Стендовые испытания машин

Заключительным этапом ремонта электрических машин явля­ются стендовые испытания, в процессе которых проверяют каче­ство ремонта и соответствие параметров машины паспортным данным. Испытание на стенде, как правило, производят в комп­лекте со штатной аппаратурой управления по программам конт­рольных испытаний заводов-изготовителей. К испытанию на стенде допускаются отремонтированные в соответствии с требованиями технологических инструкций электрические машины и аппараты, предварительно проверенные и настроенные на стендах поопера­ционной приемки.

В контрольные проверки и испытания на стенде входят следую­щие работы:

внешний осмотр;

измерение сопротивления обмоток постоянному току в холод­ном состоянии, а также относительно корпуса машины и между собой в холодном состоянии;

проверка правильности установки щеток на нейтраль;

испытание на нагревание и проверка номинальных данных;

определение класса коммутации;

измерение температуры нагрева отдельных частей машины и соответствие ее допустимым нормам;

измерение сопротивления изоляции обмоток в горячем состоя­нии;

испытание электрической прочности витковой изоляции обмо­ток; механической прочности деталей и обмоток; на перегрузку; электрической прочности изоляции обмоток относительно корпуса и между собой;

проверка работы подшипников при нагрузке.

При внешнем осмотре проверяют комплектность электрической машины, отсутствие внутри нее случайно попавших посторонних предметов и легкость вращения якоря (ротора) от руки.

Измерение сопротивления обмоток, сопротивления их изоляции и проверку правильности установки траверзы на нейтраль произ­водят способами. Сопротивление изоляции об­моток относительно корпуса и между собой в холодном состоянии должно быть не менее 5 Мом.

Испытание машин на нагревание производят при номинальных значениях напряжения, тока нагрузки и скорости вращения до практически установившейся температуры отдельных частей ма­шины, но не менее двух часов. Температура считается практически установившейся, если ее изменение в течение 1 ч не превышает ГС при неизменных значениях температуры охлаждающего воз­духа и параметров нагрузки.

Машины, предназначенные для кратковременного режима ра­боты, испытывают в течение того промежутка времени, который указан на заводском щитке (паспорте) машины.

Машины, предназначенные для повторно-кратковременного ре­жима работы, испытывают при указанной в его паспорте продол­жительности включения (ПВ) до тех пор, пока температура ма­шины не будет достигать в конце периодов работы и в конце пауз практически одинаковых значений. Если на паспорте не указана продолжительность рабочего цикла машины, то ее принимают рав­ной 10 мин. Стандартные значения продолжительности включения составляют 15; 25 и 40%. При ПВ = 15% машина 1,5 мин работа­ет в номинальном режиме, а 8,5 мин стоит (пауза).

При испытании электрических машин с продолжительным и повторно-кратковременным режимами работы через каждые 0,5 ч записывают данные о режиме работы, степени искрения и температуре охлаждающего (окружающего) воздуха. Реверсивные электрические машины испытывают при левом и правом вращении в течение равного времени.

В случае несоответствия параметров номинальным данным, указанным в паспорте, машину настраивают и регулируют.

Класс коммутации машины проверяют в процессе испытаний на нагревание и записывают в протоколе.

В соответствии с Правилами Регистра замер температуры и сопротивления изоляции в горячем состоянии начинают сразу после окончания испытания на нагревание и заканчивают не поз­же чем через 5 мин с момента остановки машины.

Сопротивление изоляции обмоток по отношению к корпусу и между собой в горячем состоянии должно быть не менее 2 Мом.

После испытания на нагревание испытывают электрическую прочность изоляции. Это делают при неподвижном состоянии ма­шины, кроме испытания изоляции обмоток роторов турбогенера­торов, которые при этом вращаются с номинальной скоростью.

Изоляция обмоток относительно корпуса машины и между со­бой должна выдерживать в течение 1 мин напряжение перемен­ного тока частотой 50 гц, указанное в табл. 14. Испытания начи­нают с напряжения, не превышающего одной трети испытательно­го. Подъем напряжения должен осуществляться плавно или сту­пенями, не превышающими 5% полного значения. Время подъема напряжения от половины испытательного до полного значения должно быть не менее 10 сек.

