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

С отдельно стоящим возбудителей. Однако крупные двигатели мощ­ ностью выше 3200 кВт с частотой вращения 375 об/мин большей частью имеют пристроенные к валу машины возбудители, которые можно использовать в качестве приводного двигателя, что облегчает выполнение испытании в полном объеме.

Поскольку двигатели мощностью до 3200 кВт выполняются на рабочее напряжение 6000 В, а более крупные машины чаще всего на напряжение 10 000 В, на заводском стенде имеются источники тока достаточной мощности на оба напряжения. Возможно также испы­ тание машин напряжением 10 000 В на стенде, где имеется только источник энергии с напряжением 6000 В, при пересоединешш обмот­ ки статора в треугольник.

Типовые испытания синхронных двигателей производятся в со­ ответствии с ГОСТ 183-66 и выполняются по следующей программе:

с) испытание изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками на электрическую прочность;

и) определение номинального тока возбуждения, номинального изменения напряжения и регулировочной характеристики;

к) испытание на кратковременную перегрузку по току; л) определение к. п. д. машины; м) испытание на нагревание;

н) испытание механической прочности при ударном токе корот­ кого замыкания. Для синхронных машин каждой серии данного пред­ приятия это испытание проводят для машин с наибольшим полюсным делением;

о) определение коэффициента искажения синусоидальности кри­ вой напряжения;

п) опытное определение индуктивных сопротивлений и постоян­ ных времени обмоток;

р) определение начального пускового вращающего момента и начального пускового тока;

с) ' измерение вибрации.

Машинные возбудители двигателей должны испытываться по программе ГОСТ 183-66 п. 2.2.

В объем контрольных испытаний синхронных двигателей входят только первые семь пунктов. Испытания двигателей производятся по методике, определенной ГОСТ 11828-66, ГОСТ 10169-68, а машинных возбудителей по ГОСТ 10159-69.

При рассмотрении вопросов испытания вертикальных синхронных двигателей ниже для иллюстрации используются опытные данные ти­ повых испытаний вертикального синхронного двигателя 3 200 кВт, 11 000 В, 300 об/мин.

291

Испытания по первым пятй Пунктам Программы практически мало отличаются от испытаний асинхронных двигателей, рассмотрен­ ных выше. Испытания на электрическую прочность изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками проводятся после окончания испытаний машины по нормам, приведенным в табл. 24-2

и 24-3.

Испытание при повышенной частоте вращения синхронных двитателей мощностью до 3 200 кВт производится дои частоте враще­ ния, равной 1,3п„. Более крупные двигатели по условиям работы водовода после отключения двигателя от сети кратковременно вра­ щаются с большей частотой вращения (1,5-н 1,65)пн, и испытание их должно производиться при частоте вращения, указанной в техниче­ ских условиях. До и после .проведения испытания измеряют вибра­ цию машины, и если она резко возрастает, то следует произвести ревизию ротора, проверив крепление полюсов, вентиляторов, пуско­ вой обмотки, п выявить причину повышенной вибрации.

Опыт холостого хода проводится либо в генераторном режиме (для двигателей с пристроенным возбудителем), либо в двигатель­ ном (для машин без пристроенного возбудителя). В первом случае двигатель приводится во вращение возбудителем до синхронной скорости и возбуждение двигателя осуществляют от постороннего источника питания. Так как начальный момент трогания у верти­ кальных машин значительно больше, чем у горизонтальных машин, из-за относительно большого трения в подпятнике, а номинальная мощность возбудителя не превышает 2—3% мощности двигателя, то перед пуском после длительной стоянки двигателя следует про­ изводить подъем ротора или поворот его с помощью крана на 2—3 оборота. Возбуждение возбудителя увеличивают до максимально возможной величины, затем после трогания ротора с места ток возбуждения снижают. При использовании возбудителя в качестве приводного двигателя необходимо либо исключить сериесную обмот­ ку возбуждения, либо изменить ее полярность, чтобы исключить раз­ магничивающее действие ее на поток главных полюсов при больших значениях тока якоря.

