книги из ГПНТБ / Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока

производится напряжением 2 000—2 700 В промышлен­ ной частоты 50 Гц в течение 1 мин при номинальном на­ пряжении возбуждения 100—220 В. Испытание на отсут­ ствие витковых замыканий в катушках производится

внагретом состоянии обмотки (100—110°С) при напря­ жении прохмышленной частоты из расчета 3 В на виток

втечение 5 мин. Этот вид испытания подробно описан

в§ 25-1.

Всобранной машине испытательное напряжение изо­

ляции обмотки ротора относительно корпуса должно

Рис. 24-1. Напряжение поопе­ рационных испытаний обмотки ротора асинхронного двигате­ ля в зависимости от напряже­

быть равно десятикратному напряжению возбуждения, но не менее 1500 В.

Обмотки роторов асинхронных вертикальных двига­ телей с фазнььм ротором испытываются по нормам, ука­ занным на рис. 24-1.

Последний этап высоковольтных испытаний электри­ ческой прочности изоляции обмоток вертикальных дви­ гателей осуществляется при стендовых испытаниях ма­ шин. Они проводятся непосредственно после окончания испытаний машин по нормам, приведенным выше. При этом, если машина при типовых испытаниях испытыва­ лась на нагревание, испытание электрической прочности изоляции производится при нагретых обмотках. В об­ мотках статоров поочередно испытывается каждая фаза, при двух других фазах, замкнутых на корпус ма­ шины.

Испытания обмоток статоров выпрямленным напря­ жением с измерением токов утечки на заводских стен­

281

дах проводятся только для крупных двигателей (мощ­ ностью выше 10 000 кВт) и поскольку эти испытания име­ ют -большое значение ври эксплуатации машин, они вы­ полняются также и на месте установки при приемо-сда­ точных испытаниях.

24-2. ОСОБЕННОСТИ ИСПЫТАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ПРЕДПРИЯТИИИЗГОТОВИТЕЛЕ

Асинхронные вертикальные односкоростные и двухскоростные двигатели применяются главным образом для привода циркуляцион­ ных насосов мощных турбоагрегатов и от надежной работы этих ма­ шин во многом зависит безаварийная-работа турбоагрегатов. И спы ­ тания этих двигателей имеют ряд специфических особенностей в срав­ нении с испытаниями горизонтальных машин и к их испытанию предъявляются повышенные требования.

Полная программа типовых испытаний асинхронного двигателя

имежду обмотками на электрическую прочность; д) испытания междувитковой изоляции обмоток на электриче­

скую прочность;

п) определения вибрации.

В объем контрольных испытаний входят только первые семь

183-66 разрешает проводить эти испытания на месте установки, что оговаривается в технических условиях.

В тех случаях, когда на предприятии-изготовителе вертикальных асинхронных двигателей отсутствует оборудование для осуществле-

282

всех видов машин и для асинхронных двигателей могут иметь лишь небольшие особенности.

Перед испытанием двигателей производится измерение сопротив­ ления изоляции обмоток. У двухскоростных двигателей при измере­ нии сопротивления изоляции фаз обмотки статора, кроме заземления двух других фаз испытываемой обмотки, должны быть заземлены и фазы второй обмотки статора.

Измерение сопротивлений обмоток (при постоянном токе) про­ изводится методом амперметра и вольтметра при токе, не превышаю­ щем 0,2/н. Сопротивления обмоток определяются в практически хо­ лодном состоянии, а при проведении испытаний на нагревание — после окончания тех или иных режимов для определения нагрева обмотки. Разница между полученными значениями сопротивлений разных фаз не должна превышать 1— 2%. Более значительные откло­ нения обычно указывают на несимметричное соединение фаз обмотки

Испытание изоляции обмотки статора относительно корпуса на электрическую прочность повышенным напряжением промышленной частоты производится после окончания всех испытаний двигателя по нормам, указанным в § 24-1. В двухскоростных двигателях испыта­ нию должны подвергаться обе обмотки статора.

