Эксплуатация и ремонт электрических машин: Методические указания к выполнению лабораторных работ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Методические указания к выполнению лабораторных работ

Факультет ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654500 – электромеханика, электротехника, электротехнология; 180100 - электромеханика

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2005

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.313 Эксплуатация и ремонт электрических машин: Методические указания к выполнению лабораторных работ. – СПб.: СЗТУ, 2005. - 34 с. Методические указания разработаны в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654500 – «Электротехника, электромеханика, электротехнология» (специальность 180100 – «Электромеханика»). Приведены краткие теоретические положения, необходимые для понимания сути выполняемых работ, схемы лабораторных установок и их описание, изложены программы лабораторных работ. Рассмотрено на заседании кафедры электротехники и электромеханики СЗТУ 15 декабря 2003 г., одобрено методической комиссией энергетического факультета 4 октября 2004 г.

Р е ц е н з е н т ы: кафедра ЭТиЭМ СЗТУ (зав.кафедрой В.И.Рябуха, канд.техн.наук, проф.); В.В. Митин, канд.техн.наук, начальник группы проектирования электрических машин средней мощности филиала ОАО "Силовые машины " "Электросила".

Составитель

В.В.Колесников, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2005

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Целью данных лабораторных работ является получение практических навыков, необходимых для технически грамотного выполнения правил эксплуатации электрических машин. Методические указания к выполнению лабораторных работ выполнены в соответствии с программой дисциплины «Эксплуатация и ремонт электрических машин». Основные теоретические положения, необходимые для успешного выполнения лабораторных работ, изложены в соответствующих разделах данного методического пособия. Для выполнения работ студенческая группа разделяется на бригады по 2-3 студента. Очередность выполнения лабораторных работ указывается преподавателем. Черновик с результатами хода выполнения лабораторной работы является общим для членов бригады. Отчет о проделанной работе оформляется каждым студентом самостоятельно. Перед началом работы необходимо ознакомиться с паспортными данными объекта исследований и подготовить черновик протокола испытаний. ПРАВИЛА СОСТАВЛЕНИЯ ОТЧЕТА Отчет по выполненной лабораторной работе оформляется на сброшюрованных листах формата А4 или в отдельной тетради. Содержание отчета указано в конце каждой программы лабораторной работы. При оформлении отчета следует руководствоваться ГОСТ 2.105-79*. Выводы по каждой лабораторной работе должны основываться на приобретенных в ходе изучения теоретического курса знаниях и отражать конкретные результаты проделанных опытов. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙЙ СПИСОК 1. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. – Л.: Энергоиздат, 1984. – 408 с. 2. Справочник по электрическим машинам. В 2-х т./Под общ. ред. И.П Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 456 с.

Р А Б О Т А 1. ПРОВЕРКА СХЕМ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И ТРАНСФОРМАТОРОВ I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Приобретение практических навыков проверки схем соединения обмоток электрических машин и трансформаторов для установления требуемой полярности напряжения и направления вращения и группы соединения трехфазного трансформатора. I I. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ После монтажа перед пуском обязательно проверяют электрическую часть машин. Выводы машины постоянного тока малой и средней мощности сосредоточены на доске зажимов коробки выводов. Обозначения выводов обмоток машин постоянного тока по ГОСТ 183 – 74** приведены в табл.1. Таблица 1 Наименование обмоток Обмотка якоря Обмотка добавочных полюсов Компенсационная обмотка Последовательная обмотка возбуждения Параллельная обмотка возбуждения Независимая обмотка возбуждения Пусковая обмотка Уравнительная (ый) обмотка (провод) Обмотка особого назначения

Обозначение выводов Начало

Конец

Я1 Д1 К1 С1 Ш1 Н1 П1 У1 01; 03

Я2 Д2 К2 С2 Ш2 Н2 П2 У2 02; 04

Принципиальная (а) и монтажная (б) схемы двигателя постоянного тока смешанного возбуждения при правом направлении вращения показаны на рис.1. Направление вращения считается правым, когда якорь машины вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны приводного конца вала. Для машин, имеющих два выходных конца вала, правое направление

вращения определяется вращением противоположного коллектору.

по

часовой

стрелке

конца

вала,

Рис.1 При правом вращении машины в режиме двигателя ток во всех обмотках, кроме размагничивающих главных полюсов, протекает от начала (цифра 1 после соответствующей буквы) к концу (цифра 2). Один из зажимов якоря (щеточная траверса) и один из зажимов добавочных полюсов обычно соединяются наглухо внутри машины, а на доску зажимов выводятся остальные выводы якоря и полюсов. Для борьбы с радиопомехами иногда обмотка добавочных полюсов разбивается на две части, подключаемые по обе стороны якоря. В этом случае на доску вместо зажимов Я1, Я2 выводятся начало первой половины Д1 и конец второй половины Д2 обмотки добавочных полюсов. Машины большой мощности доски зажимов не имеют, выводные концы обмоток, выполненные медной шиной или кабелем с наконечником, прикрепляются к нижней части станины. При этом выводятся зажимы якоря Я1 параллельной обмотки Ш1 и Ш2, компенсационной обмотки К2 и зажимы специальных обмоток. В машинах постоянного тока правого вращения начало обмотки якоря (Я1) находится на щетках той полярности, к которой присоединяют положительный провод сети (+Л1) независимо от того, в двигательном или

