В обмотках двигателей переменного тока замыкание между витками является одним из самых серьезных дефектов, обычно приводящих к выходу двигателя из строя.
По наружному осмотру обычно невозможно распознать, имеются ли в катушках короткозамкнутые витки. Если число короткозамкнутых витков невелико, то это нельзя обнаружить измерением сопротивления при постоянном токе, так как такое замыкание мало отражается на значении сопротивления всей фазы, и его изменение может лежать в пределах допуска на отклонение сопротивления между фазами обмотки. Однако при включении двигателя под нагрузку короткозамкнутые витки будут вести себя как замкнутая накоротко вторичная обмотка трансформатора с малым сопротивлением. Вследствие относительно большого значения проходящего тока перегреваются медь (алюминий) и изоляция дефектных и прилегающих к ним витков.
Испытание витков изоляции предусматривается ГОСТ 183-74 для собранных двигателей и производится после испытания на повышенную частоту вращения (если это испытание должно производиться). Подведенное напряжение повышают на 30% сверх номинального и выдерживают в течение 3 мин: у двигателей с фазным ротором — при разомкнутой обмотке ротора, у короткозамкнутых двигателей — при холостом ходе. Если при напряжении 130% номинального ток холостого хода превышает номинальный, длительность испытания снижают до 1 мин.
У двигателей с разомкнутым и неподвижным фазным ротором при подведении к обмотке статора трехфазного напряжения, повышенного на 30% сверх номинального, испытывают одновременно междувитковую изоляцию обмоток статора и ротора.
Однако у некоторых двигателей с фазным ротором и малым числом полюсов при таком испытании потребляемый ток намного превосходит номинальное значение, что вызывает опасное повышение температуры обмотки статора, бандажей и т. д.; у таких машин допускается раздельное испытание междувитковой изоляции обмоток статора и ротора: сначала производят испытание для обмотки статора при замкнутом накоротко и вращающемся роторе повышением подведенного к обмотке статора напряжения до 130% номинального, а затем — для обмотки ротора (при разомкнутой обмотке ротора и вращении с номинальной частотой посторонним двигателем против направления вращения поля статора) подведением к обмотке статора напряжения, составляющего 65% номинального. При таком испытании наведенное в обмотке ротора напряжение будет составлять 130% номинального.
Для уменьшения тока холостого хода при испытании междувитковой изоляции обмоток допускается одновременно с повышением напряжения на 30% повышать и частоту питающего тока; если испытание проводят на вращающейся электрической машине, то повышение частоты не должно быть более 15%.
Рекомендуемое ГОСТ 183-74 испытание все же недостаточно гарантирует надежность двигателя, так как при его эксплуатации могут иметь место значительно более высокие перенапряжения. В связи с этим обмотки крупных двигателей высокого напряжения, которые не являются всыпными, а изготовляются заранее, проверяют на отсутствие замыканий в процессе и по окончании их изготовления (до укладки в пазы).
Для испытания междувитковой изоляции катушек до укладки их в пазы применяются установки, позволяющие возбуждать в них высокие напряжения индукционным методом при частоте 10—100 кГц. Принципиальная схема такой установки показана на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема установки для испытания катушек индукционным методом.
Установка питается от повышающего трансформатора Тр, к первичной обмотке которого подводится регулируемое напряжение (от потенциал-регулятора), и состоит из колебательного контура — конденсатора С, индуктивности L, искрового разрядника G, катушки Li, насаженной на сердечник 2 и испытываемой катушки Lx, выводы которой разомкнуты. Сигнальное устройство состоит из сердечника у, катушки п, амперметра А и репродуктора Р.
Принцип действия установки следующий: при подъеме напряжения потенциал-регулятором, когда напряжение на высокой стороне трансформатора и на заряжаемом конденсаторе С достигнет такого значения, при котором будет пробит искровой промежуток разрядника, конденсатор начнет разряжаться на катушку L\. При разряде конденсатор и катушка Lx образуют колебательный контур; во время действия электрической дуги в искровом промежутке разрядника в колебательном контуре будут происходить высокочастотные затухающие колебания тока, создающие в сердечнике z магнитный поток высокой частоты. Этот поток в свою очередь наведет в испытываемой катушке Lx затухающие напряжения высокой частоты.