У асинхронных двигателей с фазным ротором определяется ко­ эффициент трансформации, значение которого принимают равным отношению фазовых напряжений обмоток статора и ротора.

Коэффициент трансформации равен:

Кт — ^ с т . ф / ^ р . ф ,

где и С1 .ф— фазное напряжение обмотки статора; Uр . ф — фазное на­ пряжение обмотки ротора.

Он определяется путем подведения к обмотке статора понижен­ ного напряжения (до 0,5£/н) при разомкнутой обмотке ротора и измерения линейных напряжений на выводах обмотки статора и кон­ тактных кольцах ротора; измерения проводятся для трех фаз.

Действительная величина коэффициента трансформации несколь­ ко больше расчетной, поскольку э. д. с. обмотки статора меньше подведенного и измеряемого напряжения на величину падения напря­ жения в обмотке, а в обмотке ротора измеряется полная э. д. с.

Испытание витковой изоляции обмотки статора асинхронных дви­ гателей с короткозамкнутым ротором производится в процессе снятия характеристики холостого хода. Подведенное к статору напряжение повышается до 130% номинального и выдерживается в течение 5 .мин. Аналогично испытывается витковая изоляция обмотки статора у двигателей с фазным ротором. Однако, так как в этом случае испытанию подлежит как обмотка статора, так и обмотка ротора, опыт производится при неподвижном роторе и разомкнутой обмотке его. Испытание витковой изоляции у этих двигателей выполняется после испытания ротора на разгон, поскольку при этом изоляция обмотки подвергается значительным механическим усилиям и при наличии дефектов они легче выявляются.

283

У вертикальных двигателей угонная частота вращений прини­ мается равной 130% номинальной, а в ряде случаев и более, так как при эксплуатации они подвергаются разгону после каждого отклю­

при типовых испытаниях, но при проведении контрольных испытаний. Испытание производится в течение 2 мин путем повышения частоты напряжения питания двигателя от машинного агрегата. В двухско­ ростных двигателях испытание производится только для одной (боль­ шей) частоты вращения.

важ ны м и испытаниями асинхронных двигателей, позволяющими определить опытным путем рабочие характеристики, потери, коэффи-

Рис. 24-2. Характеристики холостого хода асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

циент мощности и ряд других данных, являются определение токов и потерь холостого хода и короткого замыкания.

Опыт холостого хода производится в режиме ненагруженного двигателя с питанием его регулируемым напряжением постоянной частоты от машинного преобразовательного агрегата. Д ля обеспече­ ния установившегося теплового состояния двигателя до начала испы­ тания машина должна проработать на холостом ходу от 2 до 4 ч в зависимости от мощности машин до установления температуры нагрева активных частей, подпятника и подшипников. Повысив на­ пряжение на зажимах двигателя до 130% номинального, его посте­ пенно понижают до возможно низкой величины (около 3 0 % номи­ нального), производя измерения потребляемой мощности, линейного напряжения и токов всех фаз. Н а рис. 24-2 в качестве примера при­ ведены характеристики холостого хода асинхронного вертикального двигателя 1000 кВт, 6000 В, 375 об/мин (синхр.), полученные опыт­ ным путем. Они позволяют определить потери и ток холостого хода при номинальном напряжении. Чтобы выделить потери в стали, необ­

284

в свою очередь состоят из вентиляционных и потерь трения в под­ пятнике и направляющих подшипниках.

Сумма механических потерь и потерь в стали сердечника статора равна:

Риех + ■Ро = ■f'o — P mi = Ро 3 / цго,

где Р0— потери холостого хода при номинальном напряжении, опре­ деляемые по показаниям ваттметров; />Mi = 3 / V o — потери в обмотке статора; /0 — ток холостого тока; го— сопротивление фазы обмотки статора, измеренное непосредственно после опыта.