Характеристику холостого хода (рис. 24-7) снимают, начиная с максимального напряжения, соответствующего возбуждению при номинальной нагрузке двигателя, но не ниже \ , W K, равномерно сни­ жая ток возбуждения. При уменьшении тока возбуждения до нуля измеряют остаточное напряжение двигателя. Смещая снятую харак­ теристику холостого хода вдоль оси абсцисс на величину А/„, полу­ чают характеристику, проходящую через начало координат. При верхнем пределе напряжения, равном указанному выше значению, одновременно производится испытание витковой изоляции обмотки статора в течение 5 мин. При определении характеристики холостого хода в генераторном режиме производится проверка симметричности напряжения между фазами при номинальном напряжении. Указан­ ная проверка производится для определения симметрии всех фаз обмотки статора и отсутствия каких-либо погрешностей в ее сборке. Отклонение измерений линейных напряжений не должно превышать I % средней величины.

При работе двигателя в генераторном режиме и холостом ходе целесообразно определить коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в машине при помощи прибора-измерителя ли­ нейных искажений напряжения С6-1. Коэффициент искажения сину­ соидальности кривой напряжения не должен превышать 5%.

292

Рис. 24-7. Характеристики холостого хода, короткого замыкания и U-образиая синхронного двигателя. Построение для определения рас­ четного реактивного сопротивления.

При определении характеристики холостого хода в двигатель­ ном режиме основное отличие заключается в том, что двигатель должен работать в пенагруженном состоянии от регулируемого источника напряжения при коэффициенте мощности, равном единице,

21)3

стике определяются механические потери РMci и потери в СтаДи Рс сердечника статора, как это было показано выше для асинхронных двигателей. Опытная величина потерь в стали имеет важное значе­ ние, поскольку при нарушениях технологии штамповки сегментов и сборки сердечника статора потери могут быть существенно выше расчетной величины.

Опыт установившегося трехфазного короткого замыкания про­ водится для нахождения параметров синхронной машины, добавоч­ ных потерь и определения номинального тока возбуждения.

При наличии пристроенного возбудителя последний используется в качестве тарированного двигателя для снятия характеристики

О 40 80 ПО 760 200 240 280 А

Рис. 24-9. Характеристики потерь коротко­ го замыкания синхронного двигателя в ре­ жиме генератора.

Обычно при выполнении этого опыта кратковременная перегрузка возбудителя не превышает 2—2,5 номинальной мощности, что не вызывает опасений за его сохранность. Одна из точек определяется при токе, равном или близком к номинальному. Частота вращения или частота тока (если она не слишком мала) не имеет значения для определения характеристики к. з., так как с изменением частоты линейно меняются как э. д. с. в обмотке статора, так и ее сопро­ тивление, являющееся практически чисто индуктивным, а реакция якоря является чисто размагничивающей. Это обстоятельство позво­ ляет при отсутствии возбудителя определять характеристику корот­ кого замыкания на выбеге. Однако для определения потерь корот­ кого замыкания измерения необходимо производить при номиналь­ ной частоте вращения.

294

По характеристикам холостого хода и короткого замыкания опреде­ ляется величина отношения короткого замыкания

ОКЗ = / к//„ = /во//„.„

Величина ОК.З имеет важное значение, поскольку характеризует статическую .перегружаемость двигателя и представляет интерес при сопоставлении опытных данных с расчетными. По условиям обес­

2р^16.

Характеристика короткого замыкания позволяет определить та­ кие величины, как синхронное индуктивное сопротивление по про­ дольной оси (x'd) и номинальный ток возбуждения двигателя. Определению номинального тока возбуждения .предшествует опыт снятия U-образной характеристики двигателя, т. е. кривой зависи­ мости тока статора от тока возбуждения при постоянном напряже­ нии на выводах машины и номинальной частоте (рис. 24-7). Ха­ рактеристика снимается в режиме ненагруженного двигателя путем включения испытуемой машины в сеть или подключения к генерато­ ру испытательного агрегата. При снятии характеристики напряжение сети может несколько изменяться и отличаться от номинального. Приведение данных опытной характеристики к номинальному на­ пряжению может быть выполнено графическим построением согласно ГОСТ 10Ш9-68. Обычно к номинальному напряжению приводится точка U-образной характеристики при токе статора, равном номи­ нальному. Из U-образной характеристики определяется ток возбуж­ дения /„ при номинальном токе статора /„ н строится реактивный треугольник, как это показано на рис. 24-7. Из точки А, -соответ­ ствующей току возбуждения /„ при номинальном напряжении и поминальном токе статора (в режиме перевозбуждения), влево от­ кладывается отрезок АВ, равный току возбуждения / а.к, который соответствует номинальному току статора по характеристике корот­ кого замыкания. Из точки В проводится линия ВС параллельно прямолинейной части характеристики холостого хода. Величина от­ резка CD представляет собой падение напряжения Uv в расчетном реактивном сопротивлении хр при токе, равном /„, откуда находим:

где гн = и в 'К’3 /„.