генераторном режиме работает машина. Таким образом, у двигателя ток из сети направляется к зажиму Я1, а у генератора – от зажима Я1 в сеть. Изменение направления вращения двигателя постоянного тока достигается изменением направления тока в обмотках главных полюсов или в якоре совместно с добавочными полюсами и компенсационной обмоткой. Так, если реализуется левое вращение машины, то вывод Я1 (Д1) присоединяется к +Л1 источника питания (рис. 1,а). При этом для обеспечения согласного включения параллельной и последовательной обмоток возбуждения направление тока в последней также изменяется на обратное. Выбор варианта соединения выводных концов на практике определяется требованиями наиболее удобного монтажа ошиновки. Может оказаться необходимым, например, изменить направление вращения генератора изменением направления тока в якоре из-за нежелательности или невозможности (по местным условиям) изменить направление остаточного намагничивания для обеспечения самовозбуждения машины (что достигается, как известно, только при совпадении направлений магнитных потоков обмотки возбуждения и остаточного намагничивания). Выводы обмоток машин переменного тока маркируют в соответствии с ГОСТ 183 – 74** (ранее разработанные или модернизируемые машины) или по ГОСТ 26772 – 85* (вновь разрабатываемые машины) (табл. 2). Таблица 2 Схема соединений обмоток Открытая схема

Число Наименование выводов выводов

6 3

Звезда 4 Треугольник

3

1-я фаза 2-я фаза 3-я фаза 1-я фаза 2-я фаза 3-я фаза Нейтраль 1-й зажим 2-й зажим 3-й зажим

Обозначение Начало

Конец

С1 (U1) С2 (V1) С3(W1)

С4 (U2) С5 (V2) С6(W2)

С1 (U1) С2 (V1) С3 (W1) N (P) С1 (U1) С2 (V1) С3 (W1)

Большинство двигателей переменного тока малой и средней мощности на доске зажимов имеет шесть выводов. При этом выводы фаз статорной обмотки присоединены к выводам на доске зажимов так, чтобы с помощью перемычек можно было легко соединять обмотки в треугольник или звезду. Например, при напряжениях 220/380 В, которым соответствуют схемы соединений фаз Δ/Υ, монтаж выводов будет выполняться согласно рис.2 а, б.

Рис. 2 Контактные кольца роторов асинхронных двигателей трехфазного тока обозначают так же, как присоединенные к ним выводы обмотки ротора; при этом расположение колец должно быть в порядке цифр, указанных в табл. 3, а кольцо Р1 должно быть наиболее удаленным от обмотки ротора. Таблица 3 Количество выводов на контактных кольцах

Название выводов

Обозначение выводов

3

Первая фаза Вторая фаза Третья фаза

Р1 Р2 Р3

4

Первая фаза Вторая фаза Третья фаза

Р1 Р2 Р3

Нулевая(нейтральная) точка

0(N)

Для машин с одним направлением вращения порядок чередования цифровых обозначений начал и концов выводов должен соответствовать порядку чередования фаз для данного направления вращения. Изменение направления вращения трехфазного двигателя производится переменой местами подключения к сети двух любых питающих проводов. Обозначения выводов обмоток трансформаторов должны соответствовать требованиям ГОСТ 11677–85, согласно которому в трехфазных двухобмо-точных трансформаторах обозначают: А, В, С; Х, Υ, Z – начала и концы обмотки ВН; а, в, с; x, y, z – начала и концы обмотки НН; зажимы нейтрали при соединении в звезду обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений – N и n. При этом понятия начала и конца обмоток носят условный характер. Расположение выводов на крышке бака трехфазного двухобмоточного трансформатора показано на рис.3.

Рис. 3. а – двухобмоточные трехфазные трансформаторы мощностью 5-6300 кВ·А с ВН до 35 кВ; б – двухобмоточные однофазные трансформаторы всех номинальных мощностей и напряжений; в – двухобмоточные трансформаторы мощностью 4000 кВ·А и более с ВН 110 кВ, а также мощностью 10 000 кВ·А и более для всех напряжений; г – трехобмоточные однофазные трансформаторы всех номинальных мощностей и напряжений

Обмотки трехфазных двухобмоточных трансформаторов могут быть соединены: Y/Y, Δ/Δ, Υ/Δ, Δ/Υ, Υ/Ζ, Δ/Ζ. Эти схемы образуют 12 различных групп соединений, характеризуемых углом сдвига фаз линейных ЭДС первичной и вторичной обмоток (значение угла, как известно, кратно 30о). Схемы Y/Y, Δ/Δ, Δ/Ζ образуют четные номера групп, схемы Υ/Δ, Δ/Υ, Υ/Ζ – нечетные (номер группы определяется как частное от деления угла сдвига фаз на 30о). Группы 0 (или 12) и 6 являются основными четными группами, группы 5 и 11 – основными нечетными. Остальные группы являются производными и образуются путем круговой перемаркировки зажимов без изменения самих внутренних соединений. Так, из группы 0 могут быть образованы группы 4 и 8, из группы 6 – 10 и 2, из группы 11 – 3 и 7, из группы 5 – 9 и 1. В России согласно ГОСТ 11677-85 выпускаются трансформаторы только с группой соединения обмоток: однофазные – I/I – 0; трехфазные двухобмоточные – 0, 11 и 11 с выводом нулевой точки звезды (в случае необходимости) (Y/Yн – 0, Υ/Δ – 11, Υн/Δ – 11, Δ/Υн - 11). I I I. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ПОРЯДОК ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЯ При выполнении лабораторной работы предполагается, что обозначение выводов обмоток электромашины (трансформатора) на доске зажимов отсутствует или выводы выполнены проводами без обозначений. 3.1. Проверка соединения выводов обмоток машины постоянного тока При известной маркировке начал и концов обмоток производят пробный пуск машины постоянного тока. Если ток в обмотках протекает в направлении от их начала к концу, что может быть определено по правильному отклонению стрелок измерительных приборов, то в режиме двигателя машина должна иметь правое вращение. В случае левого вращения якоря необходимо проверить правильность маркировки выводов обмотки. В генераторном режиме при левом вращении ток в якорной обмотке имеет направление от начала к концу, а в параллельной обмотке – обратное.