Полным испытательным напряжениям подвергают машины, у которых была заменена вся изоляция обмоток. Частично перемо­танные и отремонтированные обмотки испытывают напряжением, составляющим 130% номинального, но не менее 50% испытатель­ного. Изоляция считается выдержавшей испытание, если не про­изошло ее пробоя.

Электрическую прочность изоляции на судне можно испыты­вать с помощью переносного прибора типа ВИП-3.

Электрическую прочность междувитковой изоляции испыты­вают на холостом ходу машины путем повышения подводимого или генерируемого напряжения на 30% сверх номинального.

Для синхронных машин, у которых при номинальном токе воз­буждения напряжение холостого хода превышает номинальное напряжение машины более чем на 30%, испытание производят при напряжении холостого хода, соответствующем номинальному току возбуждения.

У машин постоянного тока с числом полюсов более четырех повышение напряжения при испытании должно быть не более того значения, при котором напряжение между смежными коллектор­ными пластинами получится равным 24 в.

Прочность витковой изоляции обмоток статоров асинхронных двигателей с фазовыми роторами испытывают при неподвижном и разомкнутом роторе, а с короткозамкнутыми роторами — при хо­лостом ходе путем подачи на статор повышенного на 30% напря­жения. Витковую изоляцию испытывают в течение 5 мин.

У возбудителей, рассчитанных на форсировку возбуждения, витковую изоляцию обмоток испытывают при номинальном на­пряжении форсировки в течение 1 мин.

Механическую прочность деталей и обмоток машины испыты­вают при повышенной на 20% против номинальной скорости вра­щения в течение 2 мин. Электродвигатели с регулированием скорости вращения и двигатели с последовательной обмоткой возбуждения испытывают при скорости, превышающей на 20% наибольшую скорость вращения, указанную на заводском щитке, но не менее 50% сверх номинальной для двигателей с последовательным возбуждением.

Испытание на перегрузку производят в нагретом состоянии машины после замеров температуры и сопротивления изоляции обмоток. Величины перегрузки в процентах к номинальному току и продолжительность испытаний для различных типов машин с длительным и повторно-кратковременным режимами работы приведены в таблице.

Неисправности, вызывающие искрение щеток

У машин постоянного тока искрение чаще всего появляется по следующим причинам:

1. сдвинута траверса относительно заводской метки, в результате чего щетки располагаются не по нейтрали;

2. щетки неправильно расставлены по окружности коллектора; нарушен шаг по коллектору;

3. неправильно отрегулировано нажатие щеток на коллектор: слишком слабо, слишком сильно или неравномерно;

4. марка щеток не соответствует рекомендуемой либо щетки ус­тановлены разных марок и партий или разных заводов-изготови­телей;

5. щетки плохо притерты, находятся в плохом состоянии или неправильно установлены в щеткодержатели;

6. неправильно установлены щеткодержатели относительно по­верхности коллектора; велико расстояние между обоймой щетко­держателя и коллектором; установка реактивных щеткодержате­лей,не соответствует вращению машины;

7. повышена вибрация отдельных бракетов или щеткодержателей из-за неровной поверхности коллектора или его деформации;

8. неравномерно сопротивление переходных цепей щеточного ап­парата и токособирательных колец;

9. междувитковое или короткое замыкание витков на корпус в одной или нескольких секциях обмотки якоря, обрыв в обмотке; замыкание между коллекторными пластинами или петушками коллектора;

10. частичное или полное замыкание витков в обмотках главных или дополнительных полюсов;

11. недопустимо большой износ коллектора.

Перечисленные неисправности могут появиться в процессе ра­боты машины. Если машина начала искрить после планово-преду­предительного ремонта, то в дополнение к перечисленным неис­правностям искрение может появиться по следующим причинам:

1. неправильно произведено согласование обмоток главных и до­полнительных полюсов; нарушено чередование полярности полю­сов;

2. нарушена симметрия зазоров между якорем и сердечниками полюсов;

3. неверно закреплены обмотки на сердечниках полюсов, в ре­зультате чего неравномерны зазоры между катушками обмоток полюсов или стальными шайбами, крепящими катушки на сердеч­никах полюсов со стороны якоря.