Номинальный ток возбуждения / в.н при номинальной нагрузке двигателя определяется графическим построением (рис. 24-10) как геометрическая сумма вектора тока возбуждения / пЕ, определяемого по характеристике холостого хода для напряжения, равного э. д. с. машины Е и составляющей тока возбуждения /„.я, уравновешиваю­ щей реакцию якоря и определяемой из реактивного треугольника.

295

Для мощных вертикальных двигателей эта величина обычно не превышает 30%. Опытная величина номинального тока возбуж­ дения позволяет также определить кратность максимальною вра­ щающего момента двигателя по формуле

В объем типовых испытаний синхронных вертикальных двига­ телей входит опытное определение параметров машины, главным об­ разом определение индуктивных сопротивлений как при установив­ шихся, так и при переходных режимах и постоянных времени.

Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси Xd определяется для ненасыщенного состояния двигателя. По продол-

Рис. 24-10. Определение номинального тока возбуж­ дения синхронного двигателя.

жению прямолинейной части характеристики холостого хода опре­ деляется напряжение Ех, соответствующее току возбуждения К. к

(рис. 24-7). Синхронное индуктивное сопротивление xd = £ x/ |АЗ/К,

Ом, или Xd = Xdlz, о. е.

Кроме синхронного индуктивного сопротивления Xd, которое равноценно сопротивлению прямой последовательности Xi, при ис­ пытаниях определяются индуктивное сопротивление обратной после­ довательности *2 и индуктивное сопротивление нулевой последова­ тельности двигателя Хо. Первое определяется обычно из опыта к. з.

чения хг по формуле X2= P l V 3/2кг. Ом, или Хч = хг/г, о. е., строится кривая зависимости х2=/(/кг) и для тока 1ч2= 1и определяют сопро­ тивление Хг. Сопротивление х0 определяют из опыта однофазного питания обмотки статора, соединенной в открытый треугольник, при замкнутой накоротко обмотке возбуждения, при номинальной часто­

296

жимов, производится определение параметров двигателей при неустановившихся режимах, к которым относятся внезапное короткое замыкание, пуск и др. Эти параметры используются при расчетах механической прочности машины, выборе аппаратуры для защиты двигателя и позволяют судить о поведении машины в неустановившихся режимах.

Важными параметрами, которые определяются из неустановившихся режимов являются: переходное индуктивное сопротивление по продольной оси х',1, сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси х"а, постоянные времени T'd и T"d, а также по­ стоянные времени периодической составляющей тока статора Та и обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора T'd0. Эти параметры (кроме Т'ао) обычно определяются из опыта внезапного трехфазного короткого замыкания при вращении ротора двигателя от возбудителя или на выбеге машины. Напряжение холостого хода перед замыканием обмотки статора не должно превышать 0,25—0,3 номинального значения (для получения ненасыщенных значений па­ раметров) .

Постоянная времени T'dо определяется из опыта гашения поля в режиме холостого хода путем замыкания накоротко обмотки воз­ буждения. Опыт также производится при вращении ротора двигателя от возбудителя или на выбеге при разомкнутой обмотке статора.

Опыт внезапного короткого замыкания три напряжении, равном 1,05 номинального, проводится для испытания механической прочно­ сти обмотки при ударном токе короткого замыкания. Для проверки вибраций, механических напряжений и деформаций испытываемый двигатель должен быть оснащен вибродатчиками и тензометрами. После проведения этого опыта необходимо тщательно осмотреть об­ мотку и крепление ее лобовых частей.

В опытах симметричного внезапного короткого замыкания про­ изводится осциллографирование токов в трех фазах обмотки статора и в обмотке ротора (рис. 24-11). Необходимым условием проведения этих опытов является одновременность замыкания всех трех фаз обмотки статора.

Определение опытных значений индуктивных сопротивлений и постоянных времени производится из осциллограмм методами, предписанными ГОСТ 10J69-68.

Для вертикальных синхронных двигателей важное значение име­ ет опытное определение пусковых характеристик машин, поскольку условия пуска этих машин тяжелые. Начальные значения пускового тока и вращающего момента определяются из опыта включения дви­ гателя в неподвижном состоянии (с заторможенным ротором) ана­ логичного опыту к. з. асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором |(рис. 24-3). Обмотка возбуждения должна быть замкнута накоротко. Характеристики снимаются три напряжении не более 0,5£/н и токе к. з. до 3/ц. В связи с осевой несимметрией явнопо­ люсных машин измерение токов осуществляется во всех фазах.

