Как видно из принципа действия, основная часть обмоток находится на якоре (роторе) машины, следовательно, почти 80% всех аварий связаны именно с якорной обмоткой:
Обрыв одной или нескольких секций якорной обмотки. Двигатель при определенном положении якоря не запускается, т.к. проводник разорван и отсутствует якорный ток, создающий момент. При удачно запуске на валу двигателя не развивается нормальная полезная мощность, привод может работать рывками
Обрыв соединения с коллекторными пластинами. Коллектор – устройство, представляющее собой барабан, состоящий из контактных пластин, каждая из которых служит для коммутации секции через щеточный контакт. При отсутствии контакта с коллектором происходит аналогичные сбои в работе, что и п.1
Износ коллекторных пластин. Может привести к плохому контакту с цепью якоря, а также к возникновению «кругового замыкания» - ток пойдет не по секциям якоря, а по поверхности коллектора. Круговой огонь – очень опасная авария, приводит к пожарам и полной негодности коллектора и щеточного узла
Износ контактных щеток и щеточной траверзы. Последствия аналогичны п.1, п.2
Разбалансировка якоря. Изменение зазора между полюсом и секцией. Магнитный поток становится неравномерным в разных точках машины, следовательно, силы создающие момент изменяются в зависимости от положения якоря. В итоге, снижется мощность, увеличивается перегрев, появляются вибрации
Аварии на магнитных полюсах не часты, но их также стоит отметить:
Обрыв катушки возбуждения. Основной магнитный поток отсутствует. Двигатель не запускается
Витковое замыкание катушки возбуждения. Увеличенный ток полюса, опасность термического поражения изоляции
"Причины возникновения потребности в защите электродвигателей"
Электрические двигатели, как и остальные электрические машины, имеют большой запас прочности и износоустойчивости. Если не принимать во внимание подшипниковый узел, пожалуй, единственную часть машины, подверженную трению и повышенному износу, то остальные части при должной эксплуатации могут прослужить очень долго.
Современные электроизоляционные материалы выполнены из полимеров, которые не боятся старения, окисления и коррозии, а медные/алюминиевые проводники в принципе не изнашиваются. Основной причиной аварий является перегрев токоведущих частей машины. Перегрев может быть причиной повреждения изоляции, замыканий обмоток и даже пожара. Чтобы избежать проблем, связанных с перегревом, стоит вспомнить основные физические законы, в частности закон Джоуля – Ленца, который гласит, что при протекании тока по проводнику происходит превращение электрической энергии в тепловую, причём количество выделенного тепла будет равно работе электрических сил:
Q = W
Количество тепла, выделяемого в проводнике, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания.
Q = I2Rt = IUt = U2t / R P = IU = I2R = U2 / R
Как видно из формул, электрические параметры сети играют немаловажную роль. В частности напряжение, скачок которого может привести к увеличению тока. Нарушение чередования фаз, а так же ассиметрия питающей сети приводят к тем же последствиям.
Для предотвращения этих нежелательных факторов используется специальное устройство – реле контроля фаз, рассчитанное на автоматическое отключение (возможно с выдержкой времени) двигателя от сети при возникновении аварии в цепи питания. Устройство включается в цепь статора и контролирует все основные параметры (включая частоту). Оно практически не потребляет мощность, благодаря своей электронной начинке. Подобных реле на данный момент на рынке превеликое множество. Но для верного выбора требуется, прежде всего, грамотный электрический расчет и расчет оптимизации.
Следующей причиной выхода из строя электрических машин, является повышенный ток. Повышенный ток возникает всегда в момент запуска любого асинхронного и синхронного двигателя, таков принцип действия этих машин. На рис. 1 показаны графики изменения тока от скольжения ротора двигателя (скорости вращения). На рисунке указаны пусковые токи и динамика их изменения. Iном – номинальный ток статора, Ie – ток на естественной характеристике, I1 – ток на первой скорости, I2 – ток на второй скорости. Скорости зависят в данном случае от добавочного сопротивления в роторе. Как видно из рисунка, вне зависимости от скорости, ток старта всегда повышенный.
