенных в цепь постоянного тока (последовательные и компенсационные обмотки, обмотки добавочного полюса), как указывалось выше, при включении вольтметров, измеряющих падение напряжения в этих обмотках, необходимо следить за тем, чтобы к измеряемому падению напряжения в обмотке не добавлялось падение напряжения в каких-либо контактах и соединениях. Проводники вольтметра бывает иногда целесообразно припаять непосредственно к зажимам обмотки.
Для вращающихся обмоток возбуждения, питающихся через кольца, для измерения падения напряжения применяются изолированные от тока возбуждения щетки, к которым присоединяются концы вольтметра.
5.2.2. Измерение сопротивления якорей коллекторных электрических машин. Для обмоток вращающихся якорей, связанных с коллектором, измерение сопротивления производится до начала испытания для холодного сопротивления, после обесточивания обмотки и остановки ЭМ для горячего сопротивления.
В этом случае следует различать два сопротивления обмотки якоря: расчетное (номинальное) сопротивление постоянному току RH и холодное сопротивление якорной обмотки Rx (обычно Rx < Rn), служащее для определения превышений температур.
Измерение RH и сравнение его с расчетным значением позволяет выявить различные дефекты обмоток: ошибку в схеме или числе витков, плохое качество паек, вытяжку тонкого провода при намотке и т. п. Это сопротивление должно измеряться в точках подвода тока, т. е. в случае якорных обмоток постоянного тока на пластинах коллектора, отстоящих на К/2р пластин друг от друга.
Простейшим способом измерения Rn является измерение падения напряжения в якорной обмотке при пропускании в неподвижный якорь небольшого измерительного тока через щетки, которые должны быть тщательно притерты.
Падение напряжения измеряется на изолированных от щеткодержателей щетках. Если рабочие щетки перекрывают больше двух пластин, рекомендуется измерить падение напряжения на нескольких парах разнополярных щеток и взять среднее значение. Целесообразно повторить замеры после двух-трех поворотов якоря на небольшой угол.
При измерении Rx, а затем на тех же (отмеченных) пластинах Rr необходимо иметь в виду следующие соображения: для определения превышения температуры можно использовать и измерение RHtX и /?я,г ПРИ питании якоря через щетки, однако в этом случае возможна погрешность из-за изменения токораспределения под щетками. Более точные результаты получаются при поднятых щетках. Для измерения выбираются наиболее доступные пластины с расстоянием между ними Кх пластин (шаг пластин), по возможности близком к К/2р = = Кт (т — полюсное деление).
Однако в ряде случаев (крупные машины с большим числом щеток и т. п.) обеспечить быстрый подъем щеток для измерения горячего сопротивления нельзя. В этом случае холодное и горячее сопротивления измеряются при минимально возможном шаге пластин Кх для пластин, расположенных на возможно большем удалении от щеток [0.9].
При измерении холодного и горячего сопротивлений пластины коллектора, на которых производится измерение, должны находиться в одном и том же положении относительно щеток.
Минимально возможное для измерения сопротивление определяется чувствительностью измерительной аппаратуры.
В ГОСТ 10159-79 рекомендуется соблюдение условия Кх > Κγ/ (3-Ξ-4). Рекомендации VDE и IEC по выбору коллекторных пластин приведены на рис. 5.5.
Для простых Волновых обмоток (2а = 2; 2р - 4) существует приведенное ниже соотношение между Rx с шагом пластин Кх и RH с шагом пластин Кт: Яя = RXK^{2KTKX - /ф.
В обмотках с уравнительными соединениями может иметь место разница температуры уравнительных соединений и проводников в пазах, в то время как метод сопротивления дает среднюю температуру. В таких обмотках желательно проконтролировать температуру проводников в пазах с помощью термоиндикаторов.
В обмотках с неполным числом уравнительных соединений желательно, чтобы Rx измерялось на пластинах, не связанных с уравнительными соединениями. В многоходовых обмотках Rx следует измерять на пластинах, принадлежащих к одному обходу. Во всех случаях измерения Rx необходимо знать схему обмотки.

