Глава первая
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО НАЛАДКЕ ВСЕХ ВИДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
1. Программа наладочных работ
В практике наладки электрических машин принято ориентироваться на общую программу работ, содержащую перечень организационно-технических мероприятий, испытаний и измерений в порядке их рекомендуемой последовательности. Примерные программы работ можно найти в литературных источниках [Л. 2, 7, 9, 25] и служебных материалах специализированных организаций. В зависимости от величины, типа и назначения электрической машины объем и сложность наладочных работ могут быть весьма различны. Необходимый объем работ и выбор приемов испытании должны определяться техническим персоналом.
Ниже приведена общая программа наладочных работ, необходимых для обеспечения безаварийного пуска и полного использования электрической машины.
- Изучение технического и рабочего проектов электроустановки и выяснение общих требований, предъявляемых к данной электрической машине.
- Подбор технической документации.
- Внешний осмотр машины.
- Составление календарного плана наладочных работ и списка необходимых испытательных и измерительных устройств.
- Подготовка рабочего места с учетом требований техники безопасности.
- Проверка механической части машины.
- Измерение сопротивления изоляции и оценка необходимости сушки.
- Измерение сопротивления обмоток постоянному току.
- Испытание электрической прочности изоляции обмоток повышенным напряжением.
- У коллекторных машин — проверка установки щеток.
- Проверка взаимной согласованности выводов обмоток и схемы внутренних соединений.
- Измерение электромагнитных постоянных обмоток, осциллографирование и другие специальные измерения при неподвижной машине.
- Пробный пуск машины и контроль работы механической части на холостом ходу.
- Снятие характеристик на холостом ходу.
- Испытание машины и снятие характеристик под нагрузкой.
- Проверка устройств маслосмазки подшипников и проверка вентиляции.
- Исследование переходных процессов работы электропривода путем осциллографирования токов в обмотках, напряжений и скорости электрической машины.
Большинство пунктов приведенной программы работ относится к электрическим машинам всех видов; сложность, методика работ, естественно, зависят от величины и назначения электрической машины.
2. Изучение проекта и приближенная проверка правильности выбора электрической машины
Приступая к наладке электрической машины, необходимо определить, какие предъявляются к ней требования со стороны электропривода. Многие проектные организации не приводят в проектах расчетов и обоснований выбора определенных электроприводов. Вместе с тем нередки случаи, когда электриков обвиняют в том, что двигатель «не тянет», но многие проектировщики «про запас» предусматривают избыточно крупные электродвигатели. Поэтому следует заранее подобрать данные о рассчитанных или вероятных моментах сопротивлений, о допустимых люфтах, требуемой точности центровки и пр.
При отсутствии необходимой информации путем ознакомления с технологией работы и с конструкцией установки следует оценить:
а) максимально возможный статический момент сопротивления;
б) зависимость производительности привода от времени переходных процессов — разгона, реверса, торможения;
в) величину среднеквадратичной мощности по сравнению с номинальными данными машины;
г) специальные условия, например относительное значение махового момента привода, вибрации, влияние внешней среды и др.
Оценка пригодности и запаса надежности электрической машины должна базироваться на особенностях режима ее работы. В практике проектирования и стандартах предусматриваются три основных режима: продолжительный, кратковременный а повторно-кратковременный. Фактические режимы работы обычно носят смешанный характер.
Продолжительный режим работы (S1) [Л. 16, 24] характеризуется редкими пусками и длительным пребыванием двигателей под нагрузкой при определенной скорости. В таком режиме работают: насосы, вентиляторы, мельницы, компрессоры, многие прокатные установки, транспортные механизмы, различные станки. При наладке приводов продолжительного режима обычно нет надобности создавать интенсивный разгон, но в некоторых приводах (например у непрерывных прокатных станов) для снижения динамической посадки скорости требуется высокое быстродействие.
В общем случае для повышения к. п. д. на якоре или статоре двигателей следует поддерживать напряжение, близкое к номинальному. Специальное внимание должно быть уделено контролю температуры, вентиляции, смазке подшипников.