Рис. 1 - Токовые характеристики двигателя
Стоит так же отметить, что любая вращающаяся электрическая машина имеет определенную теплоемкость – способность накапливать тепло. Это значит, что повторность пусков для каждого двигателя число ограниченное. Грубо говоря, двигатель накапливает тепло и в N-ый раз повторяющийся пуск может стать фатальным для машины, даже при нормальных токах и напряжении.
Чтобы правильно выбрать режим и защиту двигателя, необходимы точные расчеты, включающие в себя не только электрическую, но и механическую и тепловую составляющую.
Варианты защит для низковольных и высоковольтных электродвигателей
Способов организации токовой защиты двигателя множество. Один из них описывается в статье «Альтернативная система управления крановыми электродвигателями», где рассматриваются возможности «интеллектуального реле» и модернизации системы управления. Но, пожалуй, одна из самых удачных реализаций токовой защиты – применение в качестве защитного устройства специального реле УБЗ-301, производства фирмы «Новатек-Электро». Новое поколение устройств защиты электродвигателей. Полная защита асинхронного электродвигателя. Предназначен для постоянного контроля параметров сетевого напряжения и действующих значений фазных/линейных токов трехфазного электрооборудования 380 В/50 Гц, в первую очередь, асинхронных электродвигателей (ЭД), в том числе и в сетях с изолированной нейтралью. Осуществляет полную и эффективную защиту электрооборудования отключением от сети и/или блокированием его пуска.
Это реле совмещает в себе контроль тока и напряжения, а так же производит решение уравнения теплового баланса АД, позволяющее учитывать предыдущее состояние ЭД и наиболее достоверно принимать решение о наличии тепловой перегрузки. Этот метод позволяет также учесть нагрев ЭД при пусках и ограничить (по желанию заказчика) их число в единицу времени.
Отдельно стоит остановиться на высоковольтных (свыше 1000 В) машинах. Устройство релейной защиты довольно сложная задача не только для проектировщиков, но и для эксплуатации. Множество составных частей, частый выход из строя, тяжелая наладка и настройка – вот с чем часто приходится сталкиваться на высоковольтных защитах.
Наша компания предлагает новый подход к защите двигателей напряжением 6-10 кВ, это – цифровой блок релейной защиты БМРЗ, который предназначен для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления, измерения и сигнализации электродвигателей.
Блок представляет собой законченное устройство, на которое подается сигнал с трансформаторов тока. Внутри блока микропроцессорная система выполняет необходимые вычисления, основываясь на заложенных параметрах и величинах с датчиков тока/напряжения, и отдает команду на исполнительные контакты.
Рис. 2 - Схема подключения БМРЗ
На рис. 2 показана принципиальная схема подключения цифрового блока и показаны основные контакты. Как видно из иллюстрации, данный блок может выполнять множество функций от МТЗ и АПВ, до специально заложенной программы эксплуатации.
"Интеллектуальное реле"
Долгое время системы электроавтоматики считались чем-то непостижимым и невероятно сложным. Для их монтажа, наладки и запуска требовались специалисты высокого уровня, разбирающиеся не только в электрике, но и непосредственно в технологическом процессе – объекте автоматизации. Системы автоматики и управления старого образца (релейно-контакторные) не отличались особой надежностью и ремонтопригодностью. Состоящие из десятков, а то и сотен элементов, исполнительных узлов и сигнальных ламп, соединенные километрами проводов, такие системы требовали очень точной и длительной настройки, периодических планово-ремонтных мероприятий, постоянной замены вышедших из строя реле, контакторов, клемников и т.д.
