Глава третья
МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. Наладочные работы, выполняемые при неподвижном состоянии машины
Наладка машин переменного тока проводится по программе, приведенной в § 1-1. Работы общего характера, как, например, проверка изоляции, измерение сопротивлений и ряд других, мало отличаются от подобных работ по машинам постоянного тока, освещены в литературе [Л. 3, 7, 9, 18] и не требуют специальных пояснений. В данной главе описаны проверка схем соединений, контрольные измерения при неподвижной машине и снятие основных характеристик, даны также некоторые предложения по контролю изоляции с учетом температуры обмоток и рекомендации по внешнему осмотру машин.
Данные измерений сопротивления изоляции с помощью мегомметра, как показано в § 1-6, являются основным показателем для определения возможности включения машины. Поскольку нет четких указаний относительно того, при каких температурах следует измерять и оценивать изоляцию, ниже сделана попытка дать соответствующие рекомендации. Приведенные величины, основаны на обобщении опыта наладки и эксплуатации.
Асинхронные двигатели с номинальным напряжением до 500 в могут быть включены (кратковременно) при следующих минимальных показаниях мегомметра:
Здесь τ—минимальная температура, при которой должно оцениваться сопротивленце изоляции.
При низких показателях сопротивление изоляции обмоток должно контролироваться после каждого кратковременного включения двигателя. В случае дальнейшего снижения сопротивления изоляции (не связанного с нагревом) повторные включения необходимо прекратить и осуществить сушку машины.
Минимальный норматив 10 ком указан для машин мощностью 0,3—2 кВт. Этот норматив, взятый из практики, является очень низким, и включать двигатели при таком сопротивлении изоляции допустимо только в тех случаях, когда из-за них задерживается пуск ответственных агрегатов. Включение рекомендуется производить на 5—20 сек, а затем на 2—5 мин с последующей проверкой изоляции. Подобные включения (если это допускает механизм) желательно повторить несколько раз. Изоляция должна улучшиться вследствие вентиляции и частичного прогрева током.
Машины очень малых мощностей (меньше или равных 0,3 кВт) имеют обычно относительно слабую изоляцию, чувствительную к токам утечки; кроме того, такие машины легко высушиваются с помощью рефлекторов (мощностью 60 вт) или вентиляторов (до 50 вт). По указанной причине для микромашин нижний норматив составляет 100 ком.
Для машин мощностью 40—200 кВт даны три контрольные температуры 20, 40, 60° С. Наиболее показательными являются измерения при повышенных температурах 60° С и более. Поэтому машины ответственных и малодоступных механизмов (например, крановых приводов) желательно специально нагревать воздуходувками до 60° С и испытывать при таких температурах. Вместе с тем опыт показывает, что двигатели напряжением 380 в мощностью до 200 кВт могут испытываться и при меньших температурах 40 и 20° С, для которых даны соответствующие нормативы сопротивления изоляции.
Аппаратура и приспособления для испытаний и снятия характеристик.
В § 1-4 приведен список специальной аппаратуры, рекомендуемой для наладочных работ.
Большинство измерений по машинам переменного тока может быть выполнено с погрешностью от ±1,5 до ±2,5%, причем измеряемые величины весьма различны, например от милливольт до сотен вольт. Поэтому рекомендуется пользоваться многопредельными детекторными приборами малого потребления. Большие токи измеряются с помощью обычных трансформаторов тока; допустимо применение малоомных добавок, на которых падает 0,5—3 в или стандартных шунтов на 45, 75, 150 мв. Особое место занимают измерения напряжений и токов при пониженных частотах скольжения. Для этих целей могут быть использованы регистрирующие приборы или катодные и шлейфовые осциллографы (вопросы измерений подробнее рассмотрены в § 5-4).
Техническая документация.
У асинхронных двигателей характеристики снимаются только в редких случаях, когда двигатели используются для привода генераторов постоянного тока. Поэтому в отчетной документации по наладочным работам дополнительно к материалам, указанным в § 1-4, рекомендуется приводить типовые характеристики машин. Характеристики заимствуются из каталогов или из справочников (например, [Л. 15]). На осях координат типовых характеристик следует отметить величины токов и мощности, измеренные во время наладки. Тогда, сопоставляя каталожные характеристики и данные измерений, можно оценить величину статического момента нагрузки, запас пускового момента, вероятные величины ускорений и иные показатели, весьма существенные для анализа работы электропривода.
Внешний осмотр.
При осмотре машин переменного тока, наряду с указанным в гл. 1, следует проверить чистоту камер и отсеков корпуса статора. В машинах высокого напряжения с особой тщательностью должны быть осмотрены лобовые соединения обмотки статора, распорки и веревочные бандажи на них; необходимо проверить, не касаются ли обмотки каких-либо металлических деталей крышек, станины, термометров и пр.