Искрение щеток у машин переменного тока возникает при неисправностях щеточного аппарата (см. выше), поэтому отдель­но на них мы останавливаться не будем. Уход за щеточным аппаратом.

Уход за щеточным аппаратом начинают с проверки правильности расстановки щеток по окружности коллектора (шага по коллектору) следующим образом. Под щетки подкладывают полосу бумаги шириной, равной, длине образующей коллектора, и длиной, достаточной для того, чтобы обернуть коллектор. Плотно обтянув коллектор бумагой, остро заточенным карандашом, отмечают на ней расположение щеток по сбегающему краю. При правильной расстановке щеток расстояния между их краями (шаг по коллектору) должны быть одинаковы и соответствовать длине окружности коллектора, разделенной на количество щеточных пальцев (бракетов), а расположение на пальце должно быть параллельно образующей коллектора (оси якоря).

В случае нарушения ша­га по коллектору произво­дят его регулировку, а од­новременно и расстановку щеток на поверхности кол­лектора и регулировку зазо­ров между щеткодержате­лями и коллектором.

При расстановке щеток на коллекторе (рис. 1) необ­ходимо учитывать, что кол­лектор под положительными щетками изнашивается больше, поэтому щетки надо расставлять так, чтобы поверхность коллектора полностью перекрывалась щет­ками одной полярности, а на каждой дорожке находилось одина­ковое количество отрицательных и положительных щеток.

Р ис. 1. Расстановка щеток на коллекторе.

а – неправильно; б - правильно

Щеткодержатели должны быть установлены над коллектором (контактными кольцами) так, чтобы между краем их обоймы и поверхностью коллектора был зазор l порядка 2—4 мм, в зависимости от размеров машины и высоты щеткодержателя. Больший, зазор приводит к колебанию щеток, а при меньшем возможно замыкание щеткодержателя на коллектор из-за скопления в зазоре токопроводящей пыли.

В большинстве случаев щеткодержатели устанавливают продольной осью строго по направлению радиуса коллектора ; (рис. 2а). Иногда для нереверсивных машин применяют реактивные щеткодержатели (рис. 2б). В этом случае щеткодержатель должен быть установлен так, чтобы угол наклона щетки β состав­лял 30—40°, а ее острый край был направлен против направления вращения. Наклонные щеткодержатели (рис. 2в) устанавлива­ют под углом примерно 15° к радиусу коллектора.

При расстановке щеток и регулировке зазоров обращают вни­мание на состояние контактных поверхностей отдельных элемен­тов щеточного аппарата, особенно на надежность контакта между токоведущими деталями. Окисление или загрязнение рабочих по­верхностей, ослабление креплений токоведущих частей между со­бой приводят к неравномерному распределению нагрузки между щетками, вызывая их искрение, а также к местному перегреву, что в дальнейшем может привести к выходу из строя электриче­ской машины.

Для устранения неравномерности сопротивления переходных контактов в щеточном аппарате необходимо очистить поверхности соединения до металлического блеска и облудить их припоем; щетки с ослабленной прессовкой канатиков заменить. Места ослабления крепления канатиков в щетках можно обнаружить по наличию цветов побежалости (окислов различного цвета) в ме­стах плохого контакта, образующихся за счет сильного нагрева, или проверить путем подвешивания на канатик груза определен­ной величины, зависящей от сечения канатика. Величина груза указывается в справочной литературе.

На машину следует устанавливать щетки, рекомендованные заводом-изготовителем электрической машины.

Не следует устанавливать на одну и ту же машину щетки различных марок, различных партий и различных заводов-изгото­вителей, так как их характеристики несколько отличаются друг от друга, что может отразиться на коммутации. При отсутствии одинаковых щеток в достаточном количестве временно можно использовать щетки различных марок, но на одном щеточном пальце или бракете необходимо устанавливать щетки одной мар­ки и партии.

При замене щеток необходимо обращать внимание на зазор между щеткой и обоймой щеткодержателя. Этот зазор в направ­лении вращения машины должен быть не менее 0,1 мм, но не бо­лее 0,3 мм, так как при меньшем зазоре может произойти закли­нивание щетки, а при большем щетка будет колебаться внутри обоймы, что может служить причиной искрения.