Выбор коллекторных пластин
Рис. 5.5. Выбор коллекторных пластин для измерения Rx и RT якорной обмотки: а - по VDE 0530, б — по VDE 0535, в - по IEC 48

Измерение Rx < 1 Ом проводится двойным мостом с помощью щупов, которые прижимаются к нерабочей поверхности коллекторных пластин. Для подвода измерительного тока и измерения падения  напряжения применяются отдельные щупы, объединенные попарно в общей рукоятке.
Во избежание повреждения гальванометра моста перенапряжением щупы тока делаются длиннее, чем щупы напряжения, и могут перемещаться в рукоятке, сжимая пружину. В результате цепь напряжения при отводе щупов размыкается до разрыва цепи тока. Щупы напряжения во всех случаях (и при одинарном мосте) должны быть из материалов, не создающих термопар при соприкосновении с коллектором, контактными кольцами, выводами обмоток и т. п. (латунь, бронза, медь).
Особое значение для точности определения температуры приобретает быстрота, с которой производятся первые отсчеты горячего сопротивления. Применяется ряд мер для убыстрения остановки. Одновременно с выключением тока и принудительной вентиляции запускается секундомер, по которому ведется отсчет времени замеров сопротивления для кривой остывания. Если нагрузкой является электрический генератор, то форсировкой его возбуждения создается дополнительное торможение, а затем, когда скорость вращения упадет, производится механическое торможение наложением (лучше с двух сторон) брусьев- колодок на полумуфты сочленения между испытуемой машиной и генератором.
При подъеме щеток во избежание ожогов должны применяться тонкие перчатки.
После остановки якорь поворачивается в положение, при котором наиболее доступны пластины, отмеченные при измерении холодного сопротивления, затормаживается в этом положении, после чего на отмеченные пластины устанавливаются измерительные щупы и снимается кривая остывания якоря.

Первый отсчет (сопротивление и время его снятия, протекшее с момента выключения тока), поскольку он в значительной мере определяет точность экстраполяции и значение превышения температуры в момент остановки, должен быть снят в течение возможно более короткого времени. Для машин мощностью 5—500 кВт это время не должно превышать 30—60 с. После первой следует снять еще три-четыре точки с минимально возможным интервалом времени, а затем еще три- четыре точки с равными интервалами, с таким расчетом, чтобы последняя точка соответствовала времени 10—20 мин. Согласно ГОСТ 11828-86, если время измерения не превышает 15—20 с, за RT принимается наибольшее из трех измерений. Если RT в начале измерений растет, то за RT принимается наибольшее из измеренных значений.

  1. Измерение сопротивления обмоток переменного тока. Для трехфазных обмоток, в случае когда выведены только три конца и сопротивления, измеренные между ними, R122, R23, R31,  сопротивление первой фазы Rj (выводные концы фазы 1, 4) при соединении обмоток фаз в звезду

(5.13)
при соединении в треугольник
(5.14)
Сопротивление обмотки второй фазы (выводные концы 2, 5) определяется из (5.13) или (5.14) путем круговой последовательной замены индексов (R12 на R23, R23 на R31, R1 на R12).
Сопротивление обмотки третьей фазы (выводные концы 3, 6) определяется из выражения для второй с соответствующей круговой заменой индексов.
Если расхождение в измеренных значениях Rn = R12, R23, R31 не превышает 2% при соединении фаз звездой и 1,5% — треугольником, то сопротивление фазовых обмоток Rφ можно определять из выражений Rφ = Rn/2 при соединении звездой и Rφ = 3Rи/2 треугольником. Измерение RT проводится после отключения -ЭМ от сети и затухания нестационарных напряжений на обмотках. При этом для СМ используется гашение поля до значений ЭДС, близких к нулю. Для определения превышений температур применяется экстраполяция кривой остывания.
В АЭМ приходится считаться с возможностью появления в обмотке ЭДС зубцовой частоты от магнитных потоков, созданных измерительным током, если измерение проводится при вращающемся роторе.

  1. Измерение сопротивления обмоток переменного тока без отключения от сети. Для этих обмоток более точным может оказаться метод непрерывного измерения сопротивления [5.3—5.6; 4.2], при котором по обмотке одновременно с переменным током Iсо протекает измерительный постоянный ток /и и определяется напряжение R= (рис. 5.6, а); значение тока должно быть таким, чтобы оно не вызывало увеличения превышения температуры обмотки более чем на 0,5% допустимого, т. е. |и < (2 5)% Iсо .