Для определения механических потерь строится кривая зависи­ мости суммы потерь РМе%+ Рс от квадрата напряжения, которая при снижении напряжения приближается к прямой и может быть легко экстраполирована на ось ординат, отсекая на ней величину механиче­ ских потерь. После выделения механических потерь определяются потери в стали, которые позволяют сделать определенные выводы о качестве исполнения машины. Нарушения технологических норм при изготовлении машин могут приводить к существенному увеличе­ нию потерь в стали двигателей одного и того же типа. Повышение потерь в сердечнике статора может быть вызвано применением стали с более высокими удельными потерями, недоброкачественной штам­ повкой и лакировкой листов сердечника статора.

Соблюдение технологических норм при изготовлении роторов является не менее важным, чем при изготовлении сердечников стато­ ров. В современных высокоиспользованных асинхронных двигателях потери в роторах при холостом ходе составляют 50—60% общей сум­ мы потерь в стали. Опыты показывают, что при отсутствии зачеканки стержней в пазах у двигателей с короткозамкнутым ротором потери могут увеличиваться на '10—15%. На потери в роторах большое влияние оказывает качество штамповки сегментов, обработка поверх­ ности сердечника ротора, а также размер воздушного зазора в ма­ шине, что при определенных условиях может привести к увеличению потерь на 30—50%.

Особенностью вертикальных двигателей являются относительно

в машине. При стендовых испытаниях двигателя нагрузка на подпят­ ник составляет примерно 35— 4 0 % общей нагрузки, действующей на подпятник при работе машины, а потери в подпятнике составляют 50— 6 0% потерь при нагрузке, т. е. снижаются в меньшей степени, чем нагрузка, из-за уменьшения давления и увеличения толщины масляной пленки в подпятнике. Для анализа величины механических потерь производится выделение калориметрическим способом потерь

285

в обмотку ротора для измерения ее температуры следует заклады­ вать одну или несколько термопар.

Опытные характеристики короткого замыкания асинхронного дви­

вой ток, начальный вращающий момент двигателя и потери коротко­ го замыкания при номинальном напряжении. Д ля определения тока короткого замыкания при номинальном напряжении вносится поправ­ ка на насыщение, для этого дальнейшее возрастание тока выше опытной величины с увеличением напряжения принимается по пря­ мой линии касательной к кривой тока (кривая 2 на рис. 24-3). При контрольных испытаниях опыты проводятся для напряжения UK —

rUu-U'.

*их- и - ж»

т. е. кратность пускового тока равна /к.н//в, где U „ и /к — макси­ мальные значения напряжения и тока, полученные при опыте; V к — напряжение, соответствующее точке пересечения касательной к кри­ вой тока с осью абсцисс.

Начальный пусковой вращающий момент Л1к.в при номинальном напряжении определяется путем пересчета момента М к, возникающе­ го в машине при токе 1К.

286

Момент Mit подсчитывается по формуле

где Р „ — потери короткого при наибольшем значении напряжения UK в опыте короткого замыкания, определяемые по показаниям ваттме­ тров; P„.M 1=3/Vii.—потери в обмотке статора, Вт; ri„ — сопротив­ ление фазы обмотки, измеренное непосредственно после опыта, Ом; Рс — потери в стали при напряжении UK (по характеристике холо­ стого хода), Вт; пс — синхронная частота вращения ротора, об/мин. Начальный пусковой вращающий момент равен:

М„.н = Мк(/к.и//п)г, кгс-м,

и кратность его равна отношению МК.„1М„.

Потери короткого замыкания при номинальном напряжении и токе /ц=/ц.н определяются пересчетом

Ри.Н— Рк (/к.п//ц)2, Вт.

Полученные опытные данные из характеристик холостого хода и короткого замыкания при номинальной частоте позволяют произве­ сти построение круговой диаграммы согласно рекомендациям ГОСТ

Особенностью испытаний асинхронных вертикальных двигателей с короткозамкнутым ротором является необходимость проведения до­

при частоте, меньшей 5 Гц, явление вытеснения тока практически отсутствует, поэтому для построения круговой диаграммы и опреде­ ления рабочих характеристик пользуются данными опыта короткого замыкания при пониженной частоте 5 Гц.

