Диагностика повреждений в обмотках машин переменного тока.

Надежность электромагнитной системы асинхронных электродвигателей зависит, прежде всего, от симметрии магнитного поля, определяемой электрической симметрией обмоток и симметрией воздушных зазоров между ротором и статором, а также от состояния отдельных частей элементов изоляции электрических обмоток. Несимметрия воздушных зазоров в асинхронном двигателе, во-первых, приводит к появлению дополнительных электромагнитных сил между ротором и статором в зоне пониженного зазора, перегружающих подшипники и снижающих их ресурс. Во-вторых, в этих же зонах может иметь место магнитное насыщение зубцов магнитопровода, по которым замыкаются магнитные потоки электродвигателя, в результате чего пульсирующие электродинамические силы действуют непосредственно на обмотки, приводя к ускоренному износу изоляции и элементов их крепления в пазах. При проектировании современных асинхронных электродвигателей с целью снижения их габаритов сердечники рассчитывают на режимы работы, очень близкие к магнитному насыщению, поэтому несимметрия зазора более 10% приводит к опасному насыщению зубцовой зоны сердечника. Такая несимметрия часто возникает при ошибках в креплении электродвигателя к фундаменту, при несимметричном охлаждении корпуса, износе подшипников, смещении посадочных мест под подшипники при ремонтах и во многих других случаях.

В связи с изложенным, основными задачами диагностики асинхронного электродвигателя являются:

· обнаружение магнитной несимметрии магнитопровода, обусловленной несимметрией воздушного зазора.

· обнаружение эффекта магнитного насыщения зубцовой зоны сердечников статора или ротора;

· обнаружение электрической несимметрии короткозамкнутой обмотки ротора (беличьей клетки);

· обнаружение электрической несимметрии обмоток статора, обусловленной образованием короткозамкнутых витков, электрических замыканий обмоток между собой и на корпус и другими причинами.

Надежность электромагнитной системы синхронных электрических двигателей и генераторов, кроме симметрии магнитного поля и состояния элементов крепления и изоляции электрических обмоток, в существенной степени зависит и от состояния щеточно-контактного узла, через который в обмотку ротора подается постоянный ток возбуждения. В свою очередь несимметрия магнитного поля в синхронных машинах чаще является следствием дефектов обмоток возбуждения на роторе, а не несимметрии воздушного зазора, который по величине заметно больше, чем у асинхронных двигателей. Исключение составляют явнополюсные машины с большим количеством полюсов, в которых могут иметь место отличия во флуктуации зазора от полюса к полюсу, и крупные генераторы, в которых нет подшипниковых щитов и ось статора может смещаться относительно подшипниковых опор.

В крупных генераторах надежность электромагнитной системы зависит также от состояния сердечников, в которых может иметь место распушения отдельных пакетов активной стали, а также от состояния системы охлаждения, влияющей на величину тепловых деформаций ротора, опор вращения и других элементов машины.

К наиболее часто встречающимся дефектам обмоток статоров и роторов относятся:

- замыкание между отдельными витками обмотки, а также соединение накоротко отдельных секций или катушек;

- замыкание между собой секций или катушек разных фаз;

- обрыв в обмотках;

- заземление обмоток на корпус.

Витковые замыкания образуют в обмотке статора замкнутые контуры, в

которых ЭДС от вращающегося поля может создавать большие токи. Эти токи значительно разогревают такие контуры, вследствие чего они могут быть обнаружены по степени нагрева. Короткое замыкание витков или катушек обмотки фазы ротора также выявляют по степени нагрева.

Рисунок 1 - Определение виткового замыкания в обмотке статора

Дефектную фазу можно определить, подводя к обмотке статора пониженное напряжение (1,3 - 1,2) Uном и включив в каждую фазу сети по амперметру (рисунок 1).

При соединении обмоток статора звездой (рисунок 1-а) в обмотке фазы, имеющей замыкание между витками, ток будет больше (амперметр РА1). При соединении треугольником (рисунок 1б) ток будет больше в тех фазах сети, к которым присоединена дефектная обмотка фазы статора (амперметры РА1 и РА3). Поврежденная фаза может быть найдена путем измерения и сравнения сопротивлений обмоток фаз с помощью измерительного моста.

