Послеремонтные испытания

Контроль качества выходящих из ремонта машин во многом определяет их надежность при дальнейшей эксплуатации. В настоящее время объем послеремонтных испытаний максимально приближен к требованиям стандарта на новые электрические машины.
Установлены два вида испытаний после капитального ремонта: приемо-сдаточный и типовой. Машины, отремонтированные без изменения мощности или частоты вращения, проходят приемо-сдаточные испытания; если изменяется хотя бы один из этих параметров, машина должна пройти типовые испытания.
Приемо-сдаточные испытания включают следующую обязательную программу для всех типов машин (постоянного тока, синхронных и асинхронных): измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками; измерение сопротивления обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии; испытание изоляции относительно корпуса и между обмотками и междувитковой изоляции обмоток переменного тока на электрическую прочность.
У машин постоянного тока при приемо-сдаточных испытаниях, кроме того, проверяют механическую прочность при повышенной частоте вращения, определяют ток возбуждения генератора или частоту вращения двигателя при холостом ходе, качество коммутации. Синхронные машины также проходят проверку при повышенной частоте вращения, у них снимают характеристику холостого хода и определяют ток короткого замыкания. У асинхронных машин определяют коэффициент трансформации, ток, потери холостого хода и короткого замыкания.
Типовые испытания после ремонта проводят только тогда, когда изменение паспортных данных может вызвать изменение характеристик машины. Если у асинхронного двигателя изменено номинальное напряжение (например, с 380 на 660 В), никаких дополнительных испытаний сверх приемо-сдаточных не требуется.

В программу типовых испытаний включают дополнительно проверку тех параметров, которые могут измениться. Так, например, у асинхронного двигателя при увеличении частоты вращения (уменьшении числа полюсов) необходимо провести испытание при повышенной частоте вращения, испытание на нагревание, определение максимального , Mмакс и минимального Mmin вращающих моментов (рис. 1), определение начального пускового вращающего момента (для двигателей с короткозамкнутым ротором) и т. д.

Рис. 1. Типовая характеристика вращающего момента асинхронного двигателя
Начальным пусковым моментом Мп называется вращающий момент, развиваемый электродвигателем при неподвижном роторе (частота вращения п =0). В процессе разгона вращающий момент может уменьшиться. Минимальный вращающий момент Mmin является важной характеристикой короткозамкнутого двигателя. Значительное уменьшение момента в процессе пуска может привести к застреванию двигателя на частоте вращения, соответствующей минимальному вращающему моменту.
Испытание электрических машин при повышенной частоте вращения производят для проверки механической прочности вращающихся ее частей. Машина должна выдерживать это испытание в течение 2 мин без повреждений и остаточных деформаций.
В машинах постоянного тока и асинхронных двигателях с фазным ротором при повышенной частоте вращения может произойти разрыв бандажей. В открытых машинах от разлетающихся обрывков могут пострадать окружающие предметы и персонал, поэтому из опасной зоны на время испытаний люди должны быть удалены.
Наибольшую опасность представляет испытание синхронных машин с явно выраженными полюсами, закрепленными на ободе болтами. Разрыв обода или отрыв полюсов может привести к полному разрушению машины. Испытания таких машин производят в специальных блиндажах или в часы, когда помещение свободно от персонала, не занятого непосредственно данными испытаниями. Тяжелые травмы могут быть также получены в результате разрушения вентиляторов, лопатки которых имеют небольшую массу, но вылетают с большой скоростью.
Двигатель при испытаниях нагружают обычно с помощью различных тормозов. Электромагнитный тормоз показан на рис. 2. Конец вала испытываемого электродвигателя 4 соединяется эластичной муфтой с валом, на котором насажен массивный стальной диск 5. Диск охвачен четырьмя полюсами 6 электромагнита с катушками 7, которые питаются постоянным током. Полюса с катушками посажены на отдельный вал, к концу которого прикреплены противовес 1 и стрелка 2. Неподвижная шкала 3 проградуирована в ньютонах на метр.
Тормозной момент на валу испытываемого двигателя создается при взаимодействии вихревых токов во вращающемся диске с магнитным полем полюсов электромагнитов. Под действием тормозного момента вал с полюсами поворачивается, стрелка отклоняется.


Рис. 2. Электромагнитный тормоз для испытания электродвигателей под нагрузкой
Перед испытаниями проверяют качество сборки машин: затяжку винтов, болтов и гаек, свободное вращение ротора, наличие смазки в подшипниках, маркировку выводов обмоток, а также воздушный зазор и его симметрию. В машинах постоянного тока проверяют кроме того, равномерность расстановки полюсов по окружности корпуса и щеток по окружности коллектора, силу нажатия на щетки. Щетки притирают и после приработки устанавливают в нейтральное положение.
Измерение сопротивления и проверка электрической прочности изоляции относительно корпуса и между обмотками являются важнейшими испытаниями, после которых может быть принято решение о возможности включения машины на рабочее напряжение.
Сопротивления изоляции измеряют мегаомметрами поочередно у каждой обмотки, соединяя остальные обмотки с корпусом машины. Каждую обмотку после испытания разряжают на корпус, чтобы снять остаточное напряжение. Минимально допустимое сопротивление изоляции для электродвигателей переменного тока напряжением до 1000 В должно быть в холодном состоянии не менее 5 МОм.

Рис. 3. Схема (а) и внешний вид (б) мегаомметра
Мегаомметр предназначен для измерения больших сопротивлений. Его измерительное устройство представляет собой магнитоэлектрический логометр, который состоит из двух скрепленных вместе и сидящих на одной оси со стрелкой катушек. Катушки находятся в неравномерном магнитном поле между полюсами N и S подковообразного постоянного магнита (рис. 3, а). В логометре отсутствует пружина, которая в измерительных приборах других типов создает противодействующий момент. Для подвода тока в катушки служат три мягкие серебряные спирали, не создающие механического момента.
Когда нет тока в катушках, подвижная система прибора находится в состоянии безразличного равновесия, стрелка останавливается у любого деления шкалы. Катушки питаются от встроенного в мегаомметр генератора Г с ручным приводом.
Измеряемое сопротивление гх присоединяют к зажимам Л («Линия») и 3 («Земля»). В цепи катушек находятся постоянные резисторы г1 и г2. При вращении рукоятки 1 (рис. 3, б) генератора по катушкам проходят токи ], и /2, которые создают вращающие моменты M1 и М2, поворачивающие подвижную систему вокруг осн. Моменты направлены навстречу друг другу. Так как магнитное поле неравномерно, моменты при повороте изменяются, а при некотором угле уравновешиваются. Стрелка прибора останавливается на определенном делении шкалы.
Угол поворота подвижной системы логометра зависит от отношения токов /( и /2 и не зависит от их абсолютного значения. Поэтому напряжение, зависящее от частоты вращения рукоятки мегаоммегра, в определенных пределах не влияет на показания прибора.
При измерении сопротивления изоляции электрической машины относительно ее корпуса провод от одного из зажимов Л или 3 присоединяется к выводу от обмотки, а от другого зажима — к корпусу машины. При измерении сопротивления изоляции между обмотками провода от зажимов Л и 3 присоединяют к выводам обмоток, а к зажиму Э — корпус машины, чтобы избежать влияния на показания прибора тока утечки. Рукоятку 1 прибора вращают по часовой стрелке с частотой вращения, близкой к 120 об/мин.
Шкала прибора может быть градуирована в мегаомах и килоомах. Переключение пределов измерения производят поворотом круглой ручки 3 на крышке прибора.
До начала измерений проверяют исправность мегаомметра. Прибор устанавливают в горизонтальное положение, замыкают накоротко провода от его зажимов 4 и вращают ручку привода генератора с частотой вращения 120 об мин. Затем при разомкнутых проводах вращают генератор с той же частотой. При замыкании стрелка 2 должна остановиться на нуле шкалы, при размыкании — на отметке ∞  (бесконечность). Если при проверке несовпадение стрелки с указанными делениями шкалы превышает ± 1 мм, прибор отправляют на проверку.
Кроме мегаомметров с генератором выпускают также мегаомметры с питанием от сети переменного тока через выпрямители.
Мегаомметры выпускают на номинальное напряжение холостого хода от 100 до 2500 В. Сопротивление изоляции статорных обмоток машин переменного тока напряжением до 500 В измеряют мегаомметрами на 500 В; для роторных обмоток синхронных электродвигателей с фазным ротором при измерении сопротивления изоляции применяют мегаомметры на напряжение 500 В. Приборы на напряжение 2500 В применяют для измерения сопротивления изоляции генераторов переменного тока напряжением выше 500 В.
При работе с мегаомметром следует помнить, что обмотки, присоединяемые к его зажимам, находятся при вращении генератора под напряжением, которое может быть опасным для жизни.
Поэтому нельзя дотрагиваться до них и зажимов прибора. Машина при измерениях должна быть отключена от сети, корпус ее должен быть надежно заземлен.

Рис. 4. Схема установки для испытания изоляции повышенным напряжением:
1 — сеть переменного тока. 2 — рубильник, 3 — контактор, 4 — предохранители, 5 — индукционный регулятор напряжения, 6 — защитный резистор, 7 — повышающий  испытательный трансформатор, 8 — шаровой разрядник, 9 — добавочный резистор,  10  — измерительный трансформатор напряжения

Электрическую прочность изоляции проверяют синусоидальным напряжением частоты 50 Гц в течение 1 мин. Для новых или капитально отремонтированных машин мощностью от 1 до 1000 кВт на номинальное напряжение 100 В и выше испытательное напряжение берут равным двукратному номинальному плюс 1000 В, но не менее 1500 В. Испытательное напряжение для обмоток возбуждения синхронных машин назначается в зависимости от режима их работы. Обмотки фазных роторов асинхронных двигателей испытывают двукратным номинальным напряжением роторной обмотки плюс 1000 В; если двигатель допускает торможение противовключением, испытательное напряжение повышают до четырехкратного плюс 1000 В.

После текущего ремонта электрических машин напряжение для проверки электрической прочности изоляции берут равным 80 % напряжения, которым испытывают новые и капитально отремонтированные машины.

Установка для испытания изоляции обмоток повышенным напряжением монтируется в металлическом шкафу, имеющем надежное заземление, или устанавливается внутри ограждения. Одна из возможных схем установки показана на рис. 4. Для изменения напряжения в ней предусмотрен индукционный регулятор 5, который представляет собой асинхронную машину с фазным ротором и автотрансформаторной связью обмоток статора и ротора. Ротор заторможен и может поворачиваться с помощью червячной передачи, что позволяет производить плавную регулировку напряжения на зажимах регулятора.
В небольших установках вместо индукционного регулятора может быть использован потенциометр или лабораторный автотрансформатор ЛАТР. Защитный резистор 6 предохраняет регулятор от перегрузки при пробое проверяемой изоляции. Шаровой разрядник 8 ограничивает напряжение на испытываемой обмотке, предохраняя ее от повышения напряжения сверх заданного. Добавочный резистор 9 предохраняет трансформатор 7 от режима короткого замыкания при пробое разрядника.