Если маркировка зажимов обмоток отсутствует, то определение начал и концов обмоток и их назначение осуществляют следующим образом: 3.1.1. "Прозвонкой", используя омметр (мегаомметр), находят соответствующие друг другу концы обмоток; 3.1.2. Измеряют (омметром, вольтметром и амперметром, измерительными мостами) сопротивления обмоток и по их величине определяют назначение обмоток (Я1-Я2, Д1-Я2, Ш1-Ш2, С1-С2 и т.д., см. рис. 1, а); 3.1.3. Маркируют концы обмоток и, собрав схему двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, производят пробный пуск. По работе двигателя и направлению вращения якоря окончательно устанавливают правильность назначения обмоток и маркировки их начал и концов. 3.2. Проверка соединения выводов обмоток трехфазного асинхронного двигателя 3.2.1. Двигатель с шестью выводами На доске зажимов имеется 6 шпилек, к концам которых с другой стороны доски присоединены выводы фаз статорной обмотки двигателя. Для определения начал и концов обмоток и порядка чередования фаз для правого (левого) направления вращения ротора следует: 3.2.1.1. Найти "прозвонкой" попарно концы обмоток отдельных фаз; 3.2.1.2. Подключить к обмотке одной из фаз через выключатель источник постоянного тока напряжением 1,5…2 В (плюс – к условному произвольно выбранному "началу", минус – к условному "концу" обмотки); 3.2.1.3. Присоединить к обмотке второй (другой) фазы милливольтметр; 3.2.1.4. Замкнуть выключатель. При его размыкании определить по вольтметру направление индуктируемой ЭДС во второй обмотке. На условном "начале" обмотки также будет плюс, а на "конце" – минус; 3.2.1.5. Определить аналогичным образом условные "начало" и "конец" третьей фазы;

3.2.1.6. Соединить выводы обмоток соответствующим образом (звездой или треугольником – согласно паспортным данным), произвести пробный пуск двигателя и определить направление вращения ротора и порядок чередования фаз. 3.2.2. Двигатель с четырьмя выводами Если на доске зажимов имеется четыре вывода, это означает, что обмотка статора выполнена по схеме "звезда с выведенной нейтралью", остается только найти общий нейтральный вывод и начала фаз обмотки статора – С1, С2 и С3. Для этого следует: 3.2.2.1. Найти "прозвонкой" попарно концы обмоток отдельных фаз и определить общий вывод – n; 3.2.2.2. Обозначить любой из оставшихся выводов фаз как С1; 3.2.2.3. Установить выводы начал 2-й и 3-й фаз с учетом требуемого направления вращения, которое указано либо стрелкой на корпусе двигателя, либо в эксплуатационных требованиях паспорта соединяемой рабочей машиной; 3.2.2.4. Собрать рабочую схему машины и убедиться в правильности определения выводов. 3.2.3. Двигатель с тремя выводами При трех выводах на доске зажимов асинхронного короткозамкнутого двигателя рекомендуется следующий порядок проверки соединения фаз статора: 3.2.3.1. Установить "прозвонкой", используя омметр (мегаомметр), целостность обмоток; 3.2.3.2. Измерить высоту оси вращения машины (h) или наружный диаметр статора d30 и полную длину машины l30. По найденным габаритным размерам устанавливаем типоразмер двигателя; 3.2.3.3. Подключить двигатель к сети напряжением 220 В и измерить частоту вращения холостого хода, по которой определить число полюсов двигателя 2p;

3.2.3.4. Найти по известным габаритным размерам и числу полюсов двигателя из справочника по электрическим машинам примерную величину мощности; 3.2.3.5. Включить в одну из фаз двигателя амперметр с нормирующей величиной предварительно рассчитанного номинального тока двигателя. Подать на двигатель напряжение 220 В и измерить ток холостого хода. Для асинхронных двигателей серии 4А ток холостого хода составляет примерно 35% от номинального тока (I10 ≈ 0,35Iном. или Iном. ≈ 2,85I10 ). 3.2.3.6. По определенной величине тока Iном., числу полюсов 2p и габаритным размерам уточняем величину номинальной мощности и схему соединения фаз статорной обмотки. 3.3.

Проверка трехфазных трансформаторов

3.3.1. Определение принадлежности обмоток к высокой (ВН) и низкой (НН) сторонам выполняется следующим образом: 3.3.1.1. Находим "прозвонкой" концы обмоток и обозначаем их, например, а-б, в-г … или 1-2, 3-4…; 3.3.1.2. Подключаем к любой из обмоток регулируемый источник переменного напряжения (или подводим переменное напряжение через ЛАТР). Подаем на обмотку напряжение 10…20 В (для чего необходимо включить в цепь вольтметр); 3.3.1.3. Измеряем вольтметром напряжение на других обмотках и записываем показания в таблицу по форме 1. По результатам измерений вычисляем коэффициент трансформации и определяем принадлежность обмоток стороне ВН и НН; 3.3.1.4. Определяем принадлежность обмоток к стержням; выбираем одну из обмоток ВН (или НН) и подключаем её через ЛАТР к источнику переменного напряжения. Установив ЛАТРом напряжение 15…20 В, измеряем напряжение на других обмотках соответствующей стороны ВН (или НН). По величинам измеренных напряжений устанавливаем, что если U1>U2>>U3 (или U2 >U3), где U1 – напряжение питания, подведенное к первой обмотке; U2, U3 – напряжения на второй и третьей обмотках