У машины с фазным ротором проверяются состояние колец, щеток и действие механизма, замыкающего кольца накоротко. Усилие при подъеме щеток должно быть небольшим, крайние положения должны четко фиксироваться; контакты и замыкающие кольца должны быть смазаны тонким слоем вазелина. Необходимо убедиться в том, что при наибольшем разбеге вала (в момент пуска) между изоляционными перегородками, разделяющими, кольца, и щетками остается достаточное расстояние.
При осмотре машин, прошедших капитальный ремонт, следует проверить состояние шихтовки ротора и статора, стяжку пакетов, крепление вентилятора и других деталей. Желательно проверить равномерность воздушного зазора. В открытых синхронных машинах следует проверить воздушный зазор под каждым полюсом. В асинхронных машинах воздушный зазор очень мал, и при значительном срабатывании подшипников скольжения или посадочных мест щитов создается опасность задевания ротора за статор. Величины зазоров в диаметрально противоположных точках не должны отличаться друг от друга более чем на 10% среднего значения зазора.
У закрытых машин величины воздушных зазоров могут быть измерены только при наличии специальных отверстий в их щитах. К сожалению, у большинства закрытых машин подобные отверстия не предусматриваются. Во время планово-предупредительных ремонтов для оценки смещения роторов в щитах отдельных, выборочно взятых машин рекомендуется засверливать по четыре отверстия. Отверстия располагаются равномерно против рабочих зазоров, по величине рассчитываются на свободный проход щупа и в обычном состоянии должны быть закрыты пробками или накладками.
В настоящее время на специализированных предприятиях по ремонту электрических машин и в электроцехах крупных заводов освоена технология капитальных ремонтов я синхронных двигателей. У машин заменяется обмотка, обеспечивается плотность шихтованных пакетов; на шейки валов наваривается новый металл, а затем производится проточка или шлифовка роторов в сборе. Гальваническим путем или иными современными методами восстанавливаются посадочные поверхности в щитах машин, заменяются подшипники (иногда устанавливаются подшипники более высокого класса). По износоустойчивости отремонтированные двигатели часто не уступают новым машинам. Однако стоимость капитальных ремонтных работ имеет такой же порядок, как и стоимость новых двигателей, которые могут быть более современны и иметь лучшие характеристики. В этой связи наладчики должны проводить систематическую работу по оценке морального старения конструкций машин и схем электроприводов, согласовывая свои рекомендации с электроремонтной службой завода.
Проверка схемы соединения обмоток.
Статоры большинства двигателей переменного тока имеют шесть выводов, соответствующих началам и концам фазных обмоток. Предписанные стандартом обозначения выводов приводятся в табл. 3-1.
Таблица 3-1
Рис. 3-1. Выводы обмоток машин переменного тока.
Обычно выводы всех фаз статорной обмотки присоединяются к зажимам, как указано на рис. 3-1,а. Приведенная конструкция дает возможность получить соединение в звезду при горизонтальном расположении перемычек (рис. 3-1,б) и соединение в треугольник при их вертикальном расположении (рис. 3-1,в).
В некоторых машинах обмотки статора соединены в звезду наглухо и на доску зажимов выведено только четыре вывода: фазы С1, С2, С3 и нулевая точка 0. Выводы фазного ротора обозначаются буквами Р1, Р2, Р3.
У асинхронных двигателей с переключаемым числом полюсом выводы секционированных обмоток обозначаются дополнительными цифрами впереди прописных букв; цифра указывает число полюсов машины при данном соединении. Примерные обозначения указаны в табл. 3-2.
В случае отсутствия маркировки концов обмоток взаимная их согласованность проверяется индуктивным методом на постоянном или переменном токе. У крупных машин согласованность обмоток рекомендуется проверять даже при наличии заводской маркировки. Предварительно определяется полярность концов и находятся парные выводы каждой фазы.
Метод проверки напряжением постоянного тока.
- Маркировку выводов проще всего проверить или определить с помощью аккумулятора (или сухого элемента) и вольтметра. Батарея включается импульсом на одну из фаз, как указано на рис. 3-2,а, к другим фазам поочередно подсоединяется вольтметр.
Таблица 3-2
Путем присоединения выводов подбирается такое включение вольт-метра, при котором в момент подачи напряжения от батареи стрелка прибора дает отклонение вправо.
Рис. 3-2. Проверка маркировки выводов статора с помощью источника постоянного тока.
а —при раздельном включении обмоток; б —то же, но при парном включении.
В этом положении против «плюса» батареи и «минуса» вольт-метра находятся начала фазных обмоток. Для контроля следует перенести батарею на другую фазу и повторить опыт.
Рис. 3-3. Проверка маркировки выводов статора с помощью источника переменного тока.