В целях предохранения людей от попадания под опасное для жизни напряжение установка оборудуется концевыми выключателями, которые срабатывают при закрывании и открывании дверей. Один из них при закрывании двери зажигает красную лампу, которая предупреждает, что установка включена, второй выключает установку при открывании двери.
Обмотка после отсоединения от установки может находиться под остаточным напряжением, опасным для человека. Поэтому после испытаний ее разряжают на землю в течение 5 мин.
Испытание междувитковой изоляции обмоток производится повышением напряжения на 3096 сверх номинального значения в течение 3 мин на холостом ходу машины. При этих испытаниях пробой изоляции может сопровождаться особенно часто в крупных открытых машинах вспышкой с выбрасыванием капель расплавленного металла, от которых могут пострадать окружающие. Персонал при этих испытаниях следует удалять от места расположения машины.
В машинах постоянного тока при испытаниях повышенным напряжением возможно появление кругового огня на коллекторе, который опасен не только разбрызгиванием капель металла, но и ослепляющим действием. Поэтому, даже располагаясь на достаточно безопасном удалении, не следует смотреть на машину, особенно на ее коллектор.
Сопротивление обмоток при постоянном токе измеряют с помощью мостов (одинарных или двойных) или методом амперметра и вольтметра.
Схема одинарного (четырехплечевого) моста постоянного тока, который имеет три известных сопротивления г1, г2, г3 и одно неизвестное измеряемое сопротивление гх, образующие плечи моста, показана на рис. 5. Зажимы одной диагонали АС присоединены к аккумуляторной батарее Ак, а в другую измерительную диагональ BD включают гальванометр G с нулем посредине шкалы. Мост устроен таким образом, что одно из сопротивлений г1г г2 или г3 можно изменять.
Измеряемое сопротивление присоединяют к зажимам моста и с помощью переключателей подбирают сопротивление, близкое к расчетному сопротивлению обмотки. После этого нажимом кнопки включают гальванометр. Если стрелка отклонится вправо от среднего положения, надо увеличить сопротивление, при отклонении влево — уменьшить. Подбирают такое положение переключателей регулируемого резистора, при котором стрелка гальванометра при его включении остается на нуле. Это значит, что ток в диагонали BD отсутствует.
Искомое сопротивление определяется равенством гх=гхг%!гг. Из формулы видно, что измерение сопротивления сводится к регулировке одного (соседнего с измеряемым) плеча rlt называемого обычно плечом сравнения, при постоянном отношении двух других плеч. По цифрам на дисках переключателей или штырях изменяемого сопротивления гх отсчитывают искомое сопротивление.
Одинарные мосты для измерения сопротивлений менее 1 Ом не применяют, так как в этом случае они дают неточные результаты:
В целях предохранения людей от попадания под опасное для жизни напряжение установка оборудуется концевыми выключателями, к измеряемому сопротивлению прибавляется сопротивление проводов и, что еще хуже, сопротивление их контактов. Двойные (шестиплечевые) мосты лишены этих недостатков. Чтобы получить большую точность, их применяют с зеркальными гальванометрами высокой чувствительности.
Метод амперметра и вольтметра обеспечивает высокую точность измерений при условии применения приборов соответствующего класса. Он основан на использовании закона Ома для участка цепи, являющегося измеряемым сопротивлением гх, значение которого определяется по известному падению напряжения на нем Ux и току Ix: rx=Ux/Ix. Вольтметр (рис. 6) должен присоединяться непосредственно к зажимам измеряемого сопротивления. Если для присоединения применяют иглы, они должны быть хорошо заточенными. Следует использовать стальные иглы, так как латунные и медные быстро затупляются и не прокалывают пленку оксида на поверхности металла. Отсчет по приборам должен производиться двумя наблюдателями по команде одного из них.
Электрическое сопротивление проводников зависит от температуры. Расчетные сопротивления обычно в чертежах и обмоточных записках даются для температуры tp, равной 15 или 20 °С. Замеренное сопротивление (Ом) пересчитывают, чтобы сравнить его с расчетным. Для медного проводника может быть использована формула Rp=Rt250/(250+t—tp), где Rp — значение сопротивления, приведенного к расчетной температуре,
Ом; Rt — замеренное сопротивление, Ом; t — температура при замере, °С; tp — расчетная температура, °С. Для алюминиевого провода в формулу вместо цифры 250 следует подставить цифру 260.
При измерении сопротивления методом амперметра и вольтметра ток проходит по сопротивлению гх и через вольтметр. Когда сопротивление вольтметра превосходит измеряемое более чем в 100 раз, потреблением тока в вольтметре пренебрегают и подсчет гх (Ом) ведут по формуле rx=U/I. Если сопротивление вольтметра гв недостаточно велико по сравнению с изменяемым, используют формулу

Рис. 5. Схема для измерения сопротивлений методом амперметра и вольтметра

Рис. 6. Схема одинарного моста постоянного тока с плечом сравнения

где I — показание амперметра, А.
В трехфазных обмотках с шестью выводами или при соединении фаз звездой с выводом нулевой точки сопротивление каждой фазы можно определить непосредственным измерением. При соединении фаз внутри обмотки наглухо измеряют сопротивление между каждой парой выводов: r3i — между СЗ и С1, г12 — между С1 и С2, т23 — между С2 и СЗ. Если расхождения в измеренных значениях сопротивлении не превышают 1,5—2%, сопротивление фазы определяют по формулам: г=0,5 г„ — при соединении фаз в звезду. г=1,5г„ — при соединении фаз в треугольник, где г„ — среднеарифметическое значение трех измеренных сопротивлений.
Ток и потери холостого хода определяют у каждого вновь изготовленного или капитально отремонтированного асинхронного двигателя. За линейный ток холостого хода принимают среднеарифметическое значение результатов измерений в трех фазах. В случае отсутствия заводских данных по допустимым токам холостого хода для асинхронных двигателей старых серий, серии А и ориентировочно для серии А2 может быть использована табл. 1.
Таблица 1. Предельно допустимые значения тока холостого хода для трехфазных асинхронных двигателей

Примечание. Перед измерением тока электродвигатели должны быть обкатаны, т. е. проработать без нагрузки 0,5—1 ч при мощности до 100 кВт и не менее 2 ч при мощности выше 100 кВт.
Увеличение тока и потерь холостого хода сверх нормы может быть вызвано уменьшением числа витков в обмотке статора, смещением сердечников ротора и статора в осевом направлении. Увеличенный ток холостого хода при нормальных потерях холостого хода свидетельствует об увеличении воздушного зазора.
Коэффициент мощности определяют из опытных данных, полученных при работе двигателя под нагрузкой,

где UK — линейное напряжение, Pi — потребляемая мощность, I — линейный ток.
Температуру обмоток электрических машин измеряют ртутными и спиртовыми термометрами, термопарами и терморезисторами.