За последние годы в области электроавтоматики и КИПиА произошла революция, перевернувшая представления людей о понятии автоматизация. Появились очень надежные, дешевые и многофункциональные электронные блоки, заменяющие собой целые шкафы релейно-контакторных схем. Эти новые блоки, так называемые интеллектуальные реле, способны воплотить в себе, практически, любую задачу. Основной их особенностью является простота монтажа, наладки и настройки. Вся схема исполнительной автоматики программируется внутрь блока при помощи обычного компьютера, без всякого дополнительного оборудования. Делается это быстро и оперативно, что дает возможность изменить любой параметр в уже работающей системе. Благодаря совместимости с компьютером и малому числу составных частей (сам блок является основной исполнительной единицей), новые системы автоматики становятся максимально гибкими, надежными, малогабаритными, и, самое главное, несоизмеримо дешевыми, по сравнению со старыми аналогами.
Специалисты часто сравнивают это устройство с серией микроконтроллеров AVR давно известной всем радиолюбителям, и широко применяющимся в бытовой технике. И многие из них до сих пор считают, что новинка ничем не лучше старых добрых чипов AVR. В своей практике мне довелось столкнуться и с теми и другими устройствами, и, основываясь на собственном опыте и откликах заказчиков, могу с уверенностью сказать, что серия интеллектуальных реле выгодно отличается от AVR в системах где важна повышенная надежность.
Главное отличие реле от микроконтроллера – это его комплектность, унификация и надежность. Во-первых, электронная часть устройства защищена двойным пластиковым корпусом, что дает фантастическую выносливость и механическую прочность. Во-вторых, контакты исполнительных реле расположены в том же корпусе, и являются интегрированной частью (в отличие от AVR). И, в-третьих, абсолютная совместимость с персональным компьютером, посредством USB-порта, без всякого дополнительного оборудования (программаторы, адаптеры и пр.).
Для примера можно рассмотреть систему бойлерной или котельной, где нужно постоянно контролировать температуру и давление теплоносителя, управлять его расходом. Основная задача всякой отопительной системы – постоянство температуры теплоносителя. Температура снимается с датчиков (трубы, радиаторы, котлы) – там, где ее необходимо контролировать. Если в старых системах автоматики сигнал с датчиков шел на промежуточный термостат, с него на промежуточное реле, с промежуточного реле уже на исполнительное реле, далее отрабатывала логическая схема, заложенная в данной системе, и только потом автоматика отвечала действием на задачу. Выход из строя хотя бы одного последовательного элемента ведет к остановке всего процесса.
Новые схемы отличаются многофункциональностью. Они одновременно могут быть и термостатом, и реле, и логическим звеном. Сигнал с датчика приходит непосредственно в электронный блок, который тут же, по заложенной в нем программе передает его на исполнительный механизм. В итоге отопление с новой системой автоматики преображается. Датчики измеряют температуру и давление, а система мгновенно реагирует на изменение температуры открыванием и закрыванием вентиля. В комплексе с системой автоматики, используются очень точные электрические привода к клапанам и задвижкам, ограничивающим подачу теплоносителя, как к потребителю, так и к нагревателю. Четкое командование автоматики и филигранная работа задвижек, способны за минимальное время откорректировать подачу тепла в помещение, поймать необходимую температуру и поддерживать ее. При правильном регулировании расход энергии, потраченной на нагревание теплоносителя, заметно снижается, а ресурс оборудования увеличивается.
Системы вентиляции также снабжаются управляющей автоматикой, принцип их действия схож с бойлерными. Контроль температуры воздуха, подогревание его, изменение расхода позволяют добиться оптимального микроклимата.
В производстве также могут пригодиться системы АВР (автоматическое включение резерва). Автоматика контролирует состояние основной питающей сети, а при аварии на ней (скачки напряжения, перепады, сбои, перебои) автоматически включает резервное питание в виде второй линии или генератора. Систему можно очень точно настроить под любую задачу, будь то скачок напряжения (пусть даже незначительный), изменение частоты или перебой питания. При использовании стационарного генератора в качестве альтернативного автономного источника питания автоматика способна отслеживать и состояние двигателя – осуществлять самозапуск, синхронизацию с сетью (если необходимо), контролировать уровень топлива, сигнализировать о поломках.