Заменив щетки, производят регулировку их нажатия на кол­лектор (контактные кольца), проверяя ее динамометром. Для этого между щеткой и коллектором прокладывают лист бумаги. Динамометр зацепляют либо за рычажок щеткодержателя, прижи­мающего щетку к коллектору, либо за канатики щетки и, плавно натягивая динамометр вдоль оси щетки, стараются вытянуть бу­магу из-под щетки. Во избежание ложных измерений при большой кривизне коллектора бумагу следует тянуть, прижимая ,ее с обеих сторон щетки к поверхности коллектора. Показание дина­мометра, при котором бумага легко вытягивается, соответствует силе нажатия на щетку. Величина нормального удельного давления на щетку зависит от ее марки и указывается в справочниках или инструкциях по обслуживанию электрических машин.

Необходимо помнить, что сильное нажатие на щетки ведет к чрезмерному нагреву коллектора (колец) и быстрому износу как коллектора, так и щеток; слабое нажатие вызывает опасное иск­рение. Величину нажатия на щетки регулируют натяжением или

ослаблением пружины регу­лировочного устройства щет­кодержателя. Если конст­рукцией щеткодержателя не предусмотрено такое уст­ройство, то величину нажатия щеток на коллектор ус­танавливают подбором пру­жин, заменяя ослабевшие пружины новыми.

Регулировать начатие щеток, имеющих различную высоту, не рекомендуется, так как величина нажатия по мере износа щеток изме­няется от наибольшего до­пустимого предела до наименьшего. ^:

Признаком неравномерности нажатия на щетки может служить их неравномерный износ в процессе работы машины.

П осле регулировки нажатия на щетки необходимо тщательно притереть шлифовальной стеклянной бумагой (рис. 3). Бумагу 2 закладывают шероховатой поверхностью к щеткам 1 и перемещают ее по поверхности коллектора (колец) 3. Притирку ведут до тех пор, пока поверхность щетки не приобретет форму коллектора. Притирку новых щеток рекомендуется начинать крупнозернистой шлифовальной бумагой, а окончательную пришлифовку— мелко­ зернистой. Применять для притирки щеток наждачную бумагу нельзя, так как наждачная пыль, являясь проводником тока и попадая в пазы между коллекторными пластинками, может при­ вести к короткому замыканию. Для реверсивных машин притирку и пришлифовку щеток ведут в обе

Рис.3. Притирка щеток к коллектору стороны, а для нереверсивных— в сторону

а – неправильно; б – правильно вращения.

После притирки все щетки поднимают, их острые края притуп­ляют, а коллектор очищают от угольной пыли и зерен стекла. При этом рекомендуется вначале отсосать пыль пылесосом, а затем продуть машину сухим сжатым воздухом давлением не более 2 кгс/см².

После притирки щетки необходимо приработать к коллектору, предварительно установив их на нейтраль. Для приработки щеток машину вначале нагружают на 25—30% номинальной нагрузки, постепенно доводя нагрузку до номинальной. Делают это потому, что щетки при нагрузке прирабатываются к коллектору быстрее, чем на холостом ходу, а запуск в работу машины с полной нагруз­кой при плохо приработанных щетках может вызвать опасное искрение.

О качестве притирки и приработки щеток судят по образующе­муся на рабочей поверхности щетки глянцу и следу натира кол­лектором. Площадь прилегания щетки к коллектору для неревер­сивных машин должна быть не менее 75% ее рабочей поверхно­сти, а для реверсивных — не менее 50% при работе в каждую сто­рону.

После приработки щеток необходимо еще раз проверить правильность их расположе­ния на нейтрали, так как пер­воначальная установка из-за плохого контакта щеток с по­верхностью коллектора могла быть неточной.

Методы нахождения ней­трали.

При отсутствии завод­ской метки, определяющей положение траверсы, вначале ее уста­навливают так, чтобы щетки располагались приблизительно под серединой главных полюсов. Затем проверяют правильность рас­положения щеток на нейтрали.