Кратковременный режим работы (S2) [Л. 24] характерен для механизмов небольших перемещений. К таким механизмам относятся: задвижки, толкатели, клапаны, стартеры; всевозможные устройства поворота крупных рабочих площадок (например, оснований сцены в театрах, тупиковых кругов для электровозов, ворот шлюзов, вагоноопрокидывателей) и мелких барабанчиков (например командоаппаратов, светофильтров); устройства натяжения пружин, включения автоматов и множество иных операционных элементов.
Рис. 1-1. График изменения скорости и тока электрического двигателя при сложном технологическом цикле.
п — скорость двигателя; Μ, I — электромагнитный момент и ток двигателя; I1, I2 —усредненные значения токов за периоды времени ί1, ί2, .. ., ίκ; Tц — время цикла.
Двигатели таких крупных и мелких механизмов не успевают равномерно нагреться за время включения, и поэтому их номинальные мощности и токи не являются показательными. Для проверки выбора двигателя необходимо знать величины пусковых моментов двигателей по сравнению с максимально возможными моментами сопротивлений. Кроме того, при больших маховых моментах привода (приведенных к валу двигателя) следует проверить обмотки двигателя на допустимую энергию разгона.
Механизмы кратковременных перемещений во многих случаях сбалансированы, и их моменты сопротивлений в зависимости от состояния поверхностей сопрягаемых деталей, от смазки, температуры, наконец, от загрязнения могут изменяться в широких пределах. В этой связи для механизмов кратковременных перемещений особое значение имеет правильное определение коэффициентов трения скольжения и трения качения [Л. 42, 41, 29].
Помимо рассмотрения проектных и литературных данных для оценки пригодности двигателей желательно произвести измерения нагрузок на аналогичных электродвигателях. Следует учесть, что при трогании с места, когда трение носит «сухой» характер, коэффициент трения может быть в 5—10 раз выше, чем на ходу.
В общем случае пусковые моменты Мц электродвигателей механизмов кратковременных перемещений должны быть в 1,5—2 раза выше статических моментов трогания Мц = 1,5-2Мтр. Некоторые электродвигатели, входящие в технологическую линию, во избежание простоев производства должны обеспечить перемещение механизма даже при условии затвердевания смазки, заклинивания подвижных связей или иных непредвиденных перегрузках.
Рис. 1-2. Графики моментов сопротивления механизмов кратковременных перемещений и осциллограммы изменения токов двигателей.
а — рольганг (система Г—Д с контакторным управлением); б — коксовыталкиватель (асинхронный двигатель с фазным ротором); в — «пушка» доменной печи (асинхронный двигатель с фазным ротором); г —рудничный электровоз (постоянный ток, контакторное управление); д — шаровая мельница (синхронный двигатель); е — ворота шлюза (автоматическое поддержание пускового тока); Мс — момент сопротивления; iя — ток якоря; iс — ток статора.
У таких электроприводов двигатели должны допускать создание пускового момента, превышающего обычные моменты трогания в 5 раз и более. Для иллюстрации на рис. 1-2 приведены графики моментов сопротивления некоторых механизмов, нанесенные на осциллограммы изменения токов двигателей.
Повторно-кратковременный режим работы (S3) [Л. ,16, 24, 29] с частыми пусками, остановками, реверсами и изменением скорости характерен для механизмов кранов, перегружателей, экскаваторов, реверсивных прокатных приводов, реверсивных рольгангов и множества иных механизмов. При повторно-кратковременном режиме электрические машины во время включения нагреваются, а во время пауз остывают и температура всех их частей постепенно достигает среднего установившегося уровня.
Рис. 1-3. Графики основных номинальных режимов работы электрических машин. а — продолжительный; б — кратковременный; в — повторно-кратковременный.
п — скорость; N — мощность; р — потери; τ° — температура.
Следует иметь в виду, что в технических требованиях (в ГОСТ 183-55) на электрические машины нормировался простой повторно-кратковременный режим (S3) и машины испытывались на заводах-изготовителях только в этом режиме (рис. 1-3,в). Новый ГОСТ 183-66 предусматривает проведение испытаний в различных повторно-кратковременных режимах (см. ниже режимы S4—S8).
Нагрев машин зависит от выделяемых в них тепловых потерь и от теплоотдачи.
Как известно, потери в обмотках машин [Л. 1, 2, 8, 24] пропорциональны квадратам токов (рм=I2), потери в стали зависят от индукции В, а следовательно, и от приложенного напряжения в дробной степени (рс =B1,6:1,8=U1,5:2), потери в подшипниках и на коллекторе пропорциональны скорости (рмех=n); вентиляционные
потери, пропорциональные квадрату или кубу скорости (рв—п2:3), составляют обычно малую часть от общих потерь. Все виды потерь прямо пропорциональны времени (р=1)·
Теплоотдача и охлаждение машин, не имеющих принудительной вентиляции, в большой степени зависят от скорости вращения собственного вентилятора. Поэтому во время разгона и торможения, а особен о при стоянке охлаждение происходит менее интенсивно, чем при полной рабочей скорости (в расчетных зависимостях среднеквадратичных величин время разгона и торможения рекомендуется учитывать с поправочным коэффициентом 0,4—0,8, а время стоянки — с коэффициентом 0,25—0,5).
Рис. 1-4. Оптимальный по быстродействию режим работы двигателя.
Мп, Мизб, Мс — пусковой, избыточный и статический моменты; ар, ат, арв — ускорения при разгоне, торможении и реверсе; η — скорость вращения.
ГОСТ на электрические машины (Л. 16, 13) предусматривает нормируемую продолжительность включения ПВ 15, 25, 40, 60% с продолжительностью одного цикла не более 10 мин. Проверяя выбор электрической машины, наладчик должен сопоставить графики нагрузки с каталожными (заводскими) данными машин при фактических величинах ПВ.
Развитие технологии агрегатов с повторно-кратковременным циклическим режимом работы характеризуется стремлением свести к минимуму время пауз, разгона и торможения. При этом во многих случаях электрические машины определяют производительность промышленных установок. Оптимальные по быстродействию режимы исследуются во многих книгах и статьях. В общем случае принято считать, что при разгоне, торможении и реверсе пусковой Мп и избыточный Мизб моменты (рис. 1-4) должны быть неизменными. Это определяет неизменные величины ускорений (ар, ат, арв) и линейное изменение скорости п. Подобные режимы могут быть обоснованы и рассчитаны для двигателей постоянного тока [см. Л. 31], у которых момент пропорционален току якоря (М=сФI=I); выбор оптимальных режимов значительно сложнее в управляемых электроприводах переменного тока. Трудность состоит в том, что у двигателей переменного тока электромагнитные моменты и токи в большой степени зависят от величины скорости.
Рис. 1-5. Графики повторно-кратковременных и перемежающихся номинальных режимов.
а — повторно-кратковременный номинальный (S4) с частыми пусками: б —то же, но с частыми пусками и электрическим торможением (S5); в — перемежающийся номинальный (S6) — основной; г — то же, но с частыми реверсами при электрическом торможении (S7); д — то же, но с изменением скорости вращения (S8); п — скорость; N — мощность; р — потери; τ° - температура.
Приведенные замечания показывают, что настройка работы электрических машин, определяющих нередко производительность агрегатов, требует от наладчика вдумчивого подхода с использованием всех возможных расчетных и экспериментальных материалов.
Новый стандарт ГОСТ 183-66 на электрические машины ставит перед завода ми-изготовителями требование обеспечить надежность работы при перемежающейся нагрузке (ПН) (режим S6) с длительностью цикла 10 мин и ПВ—15, 25, 40 и 60% (рис. 1-5,в). Заводам-изготовителям рекомендуется проверять машины также в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками с числом включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции F 1, 2; 1,6; 2,5 и 4 (рис. 1-5,а). Коэффициентом инерции F называется отношение Махового момента привода (приведенного к валу двигателя) к маховому моменту самого электродвигателя
Продолжительность нагрузки на каждой из скоростей вращения согласовывается заказчиком с заводом-изготовителем.
В связи с расширением технических требований, предъявляемых к поставщикам, материалы испытаний, выполненных на заводах-изготовителях, должны позволить наладчикам оценивать электрические машины в режимах нагрузки, приближающихся к технологическим графикам.