Если замыкание произошло в асинхронном двигателе с фазным ротором, то, прежде всего, выясняют, в какой обмотке (статора или ротора) дефект. Для этого обмотку статора при разомкнутой обмотке ротора включают на пониженное напряжение (1,3…1,2) Uном и, медленно поворачивая ротор, измеряют напряжение на кольцах. При замыкании в обмотке напряжения на кольцах ротора неодинаковы, но не изменяются в зависимости от положения ротора, это свидетельствует о замыкании в обмотке статора. При проверке ротора включением статора в сеть необходимо заранее знать, какое значение напряжения на кольцах ротора.

У мощных электродвигателей это напряжение достигает опасного для обслуживающего персонала значения. Поэтому при пользовании этим способом следует принимать все необходимые меры предосторожности. Если витковое замыкание произошло в лобовых частях обмотки, оно может быть устранено путем восстановления изоляции мест соединения. Если витковое замыкание произошло в пазовой части обмотки, надо перемотать соответствующую секцию или катушку.

При наличии в статоре или роторе большого количества катушек в аварийных случаях при коротком замыкании одной секции последняя может быть выключена из цепи обмотки фазы и должна быть вскрыта и изолирована так, чтобы в ней не мог появиться ток. При первом удобном случае такая катушка должна быть заменена или перемотана.

Замыканиямежду катушками обмоток разных фаз, как и в случае витковых замыканий, образуют замкнутые контуры, которые сильно нагреваются током.

Соединения между фазами чаще происходят в лобовых частях катушек или соединительных проводах; при этом внешним осмотром можно найти место соединения, приподнимая эти части или провода и одновременно выполняя проверку мегомметром. Если таким способом соединение найти не удается, катушки обмотки фазы, имеющей соединение, делят на две части, после чего проверяют наличие соединений каждой такой половины со второй фазой. Часть, имеющую соединение с другой фазой, снова разделяют на две части и каждую из них снова проверяют; деление проводят до тех пор, пока не будет найдена поврежденная катушка. Слегка приподнимая лобовые части поврежденной катушки и выполняя одновременно проверку мегомметром, можно достаточно точно найти место соединения. Иногда непосредственного соединения между катушками может и не быть, они могут быть соединены через корпус машины. После нахождения места соединения восстанавливают изоляцию поврежденного участка. Если повреждение обнаруживается в соединительных проводах, следует восстановить их изоляцию в месте повреждения.

При обрыве в одной из обмоток фаз статора двигатель продолжает работать на двух фазах, но ненормально гудит, работает с перегрузкой и перегревается; при соединении обмоток звездой в одном из питающих проводов ток отсутствует, при соединении обмоток фаз треугольником уменьшается сила тока в двух питающих проводах, между которыми включена обмотка фазы, имеющая обрыв. При обрыве в обмотке двигатель, соединенный звездой, не запускается, а соединенный треугольником – медленно набирает обороты.

Чаще всего работа двигателя на двух фазах вызывается не обрывами в обмотке, а исчезновением напряжения на одном из питающих проводов. Длительная работа двигателя на двух фазах приводит к его повреждению и выходу из строя, в случае несрабатывания тепловой защиты. Для устранения таких повреждений, помимо систематической проверки тепловой защиты пускателей, следует широко применять защиту асинхронных электродвигателей от обрыва фазы специальными реле защиты от обрыва фаз.

Перед тем как приступить к определению места обрыва в обмотке, нужно проверить, нет ли неисправностей вне обмотки (перегорания одного из предохранителей, неплотности контактов выводных концов, нарушения одного из контактов пусковой аппаратуры и т.п.). Обмотка фазы, имеющая обрыв, определяется мегомметром. При соединении обмоток звездой один конец мегомметра присоединяют к нулевой точке, а другой поочередно подключают к концам трех фаз; при проверке неповрежденных обмоток фаз показания мегомметра будут равны нулю. При соединении треугольником обмотки следует разъединить и проверить каждую фазу в отдельности.

Обрывы чаще всего происходят у ввода проводов в коробку выводов, в соединительных проводах между отдельными катушками или местах пайки (хомутиках) при стержневых обмотках. При отсутствии обрыва в указанных местах для нахождения группы катушек или катушки, имеющей обрыв, пользуются острыми игольчатыми щупами, присоединенными к мегомметру. Делая одним из щупов прокол, касаются обмотки фазы посередине, а другим – поочередно начала и конца обмотки фазы, в результате чего находят дефектную половину последней. Затем прокалывают среднюю точку дефектной половины и т.д., пока не будет найдена катушка с обрывом. При обрыве контакт восстанавливают пайкой твердым припоем и тщательно изолируют. Если обрыв находится в пазу, то, как правило, заменяют всю катушку. В некоторых случаях можно обойтись без замены катушки, установив вместо поврежденного провода новый и спаяв его с концами старого на лобовых частях обмотки. Обрывы в обмотке фазного ротора находят так же, как и в обмотке статора.