соответственно, то обмотка с напряжением U1 расположена на стержне 1(А), с напряжением U2 – на 2-м (В) стержне и с U3 – на 3-м (С) стержне. Если напряжение на первом стержне U1 >U2 и U1 >U3, а U2 ≈ U3, то обмотка с напряжением U1 находится на среднем 2-м (В) стержне, а обмотки с напряжениями U2 и U3 на крайних стержнях А и С. 3.3.1.5. Повторяем опыт, подав напряжение питания на другую обмотку (В или С). Измеряем напряжения на других обмотках. По результатам измерений устанавливаем принадлежность обмоток ВН (или НН) стержням А, В и С соответственно. 3.3.1.6. Определяем начала и концы обмоток; выбираем одну из обмоток ВН (или НН) и устанавливаем ей произвольно начало "А (или а)" и конец "Х (или х)". Присоединяем к концу обмотки Х (или х) вывод другой обмотки. На зажимы первой обмотки А-Х (или а-х) подаем напряжение U ≈ 15…20 В и измеряем напряжение на выводах А-Х (или ах), затем на А-2 (или а-2). Если измеренное напряжение окажется равным удвоенному значению U, то обмотки включены согласно и для второй обмотки вывод "1" является началом, а вывод "2" – концом, в противном случае, когда напряжение между выводами А-2 окажется близким нулю, обмотки включены встречно, т.е. вывод "1"является концом, а вывод "2"началом. 3.3.1.7. Определяем принадлежность обмоток ВН и НН к стержням; подаем от источника переменного тока напряжение 15…20 В на одну из обмоток ВН или НН, например на А-Х. IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по лабораторной работе должен содержать: − цель работы; − схемы измерений параметров и технические данные измерительных приборов; − краткое описание выполненных опытов проверки соединения обмоток электрических машин; − краткое описание опытных двухобмоточного трансформатора;

исследований

трехфазного

− краткие выводы.

Р А Б О Т А 2. ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН НА НАГРЕВ I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Получение практических навыков измерения температуры частей электрической машины методами сопротивления и термометра. Определение установившегося превышения температуры по кривой нагрева машины графическим методом. II. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Эксплуатационные испытания теплового состояния электродвигателей проводятся для проверки соответствия их паспортным данным и приводимому механизму. Тепловое состояние характеризуется превышением температуры отдельных частей двигателя и может определяться либо непосредственно при работе в заданном режиме, либо косвенно. В последнем случае проводится ряд опытов, в которых двигатель нагревается не сразу всеми потерями мощности, соответствующими данному режиму, а поочередно потерями отдельных видов. После этого расчетным путем определяется результат их совместного действия. Кроме того, существует искусственный метод определения теплового состояния, сводящийся к испытанию машины в таком режиме, при котором нагревание соответствует реальному режиму, но который является более экономичным и легче реализуется на практике.

Требования, предъявляемые к нагреванию электрических машин во время эксплуатации, направлены на обеспечение их долговечности в наиболее уязвимой части – изоляции. Срок службы электрических машин во многом определяется не механическим износом, а старением изоляции, т.е. необратимым ухудшением её свойств вследствие тепловых, электрических и механических воздействий на неё. Процесс старения происходит под действием высоких температур. Однако, если температура не превосходит некоторого предела нагревостойкости, то старения изоляции практически не наблюдается и электрическая машина будет работать продолжительное время. Этот предел тем выше, чем меньше веществ органического происхождения входит в состав изоляции. В зависимости от предельной температуры, характеризующей нагревостойкости, изоляционные материалы разделяются на классы (табл.4). Таблица 4 Класс нагревостойкости

Y

A

E

B

F

H

C

Предельная температура, °C

90

105

120

130

155

180

>180

Для измерения температуры частей электрической машины применяются три основных метода (ГОСТ 183-74** и ГОСТ 11828-86): метод сопротивления, метод термометра и метод заложенных термопреобразователей. Метод сопротивления основан на изменении сопротивления металлического проводника при изменении его температуры. Он применяется для определения температуры изолированных обмоток. В соответствии с этим методом превышение температуры нагретой обмотки определяют по формуле θобм. =

RГ − R Х 1 ( − θ + θХ ) + θХ , RХ α

°C,

где RХ - сопротивление обмотки в практически холодном состоянии при температуре θХ; RГ - сопротивление обмотки в нагретом состоянии; α – температурный (или термический) коэффициент сопротивления материала обмотки, отнесенный к некоторой условной температуре θ. Для обмотки из меди с учетом температурного коэффициента, отнесенного к θ = 15°C, α = 0,004 град-1 превышение температуры обмотки над температурой охлаждающей среды θо , будет

Δθобм. = θ Г − θ 0 = 250

RГ − R15 +15 − θ0 , °C, R15

где θ0 - начальная температура входящего в машину охлаждающего (газа) воздуха (начальная температура обмотки), °C;

RХ

R15 = 1+ α (θ

Х

−15 )

- сопротивление

обмотки, приведенное к температуре 15°C. Для обмотки, изготовленной из алюминия в формуле нужно заменить коэффициент 250 на 260. Необходимо подчеркнуть, что метод сопротивления дает среднее значение температуры обмотки, отдельные участки которой могут быть нагреты выше. Метод термометра состоит в определении температуры в той или иной точке на поверхности какой-либо части машины с помощью термометров. К термометрам относятся как термометры расширения (ртутные, спиртовые), так и другие измерители (например, манометрический термометр), если они могут быть приложены к доступным поверхностям частей машины. Для улучшения контактирования с нагретой поверхностью и повышения точности измерения резервуар термометра расширения следует обернуть оловянной или алюминиевой фольгой, стремясь обмять её так, чтобы она хорошо прилегала к поверхности и между её слоями не оставалось воздушных прослоек. Обернутую часть термометра целесообразно прикрыть сухой ветошью или ватой и плотно прижать к нагретой поверхности. Если точка измерения температуры располагается в переменном магнитном поле, то применение ртутного термометра не обеспечивает точности измерения, так как в ртути могут индуктироваться вихревые токи, её нагревающие и увеличивающие показания. Для измерения температуры частей электрических машин наиболее подходящими из ртутных термометров являются лабораторные с пределами измерения 100…150°C либо палочные. Манометрические термометры, в которых измерительным органом служит манометр, измеряющий повышение давления в замкнутом объеме, применяются, главным образом, для измерения температуры масла в подшипниках. Методом термометра можно определить только местные нагревы в доступных местах поверхности. Поскольку температура внутри отдельной

части машины может заметно отличаться от температуры не её поверхности, то метод термометра дает несколько заниженные значения температуры. Метод заложенных термопреобразователей обеспечивает возможность контроля температуры в отдельных точках электрической машины. Термопреобразователи (термопреобразователи сопротивления, температуры или полупроводниковые терморезисторы) служат, главным образом, для измерения температуры обмоток и сердечников якорей крупных машин и закладываются в соответствующие места при их изготовлении. III. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ПОРЯДОК ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ 1. Ознакомиться с установкой и её схемой. Записать в протокол испытаний номинальные данные испытуемой машины и используемых приборов. 2. Измерение сопротивления обмотки возбуждения в холодном состоянии Измерения проводятся по методу амперметра и вольтметра на неработающей холодной машине. В обмотку подается небольшой ток I В

и

быстро производятся три отсчета при разных значениях тока. Среднее значение измеренного сопротивления RВ =

3 ∑ RВi / 3, i =1

где R Вi = UВi/IВi; UВi, IВi – измеренные в i-м опыте напряжение (В) и ток (А) 3. Опытное снятие кривой нагрева машины Весь режим нагрева электромашины выполняется при постоянной мощности P2 = const. (IЯ = const.) нагрузки, номинальной или близкой к номинальной. Для снятия кривой нагревания обмотки необходимо через равные промежутки времени, например, Δt = 3 мин, фиксировать показания вольтметра и амперметра в цепи возбуждения. Машина при этом должна работать с номинальной нагрузкой (IЯ= IЯ ном.= const.) при номинальном токе возбуждения IВ = IВ ном.

Опыт прекращают при достижении обмоткой возбуждения установившейся температуры θуст., когда температура в течение 3-4 измерений остается практически неизменной. Необходимо зафиксировать температуру(θХ = θ0) окружающего воздуха. Опытные и расчетные данные целесообразно свести в форму 1. Форма 1 Опыт t, мин

Расчет

UВ, В

IВ, А

R = UВ /IВ, Ом

θ=(RГ /RХ -1)(235+ θХ ), ºC

По данным табл. формы 1 строят кривую нагрева машины θ = f(t) (рис. 4). Превышение установившейся температуры обмотки возбуждения Δθобм вычисляется по приведенной выше формуле. Руководствуясь сведениями из формы 1, делают вывод о соответствии состояния изоляции обмотки классу нагревостойкости применённых в машине изоляционных материалов.

Рис. 4

Рис. 5

4. Определение температуры частей машины методом термометра Опыт выполняется сразу после остановки машины. Наконечник термометра непосредственно или наконечник, обмотанный фольгой, плотно прикладывают к доступным частям машины: коллектору (обязательное

измерение), лобовые части обмотки статора и якоря, щеткодержатели и щетки, подшипники (подшипниковые крышки изнутри машины и снаружи). Замеры производить через равные промежутки (в 3 мин.) до момента достижения температуры на контролируемых частях машины θизм. = θ0. Так как после выключения машины и полной остановки якоря, когда регистрируется первая точка, пройдет некоторое время Δt, то для нахождения действительной температуры коллектора во время работы генератора снятый участок кривой необходимо продолжить до пересечения с осью ординат(рис.5). Записать результаты измерений в форму 2. Форма 2 t, мин

0

3

6

9

12

15

θ, ºC IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по лабораторной работе должен содержать: − цель работы; − описание порядка выполненных опытов; − результаты измерений и вычислений; − кривые нагревания и охлаждения; − оценку погрешностей измерений; − краткие выводы по работе.

18

21

24…

Р А Б О Т А 3. ДЕФЕКТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПРИ ТЕКУЩЕМ РЕМОНТЕ I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Приобретение практических навыков выполнения дефектации электрических машин (изделий), определение состояния и повреждений деталей и узлов машины для установления их целостности, характера повреждений и объема необходимого ремонта. I I. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Текущий ремонт электрической машины выполняется для обеспечения или восстановления её работоспособности. В объем текущего ремонта входят: очистка наружных поверхностей от грязи, пыли, масел; разборка машины в требуемом для производства ремонта объеме; промывка и замена подшипников; замена смазки подшипников; осмотр, очистка и продувка сжатым воздухом статорных и роторных (якорных) обмоток, коллекторов, вентиляционных каналов; проверка состояния и надежности крепления лобовых частей обмоток и устранение дефектов; покрытие лобовых частей обмоток эмалями; зачистка и продораживание коллектора. Процесс определения неисправностей, дефектов электрической машины называют дефектацией. Различают две стадии – дефектацию машины в сборе (при приемке её в ремонт) и после разборки и мойки её деталей и узлов. Дефекты подразделяют на явные и скрытные. Явные поверхностные дефекты обнаруживают глазом, а скрытые (внутренние) и поверхностные, не различимые глазом, выявляют с помощью специальных, инструментальных средств. Дефектация необходима для выявления у деталей эксплуатационных дефектов, возникших в результате изнашивания, коррозии, усталости материала и других процессов, а также из-за нарушений режимов работы и правил технической эксплуатации машин. Дефектации подвергаются все детали и узлы после разборки машины. Степень разборки узла определяется при дефектации. Если узел не имеет