Опыт проводится при токах короткого замыкания, не превышаю­ щих (1,0-н 1,5)/н, при этом характеристика короткого замыкания остается прямолинейной из-за малого влияния насыщения путей по­ токов рассеяния. Напряжение, подводимое к двигателю при опыте,

287

для двигателей с рабочим напряжением 6000 В находится обычно в пределах 200—300 В. Измерение тока производится с применением специально подобранных измерительных трансформаторов или безындуктивных шунтов, обеспечивающих необходимую точность измерения при малых частотах. Для расширения пределов измерения напряжения используются добавочные сопротивления. Опытные ха­ рактеристики короткого замыкания двигателя при частоте напряже­ ния питания, равной 5 Гц, представлены на рис. 24-4.

Из этих характеристик определяются напряжение и .потери при

Полученные значения тока Г к и потерь Р'к при частоте 5 Гц, тока h и потерь Ро—Рмех из опыта холостого хода позволяют произвести построение рабочего круга тока диаметром OD и определить опытные значения к. и. д., коэффициента мощности и скольжения при рабочем режиме. Построение круговой диаграммы производится согласно ГОСТ 7217-66.

Для определения максимального вращающего момента двига­ теля ММакс с учетом насыщения используются следующие данные опыта короткого замыкания при номинальной частоте фрис. 24-3):

/ к, равном ((2,5-ьЗ)/п.

По этим опытным данным вычисляются токи и потери, отнесен­ ные к номинальному напряжению:

Ток /к3 и потери Л <3 дают возможность найти точку окружности токов короткого замыкания (точку Кз) и построить круг е диаметром О Д , а ток /щ и потери Р,а найти точку Ki и построить круг с диа­

Диаметр круга О Д находится из соотношения

Параллельно линии моментов ОВ проводят линию, касательную к окружности диаметром О Д в точке S. Из точки О радиусом OS делают засечку на окружности диаметром OD в точке М, из которой опускается перпендикуляр на ось ОiX, до пересечения с линией мо­ ментов ОВ в точке Q. Проведя из этой точки прямую, параллельную

288

Потери в стали сердечника статора Рс и механические потери Рмех определяются из опыта холостого хода, как было рассмотрено выше.

мощности, передаваемой вращающимся полем статора на ротор, и скольжению:

равными 0,5% полезной мощности машины.

Общие потери двигателя определяются как сумма указанных

выше потерь 2Р = РС+ РМех+Рт+Рт+Ря, Вт.

Коэффициент полезного действия подсчитывается по формуле

71 Я„ +"SP 100' в/°-

Если потери в машине, полученные опытным путем, превышают расчетные, то ери анализе данных испытаний должны быть опреде­ лены причины и приняты меры по снижению потерь. В гл. 2 были рассмотрены причины электромагнитного характера, влияющие на увеличение потерь в асинхронном двигателе при неправильном выбо­ ре соотношения пазов статора и ротора, размеров шлицов пазов ро­ тора и др.

Испытание на нагревание асинхронных двигателей при отсут­ ствии нагрузочной машины ограничивается проведением режима хо­ лостого хода с измерением нагрева обмотки статора методом сопро­ тивления, сердечника статора по термопарам и заложенным термо­ метрам сопротивления и температуры охлаждающего воздуха. Пре­ вышение температуры воздуха над окружающим должно быть не более 10—12 °С, поскольку потери в машине при этом опыте значи­ тельно ниже, чем при работе с номинальной нагрузкой. Нагревы ма­ шины при работе с номинальной нагрузкой определяются при испы­ таниях на месте установки.

24-3. ИСПЫТАНИЯ СИНХРОННЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ПРЕДПРИЯТИИ-ИЗГОТОВИТЕЛЕ

В отличие от горизонтальных машин вертикальные синхронные двигатели из-за сложности соединения их с приводной машиной и отсутствия специальных нагрузочных машин с вертикальным валом большой мощности, как правило, испытываются без них. Это отно­ сится к двигателям мощностью до 3200 кВт, которые выполняются

290