Рисунок 2 – Определение плохого контакта в хомутиках ротора асинхронного двигателя. Здесь: 1 – стержень клетки ротора; 2 – хомутик

Плохой контакт в хомутиках ротора асинхронного электродвигателя может быть определен методом падения напряжения (рисунок 2). Падение напряжения в несправном хомутике будет больше, чем в исправных.

Обмотку фазы, имеющую соединение с корпусом, определяют мегомметром, при этом обмотки фаз следует разъединить (при наличии шести выводных концов обмотки статора) или распаять. Место замыкания на корпус повреждений обмотки фазы часто может быть обнаружено при тщательном внешнем осмотре внепазовых частей этой обмотки. Если это не удается, то катушки обмотки поврежденной фазы делят на две части и проверяют соединение каждой части с корпусом. Затем одну из этих частей, имеющую соединение с корпусом, тоже делят пополам и проверку осуществляют до тех пор, пока не будет точно определено место соединения с корпусом.

Место замыкания на корпус может быть найдено также методом измерения падения напряжения. Для этого концы обмотки поврежденной фазы (например, С1 и С4) подключают к источнику постоянного тока последовательно с регулировочным реостатом (Рисунок 3). Один вывод милливольтметра mPV соединяют с корпусом машины, а другим – игольчатым щупом – поочередно касаются всех мест соединений катушек, прокалывая изоляцию.

Милливольтметр будет давать наименьшее показание при прикосновении к началу и концу катушки, имеющей соединение с корпусом.

Чаще всего соединения с корпусом бывают у мест выхода катушек из пазов или же при соприкосновении лобовых частей с корпусом или подшипниковыми щитами. Соединение с корпусом может быть устранено соответствующими изолирующими прокладками или дополнительной изоляцией лобовых частей. Если соединение с корпусом окажется в пазовой части, то поврежденную катушку следует заменить.

Рисунок 3 - Определение замыкания на корпус обмотки статора. Здесь: 1 – щуп; 2 – корпус.

Витковые замыкания в обмотках возбуждения синхронных машинможно обнаружить по степени нагрева катушки. Дефектная катушка может быть также найдена путем измерений сопротивлений катушек мостом или падений напряжения на отдельных катушках и сопоставления результатов замеров.

Обрывы в обмотках возбуждения синхронных машин находят, отсоединяя обмотку возбуждения от возбудителя и включая ее на номинальное напряжение постоянного тока, при этом один конец от вольтметра присоединяют к сети, а другой с помощью игольчатого щупа поочередно присоединяют к выводным концам всех катушек (рисунок 4).

Рисунок 4 - Определение обрыва в обмотке возбуждения СД : 1 – 4 – обмотки полюсов; 5 – щуп.

Стрелка прибора начинает отклоняться только после прикосновения к выводу катушки, имеющей обрыв.

Для нахождения плохого контакта также измеряют напряжения на выводах катушек возбуждения. Напряжение на выводах катушки с плохим контактом будет больше напряжения на выводах других катушек.

Место соединения обмоток возбуждения синхронных машин с корпусом находят следующим образом. Обмотку возбуждения отсоединяют от возбудителя и подключают к источнику постоянного тока, имеющему напряжение, равное номинальному напряжению обмотки. Один конец от вольтметра присоединяют к корпусу, вторым концом с помощью игольчатого щупа поочередно прикасаются к перемычкам между катушками (Рисунок 5). С обеих сторон катушки, имеющей соединение с корпусом, прибор будет давать наименьшие показания.

Повреждения в клетках короткозамкнутых роторов иногда возникают в замыкающих кольцах клетки в виде трещин. Одну – две неглубокие трещины допускается устранять пайкой. Перед пайкой поврежденный участок зачищают с расширением к основанию кольца.

Рисунок 5 - Определение места соединения на корпус обмотки возбуждения синхронного двигателя, где: 1 – 4 – обмотки полюсов; 5 – щуп; 6 – корпус.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: