Elektrotehnika_i_elektronika_2008

291Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

2.4.33.Неисправности асинхронных

электродвигателей и их влияние на расход

электроэнергии

2.4.33.1. основные неисправности,. влияющие на элехтропотребление АД. Способы их' обнаружения

Работа электрооборудования на строительных площадках связана не только c его постепенным износом, но и с повреждениями, которые. возникают чаще всего из-за недопустимо длительного функционирования без ремонта, плохого эксплуатационного обслуживания, нарушения расчетных режимов работы, разнообразных вне-

шних воздействий. .

Повреждения электрических машин, их влияние на энергетичес- кие характеристики и прежде всего'на величину электропотребления, рассмотрим на примере наиболее широко использующихся на строительных площадках трехфазных асинхронных двигателей.

Эти повреждения электрических машин делят на механические и электрические.. . , , .

к механическим повреждениям, например, относят: деформацию. или поломку вала ротора, ослабление крепления сердечника стато-- ра к станине, образование глубоких выработок («дорожек») на поверхности контактных колец, ослабление опрессовки сердечника

ротора, выплавку баббитa в подшипниках скольжения, разрушение сепаратора, кольца или шарика в подшипниках качения и др.

Электрическими повреждениями являются: обрыв проводников в обмотках cтатора или ротора, замыкания между витками обмоток,

нарушение контактов и разрушение соединений, выполненных пай -

кой илй сваркой, снижение' сопротивлeния изоляции вследствие ее

старения, разрушения или увлажнения и др.

Неисправности и повреждения не всегда приводят к повышению электропотребпения: они могут .вызвать срабатывание .защиты й отключение двигателя или практически сразу вывести его из строя.

Другие неисправности обусловливают увеличение тока, потребляемого машиной из сети. Некоторые из них удается достаточно бьУстро обнаружить и; отключив двигатель, сократить непроизводительный расход электроэнергии или предотвратить более серьезную

поломку. Однако значительная. часть неисправностей, приводящая

к . большому перерасходу электрической энергии, потребляемой из

сети, носит скрытый характер .и выявляется только после' соответ^

ствующих испытаний или разборки двигателей. Рассмотрим такие неисправности.

Обрыв одной фазы обмотки статора внутри двигателя. При соединении трехфазной обмотки статора звездой, если обрыв фазы про изошел во время работы 'двигателя при нагрузке, не превышающей половины от номинальной, двигатель будет продолжать работать, но c несколько большим потреблением энергии (примерно на 15- 2О %) из сети. Частота вращения при этом понижается незначительно. в случае больших нагрузок двигатель останавливается и, если не срабатывает защита, обмотка выходит из строя.

При 'подозренйи на обрыв фазы двигатель необходимо остановить и запустить вновь.` Если-фаза оборвана, двигатель гудит и не разворачивается даже на холостом ходу, так как вместо вращающе-

гося в нем появляется пульсирующее магнитное поле. Внутренний обрыв одной из фаз значительно труднее. заметить

сразу; если обмотка статора соединена треугольником. При этом обмотки двух оставшихся фаз окажутся подключенными к сети по схеме открытого треугольника' (рис. 2.125, a). Током, протекающим по обмотке статора, создается вращающееся магнитное поле, двйгатель хорошо берет c места и развивает нормальную скорость. Однако во время работы двигатель потребляет из сети больше электроэнергии, чем в нормальном режиме, и может развивать момент, близкий. к нoминaльному,- но при сильном нагреве двух работающих фаз. в ряде случаев обмотка статора при работе. в таком режиме. выходит из строя.

Отмеченную неисправность асинхронного трехфазного двигателя можно зафиксировать, измерим ток в линейных проводах, подводящих к нему электроэнергию (с помощью токоизмерительных клещей или так, как показано на рис. 2.125, б). Ток в одном из про-

Рис. 2.125. Обрыв фазы при соединении треугольником (открытый треугольник):

a — схема; б.— подключение амперметров к клеммному щитку

293 Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

водов будет при этом режиме примерно в 1,7 раза больше, чем в каждом из двух других. .

Обрыв одного линейного .провода трехфазной сети, питающей АД. Этот режим, a также работа с одним перегоревшим предохрани-

телем, аналогичны описанному выше режиму' внутреннего . обрыва одной .фазы обмотки статора при ее соединении звездой и может привести или к увеличенному потреблению электроэнергии из сети, или к выходу обмотки статора из строя. обнаружить повреждение в таком режиме можно, как в предыдущем случае, остановив и запустив двигатель, который при этом, не развернется. Другой спо соб - измерение напряжения на фазах двигателя. На фазе A (меж-

ду клеммами. С 1 —С6 на щитке двигателя) напряжение отсутствует (будет равно 0) при номинальных фазнЫх напряжениях на двух оставшихся (рис. 2.126 a). Найти обрыв можно и токоизмерительны-- ми клещами. в фазе c оборванным линейным проводом электрический ток будет отсутствовать.

б,

Рис. 2.126 a. Обрыв линейного провода' при соединении звездой: a — схема; б — определение обрыва c помощью вольтметра

Межвитковое замыкание в фазе обмотки статора. В этом случае и, например, при соединении обмотoк статора звездой возрастает ток

в линейном проводе, подходящем к поврежденной фазе. Двигатель начинает необычно гудеть, а есди.он работает под нагрузкой; ротор

вращается c пониженной скоростью . Через некоторое время после возникновения замыкания двигатель начинает дымиться, появля-

ется характерный запах горящей изоляции..

Повреждение стержней короткозамкиутой обмотки. При работе

двигателя c поврежденными стержнями обмотки ротора частота его вращения будет меньше, чем в аналогичном двигателе, но c исправ--

ным ротором. В ряде случаев двигатель c такой неисправностью может вообще не развернуться до рабочей частоты вращения ротора даже при малой нагрузке. При значительном количестве поврежденных стержней ротор двигателя, работающего под нагрузкой, ос- . танавливается.

Во всех случаях двигатель c поврежденными роторными стержнями, работающий под нагрузкой, потребляет из сети. увеличенный ток й .перегревается больше исправного. Y него возрастают время разгона, скольжение и добавочные потери, уменьшается коэффици ент мощности. Внешним признаком наличия обрывов стержней короткозамкнутых обмоток являются повышенная вибрация и шум при работе, увеличивающиеся при росте нагрузки электродвигателя..

На практике при диагностировании короткозамкнутой обмотки роторов измеряют ток в фазе обмотки статора, поворачивая ротор вручную. Если двигатель не приспособлен к диагностированию. (от - сутcтвyет вывод от межкатушечного соединения одной из фаз об-

мотки), одну фазу обмотки статора включают на напряжение переменного тока; равное 10-15 % от номинального, и при медленном проворачивании ротора измеряют ток в цепи .питания (рис. 2 .126 б) c помощью самописца. Изменение тока при проворачивании ротора указывает на нaличие обрыва стержней, после чего электродвигатель подлежит разборке, точному установлению количества поврежденных стрежней й ремонту

ос' cг Оcэ

Сб C4 ЮCS

Рис. 2.126 б: Схема диагностирования короткозамкнутой обмотки .ротора

295 Глава 2. Электромагнитные устройства u электрические машины

Обрыл фазы трехфазной обмотки ротора АД c контактными кольцaми (фазнь м ротором). При обрыве одной фазы роторной цепи возникает так называемый эффект Гергеса, заключающийся в том,что 'при работе двигателя частота вращёния ротора снижается примерно в два раза, a ток в обмотках статора резко возрастает. Этот эффёкт возникает независимо от места, где произошел обрыв : в обмот- ке ротора, щеточном аппарате или реостате. ;

Для выявления неисправностей нужно отсоединить реостат от роторной цепи и поочередно проверить целость цепей ротора, щеточного аппарата и реостата с помощью тестера или контрольной

лампой (рис. 2.126 в).

Рис. 2.126 в. Схема обнаружения обрыва в обмотке ротора:

1--2-3 --контактные кольца; 4— ротор

Вначале проверяют исправность обмотки ротора, касаясь концами контрольной лампы поочередно первого и второго, второго и третьего, первого и третьего колец. Так же проверяют надежность

контактов щеток c кольцами и целость проводников, соединяющих щетки c клеммником ротора, . и реостат.. Каждая из трех проверок

делается при всех положениях переключателя реостата. Если проверяемая цепь исправна, лампа горит.

Мех нитховое и междуфазное замыкание в обмотке ротора двига-

тeля c контактными кольцами. При межвитковом замыкании пере-

греваются обе обмотки: и роторная, и статорная. Если замкнутых витков много, двигатель под нагрузкой долго разворачивается и сильно нагревается. При межфазном замыкании двигатель разворачивается даже при разомкнутых кольцах; .чаще всего до половинной

частоты вращения, а по обмотке статора проходит изменяющийся ток, который может бьУть больше номинального.

Неправильное соедд неняё фаз обмоткН статора. У двигателей, имеющих шесть выводов обмотки статора, это случается довольно часто из-за того, что в процессе эксплуатации, ремонта, при небреж-

ной транспортировке или хранении может быть перепутана, неверно сделана или вовсе утеряна маркировка выводных концов.

один из возможных вариантов ошибочного подключения фаз

• обмотки статора — «перевернутая» фаза. Двигатель, включенный таким образом, вращается c `ненормальным гулом, плохо разгоняется, сила тока во всех трех фазах.различна и даже при холостом ходе превышает.номинальную, частота вращения ротора часто оказывается наполовину ниже номинальной.

Восстановить маркировку выводов статорной обмотки можно, например, с помощью тестера (рис., 2.127, a).

Вначале необходимо определить принадлежность выводных концов к отдельным фазам статорной обмотки. Для этого их отсоединяют друг от друга и первую клемму тестера, установленного на измерение сопротивления, присоединяют к одному из шести выводов обмотки статора. Подключая вторую клемму тестера поочередно ко всем оставшимся выводам обмотки, находят тот из них, который

электрически связан с первым. Это и будут выводы одной из трех

фаз двигателя. . Аналогичным образом из оставшихся выбирают выводы второй,

a затем и третьей фазы статорной обмотки.