Наиболее точным и безопасным способом установки щеток на нейтраль является индуктивный способ, одинаково пригодный как для двигателей, так и для генераторов. При таком методе щетки устанавливают на нейтраль с помощью милливольтметра (пример­но на 50—75 мв) или амперметра, предназначенного для включе­ния в сеть с наружным шунтом на 45—75 мв. Прибор желательно иметь со знаком «0» в середине шкалы.

В ключение прибора производят по схеме, показанной на рис. 4.

На обмотку возбуждения НОГ через регулировочный реостат Р. подают постоянный ток от постороннего источника напряжением 6—12 в. Замыкая и разрывая цепь обмотки возбуждения при помощи выключателя В, следят за положением стрелки прибора. Положение траверсы, при котором стрелка прибора не дает от­клонений, будет соответствовать расположению щеток на нейтрали. За состоянием стрелки особенно следят в момент разрыва цепи обмотки возбуждения, так как в этом случае отклонение бу­дет больше, чем при включении. Реостат Р служит для регули­ровки тока в обмотке возбуждения.

Для уменьшения величины первоначального отклонения стрел­ки при определении нейтрали реостат Р вводят полностью. По мере приближения щеток к нейтрали для увеличения точности их установки реостат постепенно выводят. С этой же целью иногда в цепи прибора устанавливают сопротивление ДС, которое также затем постепенно выводят.

Проверить правильность расположения щеток и установить их на нейтраль можно еще и по-другому: способом наибольшего на­пряжения (для генераторов) и способом одинаковой скорости вра­щения (для реверсивных электродвигателей).

Установка щеток на нейтраль способом наибольшего напря­жения заключается в том, что на обмотку возбуждения работаю­щего на холостом ходу генератора, подают питание от посторон­него источника тока, затем понемногу передвигают траверсу либо в сторону вращения генератора, либо в противоположную сторо­ну до того момента, когда напряжение на якоре генератора ста­нет наибольшим и при дальнейшем перемещении траверсы начнет снижаться. Положение траверсы, при котором напряжение на якоре генератора будет наибольшим, соответствует расположению щеток на нейтрали.

При установке щеток на нейтраль способом одинаковой скоро­сти вращения перемещением траверсы добиваются такого положе­ния, при котором скорость вращения двигателя в обе стороны бу­дет одинаковой.

При установке щеток на нейтраль этими двумя способами тра­версу перемещают при снятом напряжении и полностью останов­ленной машине. На ходу машины при поданном питании это де­лать категорически запрещается.

Уход за коллектором и контактными кольцами.

На усиление вибрации щеточного аппарата, вызывающей искрение щеток, силь­но влияет деформация коллектора (колец). Коллектор должен быть круглым. Для машин с высокой скоростью вращения биение коллектора не должно превышать 0,01—0,03 мм. Биение измеряют индикатором типа КИ или ИЧ-2. Для сглаживания пульсаций, воз­никающих из-за провала наконечника между коллекторными пла­стинами во время измерения, биение коллектора можно измерить, установив наконечник на щетку или надев на него специальный сегмент шириной, несколько меньшей, чем ширина коллекторной пластины. При обнаружении биения выше допустимой нормы кол­лектор (кольца) следует обточить.

П ри замере величины биения необходимо обращать внимание на наличие отдельных дефектов на поверхности коллектора. Рабо­чая поверхность должна быть гладкой и блестящей, без царапин, выбоин, следов обгара и других повреждений. Миканитовая изо­ляция между коллекторными пластинами не должна выступать над поверхностью коллектора; она должна быть утоплена на глу­бину не менее 1,5—2 мм. Выступающие края изоляции могут от­бивать щетки и вызывать их вибрацию. Риски и забоины, а также выступившие или запавшие пластины на поверхности коллектора также могут явиться причиной вибрации щеток и вызывать искре­ние. Запавшие пластины можно обнаружить по отсутствию на них следов натира щетками, а выступающие — по нагару на набегаю­щем и сбегающем краях пластины.