- Дополнительная проверка маркировки выводов в спорных или ответственных случаях может быть произведена также с помощью батареи и вольтметра, но при попарном включении фаз (рис. 3-2,б). Две фазы соединяются последовательно (попарно) между собой и импульсами включаются на батарею. К третьей фазе подсоединяется вольтметр. Если первые две фазы соединены одноименными зажимами (как указано на рис. 3-2,б сплошными линиями), вольтметр не будет реагировать на включение батареи. При соединении фаз разноименными зажимами (пунктирные линии) в моменты включения и отключения батареи стрелка вольтметра будет давать отклонения.
Метод проверки напряжением переменного тока.
Две произвольные фазы статора соединяются последовательно и включаются на пониженное напряжение сети переменного тока (рис. 3-3). При отсутствии пониженного напряжения можно последовательно с обмотками включить реостат или лампу. На третью свободную фазу подключается вольтметр переменного тока или лампа. Если первые две фазы соединены одноименными выводами (как указано на рис. 3-3 сплошными линиями), то вольтметр (или лампа) покажет отсутствие напряжения на третьей
фазе. При соединении двух фаз разноименными зажимами (пунктирные линии) вольтметр или лампа покажет наличие напряжения. Аналогично определению взаимного соответствия выводов первых двух фаз маркируются выводы третьей фазы.
Определение числа полюсов обмотки статора.
В отдельных случаях, например при отсутствии заводской таблички, требуется определить, какой синхронной скорости соответствует схема обмотки статора. Задача эта решается с помощью гальванометра постоянного тока, подключаемого на выводы статора (гальванометр может подсоединяться на выводы одной или двух фаз). Если проворачивать ротор машины от руки, то под действием его остаточного магнетизма в обмотке статора возникнет э. д. с., вызывающая периодическое отклонение стрелки гальванометра. Число отклонений стрелки в каждую сторону будет равно числу полюсов ротора одной полярности, прошедших мимо данной фазы статора.
Во избежание ошибки рекомендуется выполнить 10 оборотов вала (N=10) и посчитать соответствующее число отклонений стрелки прибора в одну сторону. Если, например, число отклонений К окажется равно 30 (или 31), то машина имеет три пары полюсов
при этом синхронная скорость вращения
Определение направления вращения.
Для получения правильного направления вращения двигателя необходимо согласовать фазировку питающего кабеля с маркировкой выводов статора. При правильном чередовании фаз и их раскраске фазу I (желтую) сети следует подключить к выводу статора С1, фазу II (зеленую) — к С2 и фазу III (красную) — к С3. Раскраска фаз может быть неправильной, поэтому чередование фаз необходимо проверить с помощью фазоуказателя (например, типа ФУ-2), а при его отсутствии — путем пробного включения небольшого асинхронного двигателя, имеющего проверенную маркировку выводов статора. При проверке фазировки сети высокого напряжения фазоуказатель включается через трехфазный трансформатор напряжения.
В случае отсутствия стандартной маркировки выводов статора или сомнения в ее правильности требуемое направление вращения может быть найдено одним из следующих способов.
Двигатели с напряжением статора 6—10 кВ подключаются к сети 380 в. Ток статора, составляющий в этих случаях 1:15 или 1 :25 от обычного значения пускового тока (при прямом включении на номинальное напряжение), как правило, недостаточен для трогания ротора с места. Ротору надо «помочь» тронуться с места (например, с помощью троса, навиваемого на шкив). При этом необходимо соблюдать большую осторожность, так как после трогания с места в правильном направлении ротор может начать вращаться. Облегчение хода и резкое торможение показывают, совпадают или разнятся направления вращения поля статора и ротора. Определив с помощью фазоуказателя чередование фаз подведенного напряжения 380 в, в последующем (с помощью трансформаторов напряжения) можно подобрать такое же чередование фаз питающей сети высокого напряжения.
Рис. 3-4. Схема включения фазоуказателя через понижающие трансформаторы.
Для двигателей высокого напряжения (асинхронных с фазным ротором и синхронных) опыт проводится путем подачи постоянного тока в обмотку ротора и поворота ротора в требуемом направлении. При испытании ток ротора может составлять 5—10% номинального; к статору подключается указатель чередования фаз. Во время толчка ротора фазоуказатель получает напряжение, достаточное для трогания его диска с места. Отметив выводы статора по маркировке фазоуказателя, следует этим же прибором, но через трансформаторы напряжения •проверить чередование фаз питающего кабеля, после чего подключить кабель к соответствующим по маркировке выводам статора.
Данный метод может быть применен и к двигателям низкого напряжения, но в этом случае фазоуказатель с целью увеличения напряжения на зажимах следует подключить к выводам статора через два небольших трансформатора 220/12 в согласно схеме, данной на рис. 3-4.