На выводы одной из фаз 'вешают' (пока произвольно) бирки c надписями С'1--С'4, второй -- С'2--С'5 и третьей С'3-С'б (рис. 2.127, б) . '

Для определения действительных начал и концов обмоток к С'1— С'4 присоединяют клеммы тестера, включенного на измерение напряжения. .

Две оставшиеся фазы соединяют последовательно, объединив между собой выводы С'5 и С'б, a C'2 и С'3 подключив к сети пере-

а -- определения принадлежности выводов статорной обмотки к отдельным фазам; б и в --нахождения начала и конца одной из фаз обмотки' (б -- стрелка тестера дает отклонение; в - не отклоняется от нуля)

297 Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины

a

Рис. 2.128. Разметка выводов фаз статорной обмотки: a -- без напряжения; 6— с напряжением

менного токасм(. рис. 2.127 , .6). После этого подают напряжение (лучше пониженное), включив на 1 -2 рубильп, iк S1.

Если концы обмоток 2-й и 3-й фаз соединены между собой, a к

их началам подведено напряжение, то ток, проходя по обмоткам, создает магнитные потоки, силовые линии которых не пересекают витки обмотки 2-й фазы. ЭДС в ней индуцироваться не будет и вольтметр не покажет напряжения (рис. 2.128, a). Обозначают концы обмоток C5 и Сб, а начала -- C2 и СЗ. Если соединены между собой конец 2-й (C'5) _и начало З-й фазы (С'З), то ток, протекающий по обмоткам, создает магнитный поток, силовые линии кото-

рого будут пронизывать витки обмотки 1 -й фазы и индуктировать в

ней ЭДС . Вольтметр, подключенный к выводам обмотки первой фазы, покажет величину этой ЭДС (рис. 2.128, 6).

Для определения начала Cl и. конца C4 1-й фазы можно присоединить вольтметр, например,. ко второй фазе, а i -ю и З-ю включать аналогично (рис. 2.128, в). .

Разметку выводов трехфазных обмоток проводят c помощью аккумулятора или сухого элемента напряжением около 2B и вольт-

метра постоянного тока. :

Вначале определяют выводы, принадлежащие 1, 2 и З-й фазам (вольтметром иди тестером). далее произвольно маркируют фазы, принимая одну из них за первую. на ее выводы навеивают времен-

ные бирки C1—С4: на 2-ю фазу C2—05, a на З-ю — СЗ— Сб. Источник постоянного напряжения подключают к выводам 1-й фазы (рис. 2.4.45); «плюс» к началу фазы C l, а «минус к концу C4. 'К

выводам других фаз поочередно присоединяют вольтметр постоян-

ного тока. Если при замыкании рубильника стрелка вольтметра от-

клоняется вправо, начало фазы будет присоединено к «минусу» ис-

точника. -

тельно .ее корпуса или между обмотками при рабочей температуре должна быть не менее 0,5 МОм. Большинство двигателей имеет сопротивление изоляции 2--3 МОм. Если оно составляет менее 0;5 МОм (при 2'0°C), обмотки статора и фазного ротора сушат. При таком же значении сопротивления изоляции после очистки и сушки эти обмотки подлежат замене во время капитального ремонта.

Техническое состояние корпусной и междуфазной изоляции статора, а также изоляции обмотки ротора может быть определено и по

. величине тока утечки при помощи прибора АС - 23 . Сушке реко-

мендуется подвергать обмотки, изоляция которых имеет большие токи утечки ($0--150 мкА). .

Как ,уже отмечалось выше, некоторая часть неисправностей и повреждений электродвигателей (особенно механических) не оказывает непосредственного влияния на величину расхода электроэнергии, потребляемой из сети, но они могут в. 'процессе работы воздействовать на энергетические параметры двигателей или привести к другим неисправностям.

Так например, неравномерный воздушный зазор между сердеч-

ником статора и ротором может возникнуть вследствие чрезмерного износа или повреждения подшипников, прогиба вала и т. д. По

мере износа подшипников возрастает неравномерность воздушного зазора, что вы зывает увеличение вибрации, скольжения, температуры в зоне наименьшёго зазора. При задевании ротора за статор

. нарушается. межлистовая изоляция сердечников магнитопроводов. A это приводитк недопустимому повышению температуры отдельных участков и всего магнитотдровода, сильному нагреву обмоток, выгоранию части магнитопровода (пожар в стали). B отдельных случаях выходят из строя обмотки, так как зубцы сёрдечника статора

могут сдвинуться, из-за чего возникает межвитковое или междуфаз ное замыкание ' в обмотке статора.

2.4.33.2. Общие положения системы планово -предупредительного ремонта электродвигателей

Основным способом обеспечения длительной безаварийной работы Ад на строительных площадках является организация системы планово-предупредительного ремонта (ППР), которая включает мероприятия по плfанированию, подготовке и ведению ремонта, 'а также техническому обслуживанию электрических машин.

Техническое обслуживание (ТО) предусматривает уход за электрооборудованием, и в частности за асинхронными двигателями; ведение их осмотров, контроль за соблюдением режимов работы, выполнение типовых инструкций заводов-изготовителей и местных,.