При наличии на поверхности коллектора выработки, неболь­ших царапин, неглубоких забоин, обгара или других неровностей глубиной до 0,2 мм коллектор шлифуют стеклянной шлифоваль­ной бумагой с помощью специальной деревянной колодки (рис. 9). Длина колодки должна соответствовать длине коллекторных пластин; ширина берется с таким расчетом, чтобы колодку можно было свободно вставить между щетками соседних браке-тов. Форма рабочей поверхности колодки с прикрепленной к ней шлифовальной бумагой должна соответствовать кривизне коллектора. Шлифовку производят на холостом ходу, плотно прижимая колодку к поверхности коллектора, до удаления выработки или других дефектов поверхности. Затем коллектор очищают от пыли и полируют, сменив бумагу на более мелкую.

Деформированный коллектор и коллектор, имеющий выработ­ку или повреждения глубиной более 0,2 мм, необходимо вначале обточить на станке. Это делают во время заводского ремонта или на судне, если имеется токарный станок с подходящим межцент­ровым расстоянием.

К оллектор крупногабаритных машин на судне обтачивают пе­реносным суппортом или специальным переносным приспособле­нием (рис. 10). Иногда на станине для установки приспособления предусматривают специальные места. Машина в таких случаях вращается специальным приводом или первичным двигателем, ес­ли это генератор.

Рис.10. Приспособление для обточки коллектора;

1 – коллектор; 2 – резец; 3 – суппорт;

4 – колонка, укрепленная на фундаменте

Если нельзя обеспечить вращение якоря посторонним приводом, можно обточить коллектор при поданном на машину питании. В этом случае необходимо строго соблюдать правила безопасности. Обточку якоря производят при пониженном напряжении, обеспечивающем необходимую скорость вращения. Резец при обточке изолируют от корпуса устройства изоляцион­ными прокладками. Для удобства при работе иногда снимают один из бракетов вместе со щеткодержателями, а освободившее­ся место используют для установки приспособления. Для обточки коллекторов рекомендуется применять алмазные или острозаточен­ные победитовые резцы. Операцию выполняют при скорости реза­ния 1 —1,5 м/сек и подаче 0,05—0,1 мм за один оборот. Глубину резания рекомендуется брать не более 0,1—0,2 мм. Во избежание попадания медной пыли и стружки в лобовые части обмотки пе­ред обточкой их оклеивают бумагой и обвязывают шпагатом.

Не следует обтачивать поверхность коллектора до такой сте­пени, чтобы были уничтожены отдельные незначительные забоины и царапины, если они не отражаются на коммутации, так как из­лишняя обточка сокращает срок службы коллектора.

Правилами Регистра предусматривается запас рабочей высоты коллекторных пластин для электрических машин морского исполнения не менее 20%. Обтачивание или износ свыше этой нормы допустимы только в том случае, если это предусмотрено инструкцией по обслуживанию электрической машины, или после проведения соответствующих расчетов. Чрезмерный износ коллек­тора уменьшает сечение коллекторных пластин и увеличивает чис­ло коммутирующих секций, что приводит к недопустимо высокой плотности тока под щетками и появлению искрения. Кроме того, значительный износ коллектора может привести к потере им меха­нической прочности. При недопустимом износе требуется замена коллектора или всего набора. Такой ремонт проводят в заводских условиях.

После обточки, а иногда и после шлифовки, коллектор необхо­димо продорожить и притупить острые грани (сделать фаски) на коллекторных пластинах, как это показано на рис. 11. Обычно глубину паза h делают равной толщине изоляции d, а ширину фаски — не более 0,5 мм. Фаску снимают шабером, а выборку изоляции производят дисковой фрезой с помощью специального продораживателя типа МИ-1101 или ручной пилкой (рис. 12).

Р ис. 11. Вид изоляции между Рис.12. Приспособление для

коллекторными пластинами: продораживания коллектора вручную.

а – после обточки коллектора;

б – после правильного продораживания;

в – после неправильного продораждивания

В процессе работы на поверхности коллектора образуется пленка окиси меди, называемая в практике «политурой». Пленка благоприятно действует на процесс коммутации и, обладая высо­кой прочностью, предохраняет коллектор от повышенного изно­са. Поэтому без необходимости не следует часто полировать кол­лектор, чтобы не нарушать пленку.