Измерение сопротивления обмотки, обтекаемой переменным током
Рис. 5.6. Измерение сопротивления обмотки, обтекаемой переменным током:
а - общая схема; б - схема блока компенсации напряжения переменного тока (БКН); в ~ схема блока питания измерительным постоянным током (БП); КТ1-КТЗ - обмотки компенсирующих трансформаторов; Кр1 - конденсатор; ФР - фазорегулятор; ТР — регулировочный трансформатор; Др — дроссель; Кр2 - шунтирующий конденсатор
Измерение R_ может осуществляться также измерительными мостами [5.3].
Для защиты измерительных цепей постоянного тока от ЭДС переменного тока применяют каскад компенсирующих трансформаторов (рис. 5.6, б). Для повышения точности компенсации используются вторичные обмотки трансформаторов (JKT1—KT3) с отпайками через один виток, а для компенсации углового сдвига, вносимого конденсатором Кр1 — регулировочный трансформатор ТР с питанием через фазорегулятор ФР. Вольтметр целесообразно шунтировать конденсатором.
Цепи питания и измерения постоянного тока могут кроме указанных выше КТ защищаться включенным последовательно в схему питания дросселем Др9 а также шунтированием амперметра емкостью Кр2 (рис. 5.6, в).
Измерение Rx и RT должно производиться теми же приборами и той же схемой.
Следует иметь в виду, что если не принять специальных мер для блокирования пути измерительного тока в сеть переменного тока, питающего обмотку ИМ, то измерение станет невозможным. Такое блокирование производится либо путем кратковременного отключения питания, либо, для электрических машин небольшой мощности, особенно при повышенной частоте, включением разделительных конденсаторов большой емкости [5.5].

Измерение сопротивления одной фазы обмотки
Рис. 5.7. Измерение сопротивления одной фазы обмотки:
а — низковольтной (< 440 В) с соединением фаз треугольником; б - высоковольтной с соединением фаз звездой; ИЭМ - испытуемая электрическая машина; НМ - нагрузочная электрическая машина; ТН - трансформатор напряжения; ПП - пробивной предохранитель; БКН - блок компенсации напряжения; БП - блок питания; К1Ш К2, КЗ - контакты выключателей, размыкаемые на время измерения

Для крупных высоковольтных трехфазных электрических машин согласно [5.4] для измерения R_ можно использовать нулевые точки обмотки ИМ и других ЭМ или трансформаторов с соединением фазовых обмоток звездой, подключенных к той же сети (рис. 5.7,а, б). Схема особенно удобна для ИМ, имеющих обмотки со схемой "двойная звезда". Как видно из рис. 5.7, б, для измерения напряжения используется нулевая точка трансформатора напряжения ТН, для подвода измерительного тока — нулевая точка нагрузочной электрической машины НМ. Для защиты от случайных перенапряжений все нулевые точки заземляются через пробивные предохранители ПП с пробивным напряжением < 100 В.
Вообще вопросы техники безопасности при использовании схем непрерывного измерения стоят весьма остро, и все необходимые для ее обеспечения мероприятия (заземление, контроль сопротивления изоляции, предотвращение прикосновения к элементам схемы и т. д.) должны быть выполнены.
Полная гальваническая развязка схем переменного и постоянного токов возможна при использовании трансформаторов постоянного тока [5.6]. Точность этих схем, однако, несколько ниже (погрешность 1%).
Метод непрерывного измерения сопротивления позволяет измерить небольшие изменения сопротивления (температуры) и добавочные потери [4.2].

  1. Измерение температуры вращающихся короткозамкнутых обмоток ("беличьей клетки", успокоительных обмоток). Наиболее просто эта температура может быть измерена с помощью термометра, прижимаемого к замыкающим кольцам или стержням обмотки после остановки ротора. Кривая остывания экстраполируется на момент выключения тока.

Превышение температуры клетки короткозамкнутого ротора АД может быть определено по измерению скольжения в холодном (sx) и горячем (sr) состояниях ротора при постоянном моменте нагрузки на валу по формуле
(5.15)
где Θχ — температура ротора в холодном состоянии (до начала режима нагрузки); I1х,  IιΓ— ток статора при холодном и горячем АД.
Во избежание подогрева ротора пусковыми токами, приводящего к большой погрешности, ротор АД должен быть развернут до номинальной скорости нагрузочным генератором.
Формула (5.15) предусмотрена для медной клетки; в случае алюминиевой клетки вместо числа 235 в (5.15) должна быть подставлена величина 1 /аа, обратная экспериментально определенному температурному коэффициенту сопротивления аа алюминиевого сплава, из которого выполнена клетка.

  1. Правила использования термоиндикаторов. Заложенными ТИ называют термоиндикаторы, заложенные в обмотки и активную сталь при изготовлении электрических машин в такие точки, которые после изготовления недоступны (например, на дно паза, между секциями в пазу и т. п.). Встраиваемыми ТИ называют ТИ, встроенные в готовую ЭМ на период испытания.