повреждений, её разборку не производят. По результатам дефектации устанавливают объем необходимого ремонта. Резьбовые детали должны быть проверены калибрами третьего класса точности. Не допускаются срывы более двух ниток резьбы, трещины и надрывы болтов или уменьшение диаметров болтов более чем на 10%. Состояние изоляции удовлетворительное, если она гибкая, твердая, но не хрупкая, отдельные слои могут быть разделены, но сохраняют гибкость и взаимную связь, допускаются местные набухания. Состояние изоляции неудовлетворительное, если она обуглена, хрупкая, крошится, имеет трещины или сквозные прожоги, большие пустоты, обнаруживаемые легким нажатием, расслаивается и если отсутствует адгезия к меди. Изоляция соединительных и выводных проводов должна быть эластичной, без трещин, задиров и других механических повреждений. Обмотки должны быть надежно закреплены в пазах. При простукивании клиньев молотком должен быть слышен характерный глухой звук, без дребезжания. Не допускается, при наличии посадочных мест для клина (например, у якоря с открытыми пазами), удерживание его распором обмотки, клин должен быть плотно установлен на своем посадочном месте. Неисправные и неплотно установленные клинья подлежат замене. Контактные соединения должны быть плотными, контактные поверхности – ровными, без заусенцев и следов лака, эмали или других веществ, ухудшающих контакт. Места, подлежащие ремонту, должны быть помечены мелом. Результаты дефектации должны быть отражены в ведомости дефектов, где указываются: паспортные данные, результаты осмотра и обмера (выявленные дефекты). III. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ПОРЯДОК ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ 5. Ознакомиться с электрической машиной. Записать в ведомость дефектов номинальные данные испытуемой машины и приборов. 6. Разобрать машину: снять щиты, вынуть ротор, открыть вводную коробку и пр.

7. Произвести дефектацию деталей и сборочных единиц. Внешним осмотром установить состояние деталей и сборочных единиц машины. Измерить микрометром (или штангенциркулем) износ посадочных мест подшипников и замковых поверхностей на корпусе и подшипниковых щитах.

Форма 3 Предприятие

СЗ ГТУ

Цех ЭТиЭМ на поступившую в капитальный ремонт ……………………………………………………………………………………………… № п.п .

Наименование узлов и деталей, подлежащих ремонту, перечень дефектов и мероприятия по их устранению

Проверил ……………………………… …………..

ВЕДОМОСТЬ ДЕФЕКТОВ

Ответственны й исполнитель Примечания ремонта кол(фамилия, во должность)

Необходимые материалы и запасные части Наименование

ед. изм.

Начальник цеха (зав. лаб.)

………………………………….. …………………………

Руководитель ремонта (преподаватель, проводящий лаб. занятия)

Определить состояние изоляции и измерить мегомметром сопротивление изоляции. Для низковольтных машин (до 1000 В) оно должно быть не менее 1 МОм (при 15ºC). Результаты дефектации занести в ведомость по форме 3. 8. Собрать электромашину. IV. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по лабораторной работе должен содержать: − цель работы; − эксплуатационные данные машины; − описание процесса разборки; − ведомость дефектов с результатами дефектации; − краткие выводы по работе.

Р А Б О Т А 4. ПРОВЕРКА СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ВЕЛИЧИН СОПРОТИВЛЕНИЙ ПОСТОЯННОМУ ТОКУ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Приобретение практических навыков измерения сопротивления изоляции обмоток электрических машин относительно корпуса и других заземленных фаз, между фазами обмоток, а также измерение сопротивлений обмоток постоянному току различными способами. II. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Контроль состояния изоляции обмоток электрических машин и трансформаторов является важной составной частью их технического обслуживания. Периодическое измерение сопротивления изоляции позволяет прогнозировать дальнейшую эксплуатацию электрических машин и трансформаторов без повышенного риска их повреждения.

Сопротивление изоляции не является параметром электрооборудования, а лишь характеризует состояние изоляции в данный момент. Это сильно изменчивая величина, зависящая от температуры и увлажнённости изоляции и понижающаяся с их увеличением. Степень увлажненности изоляции оценивается величиной коэффициента абсорбции или отношением сопротивления изоляции R60 к сопротивлению R15. В отличие от температуры увлажненность не поддается количественной оценке, поэтому не существует абсолютных критериев минимально допустимого значения сопротивления изоляции. Заключение о состоянии изоляции и о возможности дальнейшей работы электрической машины (трансформатора) выносится на основании опытных данных и соответствующих нормативов, выработанных применительно к конкретным условиям эксплуатации. Сопротивление изоляции измеряют мегомметром. Выбор типа мегаомметра зависит от параметров электромашины (трансформатора) и производится как по пределу измерения, так и по номинальному напряжению. Схемы включения мегаомметра для измерения сопротивления изоляции обмоток электрических машин приведены на рис. 6. При измерении сопротивления изоляции показания мегаомметра записывают через 60 с (R60) после приложения напряжения. Предполагается, что за это время абсорбционный ток в основном уже прекратится. Низкое сопротивление изоляции (до десятка кОм) может быть следствием повышенной влажности изоляции либо её запыленности проводящей пылью или загрязнения. Для точного установления причин необходимо выполнить два измерения при различных направлениях тока через изоляцию. В случае получения различных результатов, обусловленных присутствием влаги, создающей ЭДС между медью обмотки и сталью сердечника машины, должен быть сделан вывод о необходимости сушки обмотки. Одинаковость результатов обоих измерений свидетельствует о чрезмерной запыленности, которая устраняется продувкой машины сжатым сухим воздухом и протиркой чистой сухой ветошью. При одновременном замасливании внутренних поверхностей машины следует их протирать ветошью, пропитанной растворителем (желательно негорючим) или даже промывать растворителями. В ряде случаев после этого может потребоваться восстановление слоя покровного лака.

Нормы на величину сопротивления изоляции обмоток различных электрических машин (трансформаторов) устанавливаются в стандартах или технических условиях на конкретные виды машин (трансформаторов). При этом учитывается, к какому значению температуры изоляции они относятся, и каким способом надлежит пересчитывать результат измерения, если температура, при которой он получен, имеет иное значение. Приближенно принимают, что сопротивление изоляции меняется приметно в 2 раза на каждые 20ºC изменения температуры. Поэтому температура изоляции обмоток также должна измеряться. По ГОСТ 183-74** допустимые значения сопротивления изоляции обмоток при рабочей температуре электромашины (около 70ºC) определяются не ниже значения RИЗ 60 ≥

UН , МОм, 1000 + 0,01S Н

где UН – номинальное напряжение данной обмотки, В; SН – номинальная мощность машины, кВА (кВт – для машин постоянного тока).