Если в разомкнутой катушке Lx нет короткозамкнутых витков, то тока в ней не будет и в сердечнике у не будет возникать магнитный поток, а следовательно, и в катушке п не будет наводиться э. д. с. При наличии в катушке Lx короткозамкнутых витков или при замыкании витков в процессе испытания в контуре катушки п возникнет ток. Отсутствие или наличие тока в катушке п фиксируется показаниями амперметра А (при включении расположенного рядом рубильника) и по отсутствию или наличию звука в репродукторе Р.
Для проверки состояния междувитковой изоляции обмотки, уложенной в пазы, существует много приспособлений и аппаратов, начиная от самых примитивных— подковообразных электромагнитов и кончая современными электронными аппаратами типов ВЧФ, ЕЛ-1 и др. Аппараты типа ЕЛ-1 являются универсальными; помимо проверки уложенной обмотки на отсутствие витковых замыканий они дают возможность производить ряд других проверок и испытаний, указанных ниже.
Рис. 2. Обнаружение короткозамкнутых витков подковообразным электромагнитом.
Обнаружение короткозамкнутых витков подковообразным электромагнитом, обмотка которого питается переменным током частотой 500—1000 Гц, производится при его передвижении по окружности статора
(рис. 2). Если под электромагнитом, расположенным на зубцах, будет находиться короткозамкнутый виток, то в этом витке наведется э. д. с. и по нему пойдет ток, который можно обнаружить по звуку в телефоне или по дребезжанию пластины из тонкой жести, прикладываемой к зубцам статора, охваченным неисправной катушкой. При достаточном навыке пользование подковообразным электромагнитом позволяет безошибочно обнаружить дефекты в обмотке.
Рис. 3. Форма кривых при обмотке, не имеющей дефектов.
Аппараты типа ЕЛ-1 нашли широкое применение при эксплуатации и ремонте электродвигателей. Принцип действия аппарата, имеющего сложную, но вместе с тем и надежную схему, следующий.
К аппарату подсоединяются две обмотки, в которые поочередно посылаются импульсы напряжения высокой частоты. Если обмотки совершенно идентичны, т. е. одинаковы их полные сопротивления, то одинаковыми будут и импульсы тока. Это находит свое отображение на экране электронно-лучевой трубки: соответствующие кривые, относящиеся к двум сравниваемым обмоткам, будут сливаться. Если же в одной из обмоток будет какой-либо дефект, например витковые замыкания, неправильное число витков и др., то импульсы токов, проходящих через эти обмотки, будут различны. На экране трубки будут уже не одна, а две кривые. В качестве примера приводится форма кривых для обмотки без дефектов (рис. 3) и для обмотки, имеющей витковые замыкания (рис. 4). Каждому дефекту соответствует своя форма кривой, которая позволяет при достаточном опыте определить характер неисправности в обмотке.
Рис. 4. Форма кривых при обмотке, имеющей витковые замыкания.
Применение аппаратов типа ЕЛ-1 позволило значительно увеличить пропускную способность испытательных станций и участков. Аппарат позволяет обнаружить в уложенной в пазы обмотке фазы имеющиеся витковые замыкания и витковые металлические замыкания в изготовленных катушках до их укладки в пазы двигателя, позволяет найти пазы, в которых уложены катушки с короткозамкнутыми витками, проверить правильность соединения схемы обмотки и сопряжения фаз. С помощью аппарата ЕЛ-1 можно обнаружить обрыв в фазах и замыкание их на корпус, проверить, одинаковое ли количество витков и одинаковое ли сечение провода в фазах, испытать на электрическую прочность междувитковую изоляцию обмоток двигателей низкого напряжения.
Надежные методы обнаружения дефектов изоляции и испытания электрической прочности междувитковой изоляции обмоток двигателей, находящихся в эксплуатации, а также при ремонтах двигателей, связанных с изготовлением и укладкой новой обмотки, стали возможными в результате создания аппаратуры, разработанной ВЭИ.
Наиболее распространенным, применяемым многими ремонтными службами промышленных предприятий и электростанций, а также специализированными электроремонтными предприятиями является аппарат типа С-5П-ВЭИ. Этот аппарат, состоящий из девяти блоков, может быть использован и как стационарный и как переносный.
В эксплуатируемых электродвигателях, когда нет доступа к отдельным катушкам, аппаратом С-5П-ВЭИ можно испытывать изоляцию между витками напряжением до 0,5 кВ на виток. В условиях ремонта в зависимости от числа витков в катушке испытательные напряжения могут быть доведены до 0,5—1,0 кВ на виток при обмотке, уложенной в пазы, и до 1,5 кВ на виток — до их укладки в пазы.
Принципиальная схема аппарата приведена на рис. 5. Для испытания междувитковой изоляции отдельных катушек до их укладки в пазы их закладывают в замкнутые электромагниты ЭМ1 и ЭМ2. Через зажимы аппарата / и 2 к обмотке ЭМ1 подводят высокое импульсное напряжение, а к обмотке ЭМ2 подключают сигнальное устройство.
Рис. 5. Схема испытательной установки С-5П-ВЭИ.
Импульсный ток, проходящий по обмотке ЭМ1, создает в его магнитопроводе магнитный поток, который наводит напряжение в витках испытуемой катушки. Если в катушке нет короткозамкнутых витков, то ток в ней проходить не будет (концы катушки разомкнуты) и вокруг катушки не будет магнитного поля. Естественно также, что в магнитопроводе ЭМ2 не будет магнитного потока, в его обмотке не наведется э. д. с. и не будет проходить ток. Таким образом, показания миллиамперметра сигнального устройства будут близки к нулю. Небольшое отклонение стрелки прибора на одно-два деления происходит из-за полей рассеяния и полей, вызванных емкостным током катушки.
Если в катушке имеются короткозамкнутые витки или замыкание витков произошло при испытании, то по этим виткам потечет ток, который создаст вокруг катушки магнитное поле и магнитные потоки в сердечниках ЭМ1 и ЭМ2\ поток, проходящий по ЭМ2, наводит в его обмотке э. д. е., и по ней потечет ток, что и будет фиксироваться миллиамперметром сигнального устройства.
Регулирование испытательного напряжения производят автотрансформатором АТр. При ремонте испытание междувитковой изоляции катушек, уложенных в пазы, производят импульсным напряжением через повышающий трансформатор Тр. Напряжение подводят специальными щупами.
При испытании П-образный электромагнит М2 устанавливают на зубцах статора на одной из сторон испытуемой катушки. К концам обмотки М2 подключают сигнальное устройство. При испытании катушек, не имеющих короткозамкнутых витков, по ним будет проходить импульсный ток, создающий вокруг катушки магнитное поле. Часть магнитного потока, проходя по магнитопроводу М2, наведет в его обмотке э. д. е., по обмотке пойдет ток, что и будет фиксироваться миллиамперметром сигнального устройства. Если же в катушке имеются короткозамкнутые витки, то проходящий по этим виткам ток короткого замыкания создает вокруг катушки размагничивающий магнитный поток (подобно вторичной обмотке трансформатора). Поэтому результирующий поток, проходящий через магнитопровод М2, и ток, регистрируемый миллиамперметром сигнального устройства, будут значительно меньше, чем при испытании катушек, не имеющих витковых замыканий.
Испытание междувитковой изоляции обмотки двигателей, находящихся в эксплуатации, производят двумя П-образными электромагнитами Ml и М2, расположенными на зубцах статора над одной из сторон испытуемой катушки. Через зажимы аппарата 1 и 2 к обмотке Ml подводят высокое импульсное напряжение, а к обмотке М2 подключают сигнальное устройство. Ток, проходящий через обмотку Ml, создает магнитный поток, проходящий через магнитопровод и активную сталь статора. Этот поток наводит в витках испытуемой катушки импульсное напряжение. Напряжение регулируют автотрансформатором А Тр.
При отсутствии замыканий между витками по ним не будет проходить ток и не будет магнитного поля вокруг катушек. Поэтому в магнитопроводе М2 не будет магнитного потока, в его обмотке не будет наводиться э. д. е., что зафиксирует миллиамперметр сигнального устройства. В том случае, если в катушке имеются короткозамкнутые витки, то проходящий по этим виткам ток создает вокруг катушек магнитное поле. Часть магнитного потока, проходя по магнитопроводу М2, наведет в его обмотке э. д. е., и по ней пойдет ток, что и будет фиксироваться миллиамперметром сигнального устройства.
После укладки в пазы испытательные напряжения снижают на 20—25%.