Использование ТИ в том случае, когда они не устанавливаются, а прикладываются на время измерения, носит название методы термометра.
С помощью ТИ измеряют температуры обмоток (желательно в наиболее горячих точках), подшипников (наружной обоймы подшипников качения, вкладышей подшипников скольжения, смазочного масла), охлаждающего машину хладагента и т. п.
В качестве ТИ используются термометры расширения (для измерения медленно изменяющихся температур), термометры сопротивления, термопары, терморезисторы.
Для быстрых измерений температуры, в особенности температуры вращающихся частей после их остановки, следует рекомендовать современные термоиндикаторы типов ТТЦ1, ТТЦ1-01 с практически безынерционным термощупом (термометром сопротивления) и цифровым отсчетным устройством.
Для измерения температуры наиболее нагретых точек обмотки ТИ закладываются на дно паза, между секциями в пазу и т. д. Встраиваемые ТИ устанавливают на лобовые части обмоток, пазовые части обмоток (под клин), между листами активной стали и другие доступные части ЭМ.
Рекомендуется закладывать не менее шести ТИ, с равномерным распределением их по окружности, а в осевом направлении — в точки, где ожидаются наибольшие температуры. Для крупных машин число ТИ берется значительно большим.
ТИ, предназначенные для измерения температуры обмотки при двух изолированных сторонах секций в пазу, рекомендуется помещать между ними; при трех и более изолированных сторонах секций — в местах, где ожидаются наибольшие температуры.
Температура активной стали измеряется ТИ, помещенным на дно паза и в зубцы.
Основная погрешность при измерении с помощью ТИ возникает за счет возможного перепада температур между ТИ и точкой, температура которой определяется.
Если ТИ закладывается между двумя сторонами секций (стержнями) в пазу, то при наличии определенной теплопроводности поперек и вдоль слоев изоляции на температуру ТИ будет оказывать влияние не только температура проводников обмотки, но и температура стенок паза, т. е. температура стали. Это влияние будет тем больше, чем больше разность температуры обмотки и активной стали. Следует учитывать это обстоятельство внесением поправок в показания ТИ, измеряющих температуру обмотки в пазу. При исследованиях нагревания крупных машин целесообразно для нахождения поправок проводить тепловое моделирование паза, при котором определяются показания ТИ при известных температурах проводников (стержней) и стенок паза.
При закладке или встраивании ТИ в обмотки должны соблюдаться правила техники безопасности. ТИ должны закладываться в части обмоток, наиболее близкие к заземленным выводам, с тем чтобы электрический потенциал места установки относительно земли был наименьшим. Усиленная изоляция ТИ означает возможность увеличения ошибки из-за перепада температур в изоляции. Выводы ТИ тщательно изолируются. При наличии переключателя заземляется общий полюс переключателя, к которому подключаются все выводы (по одному).
После остановки термометрами измеряются температура поверхности коллекторов, контактных колец, бандажей, активной стали, а также проводятся контрольные измерения температуры поверхностей обмоток.
Из существующей номенклатуры термометров расширения применяются так называемые "палочные" термометры типа ТЛ небольшого диаметра. При исследовании электрических машин с воздушным охлаждением применяются термометры с ценой деления 0,5—1 °С и погрешностью не выше ± 1 °С.
В случае водяного охлаждения для измерения температуры воды нужны термометры с ценой деления 0,1 °С и погрешностью не выше ± 0,2 °с.
Для исключения возможности получения ошибочных результатов от подогрева ртути вихревыми токами рекомендуется применение спиртовых термометров.
Плотный контакт между головкой термометра и измеряемой поверхностью достигается с помощью фольги, которой обертывают головку термометра. Кроме того, снаружи место контакта укрывается ватой, войлоком и т. п. Для установки термометров может быть использована изоляционная замазка, которая накладывается на обмотанную фольгой и прижатую к поверхности головку термометра.
На механических деталях (корпусах, подшипниках) целесообразно устанавливать головку термометра, обмотанную фольгой, в отверстие для крепежа и уплотнять сверху ватой, войлоком и т. п.
Термопары (ТП) получают путем пайки или сварки зачищенных концов двух проволок из различных материалов. Применяются ТП медь— константан и хромель—копель. ТП хромель—копель обладают наибольшей термо-ЭДС. Для ТП, установленных на поверхности обмоток, активной стали, в пазу и т. п., целесообразно к головке ТП припаять тонкую медную пластину, улучшающую контакт.
Для измерения температуры лобовых частей ТП бандажируются к ‘ поверхности изоляции (до нанесения наружных защитных слоев ленты).
Для измерения температуры щеток головка ТП опускается в отверстие, высверленное в щетке по возможности близко к контактной поверхности. Для измерения температуры подшипников качения головка ТП прижимается пружиной к наружной обойме.