При проведении типовых испытаний обычно производится также определение пусковых характеристик из опыта прямого пуска дви­ гателя от сети на холостом ходу с обмоткой возбуждения, замкнутой

297

используется пристроенный к валу машины собственный возбуди­ тель или специальный тахогенератор. Поскольку пуск осуществляет-

шшшшш м ,

Ml

Рис. 24-11. Осциллограмма симметричного внезапного короткого за­ мыкания синхронного двигателя.

ся без нагрузки, электромагнитный момент двигателя расходуется главным образом на ускорение ротора машины. Это 'позволяет счи­ тать, что момент двигателя равен моменту ускорения вращающихся масс машины, который определяется из выражения

ции времени пользуются методом графического дифференцирования кривой разгона, выполняемого .по конечным приращениям Ап и At:

где М, — текущее значение момента на отрезке времени Ati. Приведение тока и момента к номинальному напряжению про­

изводится по формулам

где / 0п, Л4оп и Uоп — ток, момент и напряжение, полученные из опы­ та. Из пусковых характеристик определяются следующие параметры машины в относительных единицах; кратность пускового тока /п//в. кратность начального пускового момента МП/Ма и кратность макси­ мального момента в процессе пуска Мп.макс/Мв.

298

Для получения значений тока и момента при реакторном пуске полученные из опыта прямого пуска величины пересчитываются на пониженное напряжение, ток статора — пропорционально изменению напряжения, а момент — квадрату изменения напряжения.

Следует отметить, что пусковые характеристики двигателя из опыта прямого пуска на холостом ходу имеют динамический харак­ тер, поэтому могут существенно отличаться от эксплуатационных при пуске под нагрузкой.

Большое внимание при испытаниях вертикальных двигателей следует уделять вопросам их вентиляции и теплового состояния

п=0

Рис. 24-12. Осциллограмма прямого пуска от сети синхронного дви­ гателя с обмоткой возбуждения, замкнутой на Rvaav.

обмоток и активной стали статора, что в первую очередь относится к крупным машинам со средней и малой частотами вращения. В этих машинах при неправильном выборе схемы вентиляции или напорных элементов даже при относительно невысоких токовых и магнитных нагрузках активных частей машины возможны неравномерное охлаждение обмоток, повышенные местные нагревы, что приводит к снижению их надежности. Испытание на нагревание выполняется косвенным "методом чаще всего в режиме синхронного компенсато­ ра. В тех случаях, когда мощность сети недостаточна, двигатель испытывается в режимах холостого хода и короткого замыкания по методике ГОСТ 10169-68. В этом случае опыты могут проводиться только для синхронных двигателей с пристроенным машинным воз­ будителем.

Испытание в режиме синхронного компенсатора производится для значений тока статора от (0,4-г-0,5)/н до номинального тока /и, обычно при пониженном напряжении статора, выбираемом таким об­ разом, чтобы обеспечивался режим при номинальном токе статора и номинальном токе ротора.

Кроме того, два-три опыта проводятся при номинальном напря­ жении и различных значениях тока статора, в том числе при номи­ нальном или близком к номинальному значению тока.

По данным испытаний строят зависимость превышений темпе­ ратуры обмотки и стали статора от потерь в обмотке статора Дt„—

В соответствии с отмеченным выше выбором режимов испытаний зависимости Дt„ и Дtc от потерь в обмотке статора строятся для пониженного и номинального напряжений. Обе характеристики яв­ ляются прямыми и параллельны друг другу. Разность превышения температуры обмотки и стали статора при пониженном и номиналь­ ном напряжениях обусловливается соответствующей разницей по­ терь в стали.

299

отключения двигателя не представляется возможным и выбег дви­ гателя происходит в течение нескольких минут, то измерение со­ противления обмотки статора производят с помощью специального

э. д. с., которая индуктируется в обмотке статора даже при обес­ точенной обмотке возбуждения (за счет остаточного намагничивания ротора). Принципиальная схема для измерения сопротивления пред­ ставлена на рис. 21-14. Превышение температуры обмотки определя­ ют по формуле

разомкнуть разъединитель и после этого подключить схему измере­ ния к выводам двух фаз. Время от момента отключения выклю­ чателя до начала измерения обычно не превышает 1—1,5 мин.

300