Средние температуры обмоток машин определяют методом сопротивления, используя свойство проводников увеличивать сопротивление при нагреве. Замеряя сопротивление обмотки в холодном гх и горячем г,, состояниях, определяют превышение температуры медной обмотки над температурой охлаждающей среды (С) по формуле
где tх — температура обмотки в холодном состоянии, fn — температура охлаждающей среды. Для алюминиевых обмоток вместо числа 235 в формулу подставляют 245.
Предельные допустимые превышения температуры частей  электрических машин при температуре газообразной охлаждающей среды 40 С и высоте над уровнем моря не более 1000 м не должны превышать значений, указанных в табл. 2. При температуре больше 40 С и высоте более 1000 м эти значения должны быть уменьшены в соответствии с ГОСТ 183—74. (Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования.)
Таблица 2. Предельные длительно допустимые превышения
температуры

Примечание. Δ1 — превышение температуры при измерении методом термометра, Δt'— методом сопротивления.
Класс нагревостойкости части электрической машины определяется примененным в ней материалом с наиболее низкой нагревостойкостью. Например, если для пазовой изоляции применен материал с нагревостойкостью по классу В на основе слюды, а для обмотки провод ПБД с хлопчатобумажной изоляцией, которая имеет класс нагревостойкости А, обмотка будет иметь класс нагревостойкости А.
Метод сопротивления позволяет определить только средние значения температуры обмоток. В отдельных точках температура может быть выше средней. Так. например, в открытых машинах с воздушным охлаждением, у которых хорошо охлаждаются лобовые части обмоток, пазовые части нагреваются больше, чем лобовые. Превышение температуры в отдельных наиболее нагретых точках должно быть не более: 65  С — для изоляции класса А, 90 С — для изоляции класса В, 110 и 135 °С — соответственно для изоляции классов F и Н.
Температуру обмоток и других частей электрической машины в отдельных точках, а также температуру охлаждающего воздуха измеряют термометрами расширения (ртутными и спиртовыми), термопарами и терморезисторами.
Термометр расширения более точно показывает температуру нагретого места, если его резервуар обернуть несколькими слоями тонкой фольги из алюминия или свинца. Образовавшийся комочек плотно прижимают к нагретому месту, а поверх накладывают теплоизолирующий слой ваты или войлока. Температуру охлаждающего воздуха измеряют, поместив термометр в закрытый и заполненный маслом металлический стаканчик, защищающий термометр от лучистой энергии, испускаемой окружающими источниками теплоты.
Термопара представляет собой две изолированные проволоки из разных металлов, сваренные друг с другом на одном конце. Место сварки образует шарообразную головку термопары; при нагревании или охлаждении головки в ней возникает ЭДС, которая зависит от температуры. Измеряя ЭДС чувствительным милливольтметром, можно судить о температуре места, в которое помещена головка (температуре горячего спая).
Для измерения температуры в электрических машинах обычно применяют константановую и медную проволоки диаметром 0.3— 1,0 мм. Термопару из тонкой проволоки можно поместить в самые труднодоступные места, например в паз машины.
В месте, где свободный конец константановой проволоки соединяется с медным зажимом измерительного прибора, также возникает ЭДС, которая направлена навстречу ЭДС головки,— ЭДС холодного спая. Милливольтметр измеряет разность ЭДС, поэтому для определения температуры головки следует к показаниям прибора, выраженным в градусах, прибавить температуру холодного спая, измеряемую термометром.
Терморезистор представляет собой тонкую медную проволоку, намотанную вокруг изоляционной полоски или цилиндра. Замеряя сопротивление проволоки, определяют температуру того места, где помещен терморезистор. Сопротивление терморезистора при температуре 0 °С обычно равно 53 Ом. Сопротивление терморезистора при других температурах составляет:

Температура подшипников не должна превышать предельно допустимых значений: 80 С — для подшипников скольжения (температура масла при этом должна быть не более 65 С); 100  С  — для подшипников качения. Более высокая температура допускается, если применены специальные подшипники качения или сорта масел при соответствующих материалах вкладышей для подшипников скольжения.