Материал
термопары

Термо-ЭДС, мВ

100 °с

200 °С

Медь-константан

4,14

8,38

Хромель-копель

6,95

14,65

В тех случаях, где это возможно, головку ТП целесообразно погружать в небольшое отверстие, высверленное в детали, например в замыкающих кольцах или стержнях КЗ роторов.
При изготовлении ТП должна учитываться необходимая длина проволок, из которых сварена ТП и являющихся одновременно выводами, поскольку напайка выводов не допускается.
При присоединении выводов ТП к зажимам измерительного прибора в месте присоединения образуются два контакта, эквивалентные (поскольку все зажимы выполнены иэ одного материала, например меди) одной термопаре из тех же материалов, что и основной спай, ЭДС которой вычитается из ЭДС основного спая. Поэтому показания термопары пропорциональны разности температур, соответствующих головке (горячий спай) и концам выводов, присоединенных к измерительной аппаратуре (холодный спай).
Это обстоятельство весьма важно. В случае передачи показаний ТП с вращающихся частей через скользящий контакт оно обусловливает необходимость применения специальных схем (см. ниже). Термо-ЭДС при температуре горячего спая 100 и 200 °С и температуре холодного спая 0°С приведены в табл. 5.2.
Для измерения термо-ЭДС применяются магнитоэлектрические милливольтметры, которые, однако, обладают заметным собственным потреблением, вследствие чего на их показаниях сказываются сопротивления выводных концов, переходные сопротивления контактов переключателей и т. п. Поэтому при работе с термопарами целесообразно применение компенсационных (нулевых) методов. Потенциометры, компенсирующие термо-ЭДС, могут быть как ручными, так и автоматическими. Автоматические обычно содержат устройства для компенсации ЭДС холодного спая, что позволяет градуировать прибор прямо по температуре горячего спая.
Для изготовления ТП обычно применяется проволока диаметром 0,5—0,8 мм. Для измерения температуры небольших поверхностей, а также в тех случаях, когда измеряются быстроменяющиеся температуры, с целью получения минимальной погрешности ТП выполняется из тонких (диаметром 0,25 мм и менее) проволок.
При этом в связи с большим сопротивлением выводных концов пригодны только потенциометрические (нулевые) методы измерения термо-ЭДС.

TII, установленные на обмотке, должны быть достаточно надежно изолированы от токоведущих частей. Изоляция между ТП и обмоткой должна проверяться мегаомметром, а также на электрическую прочность. Общий вывод ТП в этом случае целесообразно заземлить. ТП, установленные на заземленные части (корпуса, подшипники и т. п.), не должны изолироваться от последних. Общий вывод ТП в этом случае заземлять нельзя.
Термометры сопротивления (ТС) выполняются из тонкой медной или платиновой проволоки, намотанной обычно на изоляционную слюдяную пластинку. Снаружи термометр защищается двумя тонкими слюдяными пластинками.
Медные ТС применяются для диапазона температур от —20 до + 100 °С (при длительном воздействии температур более 100 ° С возможно окисление тонкого медного провода и изменение его сопротивления) ; платиновые — для диапазона температур от —20 до + 500 ° С. Для увеличения точности измерения в этом случае применяются двойные выводы (отдельно для подвода тока, питающего ТС и для измерения напряжения) [0.9].
Использование термореэисторов в качестве ТИ дает ряд существенных преимуществ перед ТС. Температурный коэффициент сопротивления терморезисторов составляет 2,5—6% на 1°С. Терморезисторы имеют сопротивления порядка 1—1000 кОм, в связи с чем влияние сопротивления выводных концов и различных контактных сопротивлений не вызывают заметной погрешности. Терморезисторы имеют весьма малые габаритные размеры. Они включаются в плечо неуравновешенного измерительного моста. В качестве измерительного прибора при этом применяется гальванометр или микроамперметр [5.1].

Измерение температуры вращающихся частей.