Рис. 6. а – измерение изоляции фазы относительно корпуса и других заземленных фаз;

б – измерение изоляции между обмотками; в – измерение изоляции соединительных обмоток по отношению к корпусу Применяемые на практике способы измерения сопротивления обмоток постоянному току должны обеспечивать быстроту выполнения измерений и их достаточную точность, а кроме того, должны допускать относительную подвижность измерительного устройства без его последующей настройки или регулировки. В процессе технического обслуживания электрических машин (трансформаторов) для измерения сопротивлений (омических) обмоток наиболее рациональным является способ вольтметра и амперметра. Этот способ позволяет быстро выполнить измерения, применение приборов соответствующего класса обеспечивает требуемую точность, легко может быть приспособлен к требованиям подвижности измерительного устройства. Применение данного способа предусматривает соблюдение следующих условий: • вольтметр следует присоединять непосредственно к выводам обмотки; • в качестве источника постоянного тока лучше использовать переносной аккумулятор, допустимо применение отдельного электрогенератора или сети постоянного тока при отсутствии в ней заметных колебаний напряжения; • схема должна содержать минимальное число разъемных соединений; • отсчет по приборам производят одновременно по команде, подаваемой наблюдателем на вольтметре, показания которого менее устойчивы; • измеряемый ток для исключения нагрева обмотки должен быть не выше 20% номинального тока обмотки, а длительность измерения – не более 1 мин; • сопротивление обмотки должно быть измерено не менее чем при трех значениях тока, переходя от больших к меньшим, при этом не рекомендуется изменять пределы измерений приборов. Для измерения сопротивлений амперметром и вольтметром могут быть применены две основные схемы (рис. 7)

Рис. 7. Точное значение сопротивления вычисляется по закону Ома, вводя поправки, учитывающие собственное потребление приборов: для схемы рис. 7, а U U RХ = = ; U − I i V IRV

для схемы рис. 7, б RХ =

U - I ⋅ RA U = − RA , I I

где U, I – показания вольтметра (В) и амперметра (А); RV, RA – сопротивления вольтметра и амперметра (Ом) соответственно. Другим распространенным способом измерения сопротивления обмоток постоянному току является способ омметра с логометром. Он характеризуется быстротой и простотой измерения, так как результат прямо указывается на шкале прибора стрелкой. Недостаток – невысокая точность, что в ряде случаев ограничивает его использование. Применение для измерения сопротивления обмоток одинарного моста (Уитстона) и двойного моста (Томсона) также не всегда оказывается целесообразным. Объясняется это тем, что стремление к обеспечению быстроты измерений мостовыми способами вступает в противоречие с точностью. Кроме того, стоимость моста с полной комплектацией достаточно высока. Независимо от того, каким способом измеряется сопротивление обмоток в холодном состоянии, его измеренное значение должно быть приведено к условной предельной температуре для того, чтобы была возможность его сравнения с расчетным сопротивлением или сопротивлением других аналогичных объектов. Rθ = RХ [1 + α(θ – θХ)], где α – температурный коэффициент линейного расширения проводникового материала (для меди α = 0,004 град-1, для алюминия α =0,0036 град-1); RХ –

сопротивление проводника в холодном состоянии, Ом; θХ – температура проводника в холодном состоянии, ºC. Определение сопротивлений трехфазных обмоток электромашины (или трансформатора) имеет некоторые особенности, связанные со схемой соединения фаз устройства. При шести выводах обмотки на доске зажимов или четырех при соединении фазных обмоток в звезду с выведенной нулевой точкой сопротивления фазных обмоток измеряются непосредственно. При измерении сопротивлений фаз, соединенных в звезду с глухой нейтралью, между каждыми двумя выводами оказываются включенными последовательно две фазные обмотки (рис.8, а) и результат измерения дает сумму их сопротивлений: RАВ = RА + RВ , RВС = RВ + RС, RСА = RС + RА, где RА, RВ , RС – сопротивления фазных обмоток.

Рис. 8 В результате решения этой системы относительно неизвестных сопротивлений фаз получаем RА = 0,5(RАВ + RСА – RВС); RВ = 0,5(RВС + RАВ – RСА); RС = 0,5(RСА + RВС – RАВ).

При соединении фазных обмоток треугольником между двумя выводами оказываются включенными параллельно две ветви, одна из которых состоит из одной фазы, а другая – из двух последовательно соединенных фаз (рис. 8, б). При этом результаты измерений дают: RАВ = RА (RВ + RС) ⁄ Δ; RВС = RВ (RС + RА) ⁄ Δ; RСА = RС (RА + RВ) ⁄ Δ, где Δ = RА + RВ + RС . Решение этой системы относительно неизвестных сопротивлений фаз имеет вид RA =

2 RBC RCA R + RCA − R AB ; − BC 2 RBC + RCA − R AB

RB =

2 RCA R AB R + R AB − RBC ; − CA 2 RCA + R AB − RBC

RC =

2 R AB RBC R + RBC − RCA . − AB 2 R AB + RBC − RCA

В случае если расхождение измеренных сопротивлений фаз при соединении их в звезду с глухой нейтралью не превосходит 2%, то сопротивление фазы может быть рассчитано по упрощенной формуле: RА = RВ = RС = 1/6(RАВ + RВС + RСА). Что касается соединения фаз в треугольник, то упрощенное выражение может быть применено при расхождении измеренных сопротивлений менее чем на 1,5%. Особенностью обмотки якоря машины постоянного тока является то, что она не имеет ни начала, ни конца. Поэтому результат измерения сопротивления обмотки будет зависеть от точек её присоединения к коллектору. При этом определение сопротивления для каждого типа якорной обмотки имеет специфические особенности, обусловленные их конструкцией и схемой, что рассматривается в пособиях по испытанию электрических машин [1].