При измерении температуры вращающихся частей возникает дополнительная задача обеспечения необходимой точности измерения, связанная с передачей показаний от вращающихся ТИ.
Наиболее перспективными являются методы бесконтактной передачи показаний ТИ с помощью вращающихся вместе с обмоткой полупроводниковых генераторов среднечастотного диапазона, частота которых составляет 5—10 кГц. Она изменяется в зависимости от сопротивления (температуры) ТИ и измеряется неподвижным приемником [5.7]. Указанные методы позволяют получить в лабораторных условиях достаточно высокие точности измерения температур (до ± 0,5 °С).
Передача показаний ТИ через скользящий контакт может вносить заметную погрешность из-за сопротивления контакта и наличия термо-ЭДС, возникающих в нем.
Механическое несовершенство контакта и вызванное этим обстоятельством колебание его сопротивления в больших пределах может вызывать значительные помехи при измерении, особенно при осциллографической записи быстро изменяющихся процессов нагревания.

Термо-ЭДС в контакте возникает даже в том случае, если кольцо и щетка выполнены из одного материала. Это объясняется тем, что из-за наличия оксидной пленки на поверхности кольца (на политуре) в скользящем контакте появляются две термопары: кольцо—пленка политуры и пленка политуры—щетка, температуры которых неодинаковы.
В неблагоприятных случаях термо-ЭДС двух токосъемников (за исключением ртутных) может достигать 500—600 мкВ, что в случае применения термопар медь—константан, развивающей термо-ЭДС 50 мкВ на 1 °С, может вызвать ошибку до 10—12 °С.
Переходное сопротивление двух токосъемников (за исключением ртутных) может иметь порядок 1СГ2 — 10г1 Ом и более, что для медного ТС с сопротивлением 10 Ом может в неблагоприятном случае вызывать погрешность до 2,5 °С (очевидно, что погрешность, вызванная сопротивлением токосъемника, обратно пропорциональна сопротивлению ТС). При подогреве токосъемников до 70—80 °С термо-ЭДС уменьшается до 20—30 мкВ, а сопротивление до 10-2 — 10-3 Ом.
Наименьшую ошибку создают ртутные контакты, особенно в случае записи нестационарных тепловых режимов на осциллограф. Однако они не рекомендуются из-за токсичности ртути.
При кратковременных измерениях хорошие результаты дает контактная пара: медное (латунное, бронзовое) кольцо и медная проволока (струна), натянутая с помощью пружины, или простая пружина, например из бериллиевой бронзы, могут применяться также щетки из медной сетки. Хорошие результаты при высокой окружной скорости (> 15 м/с) дает смазка контактной поверхности специальным бальзамом (см, гл. 6). При длительно работающих контактах на кольцах из указанных выше материалов могут применяться серебряно-графитные щетки или медно-графитные (бронзо-графитные) щетки с большим содержанием меди (бронзы).
Кроме указанной выше контактной смазки для очистки поверхности кольца от оксидных пленок, увеличивающих сопротивление контакта, могут применяться щетки (особенно с абразивными добавками, не включенные в цепь), которые за счет повышенного трения очищают поверхность кольца. Во всех случаях желательно иметь не менее двух параллельно работающих щеток (струн). Кольца должны иметь минимальные биение и некруглость, хорошо отшлифованную поверхность, должны быть защищены от загрязнения.
При большом числе точек измерения на тихоходных роторах (п <  600 об/мин) с целью сокращения количества контактных колец применяются размещенные в роторе устройства — шаговые искатели, подключающие термопары поочередно к двум-четырем кольцам. Управление этими искателями осуществляется через два кольца управления [5.8].
Измерение температуры вращающихся частей термопарами
Рис. 5.8. Измерение температуры вращающихся частей термопарами:
КК — контактные кольца; ТПГ — термопара в исследуемой ("горячей") точке; 777х - термопара "холодный спай"

В случае применения термопар для измерения температуры вращающихся частей в месте присоединения их выводов к контактным кольцам образуются новые термопары, большие термо-ЭДС которых делает измерение практически невозможным. В этом случае на вращающейся части в доступном месте (обычно на торце вала) размещается термопара 777х, включенная последовательно с термопарой 777г, заложенной в исследуемую точку (рис. 5.8). Температура вблизи этой термопары должна быть доступна для измерения неподвижным термометром или термопарой 777.
В такой схеме к контактным кольцам КК подходят проводники из одного материала. Из того же материала должны быть сделаны КК.  Практически речь идет здесь о термопарах медь—константан и медных кольцах. В такой схеме измеряется разность температур холодного и горячего спаев, а поскольку температура холодного спая известна, то может быть определена и температура в исследуемой точке.



 
« Испытание синхронных двигателей на нагревание   Испытание электрических машин после ремонта »
электрические сети