В данной работе сопротивление обмотки якоря машины постоянного тока измеряется между коллекторными пластинами при опущенных щетках, что в общем случае допускается для машин с числом полюсов 2р≥8. III.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ПОРЯДОК ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЯ 1. Измерение сопротивления изоляции обмоток

Типы электрических машин, у которых в данной работе следует измерить сопротивление изоляции обмоток, указываются преподавателем. Измерение надлежит производить поочередно для каждой электрически независимой цепи, т.е. имеющей самостоятельные выводы начала и конца, при соединении всех остальных цепей с корпусом (этим одновременно производится измерение сопротивления изоляции как по отношению к корпусу, так и между обмотками). При этом необходимо учитывать, что сопротивление изоляции (МОм) обмотки должно быть не меньше вычисленного по формуле RИЗ = 2к

UН , 1000 + 0,01S Н

где к – целое число, полученное в результате округления в большую сторону отношения разности рабочей температуры (обычно 75˚C) и той, при которой выполнено измерение (в холодном состоянии 15˚C) к 20˚C; UН – номинальное напряжение данной обмотки, В; SН – номинальная мощность машины, кВА (кВт – для машин постоянного тока). За начало и конец обмоток якорей машин постоянного тока могут быть приняты любые точки их присоединения к коллектору. Перед выполнением измерений следует убедиться, что обмотки машины обесточены, а также в исправности мегомметра. Для проверки исправности прибора нужно вращать его рукоятку при разомкнутых зажимах и следить за тем, чтобы стрелка установилась на отметку «∞» шкалы мегомов (при нахождении переключателя в положении «М») или на отметку «0» той же шкалы мегомов (при нахождении переключателя в положении «К»). В противном случае прибор является неисправным. Сопротивление изоляции обмотки измеряется в следующем порядке: a) переключатель прибора ставится в положение «М» (мегомы);

b) к зажимам «Линия» и «Земля» мегомметра присоединяются соответственно обмотка машины и её заземленный корпус; c) вращают ручку генератора со скоростью около 120 об/мин и производят отсчет по соответствующей шкале прибора. Изменив направление тока на обратное (поменяв местами измерительные провода), повторяют измерение. По окончании измерений необходимо сделать заключение о состоянии изоляции обмотки машины.

2. Измерение сопротивления обмоток постоянному току 2.1 . МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА Измерение сопротивлений производится методом амперметра и вольтметра. Для этого необходимо: 2.1.1. Убедиться, что машина отключена от сети; 2.1.2. Собрать схему рис.7 (для одной фазы); 2.1.3. Подвести к обмотке напряжение, которое вызовет ток I ≈ 0,2Iном, где Iном – номинальный ток данной машины; 2.1.4. Произвести отсчет показаний по приборам по команде, подаваемой наблюдателем на вольтметре; 2.1.5. Записать опытные данные 1-го измерения в форму 4 Форма 4 Наименование обмотки

Номер измере ния 1

Обмотка возбуждения

2 3 1

Обмотка якоря

2 3

Опытные данные U, В

I, А

θ, ˚C

Расчетные данные R, Ом

Rср, Ом R75, Ом

Далее производят 2-е и 3-е измерения при токах I = 0,15Iном, I = 0,1Iном. Температуру обмотки в практически холодном состоянии принимают θ0 =15˚C. Поэтому расчетное выражение для сопротивления обмотки, приведенное к рабочей температуре θ =75˚C, имеет вид R75 = Rср[1 + 0,004(75 – 15)] = 1,24 Rср, 3

где Rср = ∑ R/ 3 − среднее значение вычисленного сопротивления обмотки. 1

Поворачивая якорь, измеряют сопротивление обмотки якоря при трех различных произвольно устанавливаемых его положениях относительно щеток. 2.2. МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Сопротивление измеряют омметром с непосредственным указанием значения искомой величины на шкале прибора. Машина должна быть отключена от сети. Опытные и расчетные данные записывают в форму 5 Форма 5 Наименован ие фазы А В С

Номер измерения

Расчет

Опыт Rизм, Ом

R, Ом

Rср, Ом

R75, Ом

1 2 3 1 2 3 1 2 3

В зависимости от схемы соединения фаз машины и от наличия на доске зажимов вывода нейтрали расчетное сопротивление фазы может быть равно измеренному сопротивлению Rф= Rизм (звезда с выводом нейтральной точки) либо должно быть вычислено по приведенным выше равенствам.

Вычисление средних значений сопротивлений и приведение их к рабочей температуре обмотки производится аналогично предыдущему пункту программы лабораторной работы. На основании выполненных расчетов делается вывод об электрической симметрии фазных обмоток машины переменного тока (в отношении их сопротивлений постоянному току). IV.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе должен включать: − цель работы; − краткое описание опытов по определению сопротивлений изоляции и обмоток; − результаты измерений и вычислений с приведением расчетных соотношений; − оценку полученных результатов и краткие выводы по работе.

СОДЕРЖАНИЕ Общие указания Библиографический список

3 3

Работа 1. Проверка схем соединения обмоток электрических машин и трансформаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Работа 2. Испытание электрических машин на нагрев . . . . . . . . . 14 Работа 3. Дефектация электрических машин при текущем ремонте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Работа 4. Проверка состояния изоляции и величин сопротивлений постоянному току обмоток электрических машин. . . . . . 23

Редактор И.Н. Садчикова Сводный темплан 2005 Лицензия ЛР № 020308 от 14. 02. 97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78 01.07.953. П.005641.11.03 от 21.11.03 г. Подписано к печати Б. кн.- журн. П.Л. Тираж

Б.Л.

Формат 60х84 1/16 РТП РИО СЗТУ. Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России 191186 Санкт-Петербурга, ул. Миллионная, д.5