Особенное внимание стоит обратить на возможность использования интеллектуальных реле в системах самодиагностики электрооборудования. С заданной периодичностью это устройство будет посылать сигнал к контролируемым узлам, измеряя его сопротивление (контроль на разрыв проводов), получать отклик (контроль рабочего состояния) или определять степень нагрева. В аварийных ситуациях возможно отключение всей системы, шунтирование неисправного блока или переход на альтернативную схему. При всем этом сейчас, впервые, появилась возможность обратной связи системы посредством сотового телефона. Используя технологию GPRS, автоматика может посылать SMS-сообщения с докладом о своем состоянии.
Учитывая многофункциональность подобных реле, их можно с уверенностью рекомендовать для контроля электроприводов и двигателей постоянного и переменного тока. Благодаря высокому быстродействию и одновременной обработке как дискретных, так и аналоговых сигналов со всех видов датчиков, подобные системы способны контролировать все параметры вращающегося механизма. Более того, при измерении температуры двигателя, его тока и частоты вращения можно заложить в реле математический алгоритм, который будет автоматически вычислять тепловое состояние системы, и предотвращать аварийный перегрев.
Продолжая тему приводов нельзя обойти стороной систему управления мостовым краном. Как известно, котнтакторно-релейная часть – ахиллесова пята всех приводов на кранах, а с современной системой автоматики ее негативные проявления заметно снизятся. Во-первых, вместо огромных шкафов автоматики 80-х годов можно вполне обойтись одним небольшим, а, во-вторых, вся логика и исполнительная автоматика замещается одним узлом, проконтролировать который гораздо легче.
Таким образом, можно однозначно сказать, сто новые системы автоматизации технологических процессов могут реализовать управление любым из агрегатов. Они будут точны, дешевы, надежны и долговечны. Стоит лишь добавить, что при правильном проектировании, монтаже и сервисе подобные системы снижают затраты на ремонт и обслуживание оборудования на 25-30%, а экономия электроэнергии возрастает на 10-15%. Очевидно, что установка интеллектуальных реле окупается в среднем за год-полтора.
Все, описанное здесь – лишь верхушка айсберга возможностей, которыми обладают подобные системы. Практически любая задача автоматизации, контроля и управления может быть воплощена при помощи систем нового поколения. При возникновении любых вопросов наши специалисты готовы будут проконсультировать Вас, а так же рассмотреть любые проекты по автоматизации и замене устаревшего оборудования.
http://www.its2000.ru/neispr_dv.html
Неисправности и отказы электрических машин
Большинство неисправностей и отказов электрических ма- шин разного принципа действия приведены в табл. Многие неисправности один электрик устранить не в состоянии, поэтому подробно устранение таких неисправностей не приводится. При выходе из строя обмотки машина отправляется в капитальный ремонт (имеется в виду, что размеры и вес машины позволяют ее перевозить обычным транспортом). Также приведены некоторые сведения по устранению часто встречающихся неисправностей — вибраций и снижения сопротивления изоляции.
Неисправность
Причина
Устранение
Общие неисправности и отказы
На фланцевых машинах разрушениефланцев
1. Трещины различногопроисхождения
По возможности заварить сваркой или заменить разру-шенные детали
2. Вибрация машины,приводимой в движение
Балансировка колес машины(см. ниже)
Разрушение лап машины в местах ихприсоединения ккорпусу машины
Вибрация машины, при-водимой в движение
Балансировка колес машины
Разрушение под-шипниковых щитовв местах крепления
Вибрация машины, при-водимой в движение
Балансировка колес машины
Разрушение гнезд срезьбой в статоре
Перекосы при затягивании винтов крепления щитов
Заваривание сваркой или за-мена статора
Ослабление крепления подшипника вгнезде щита
Износ гнезда при про-ворачивании внешнегокольца подшипника
Замена щита машины
Машина не вращается
1. Заклинен приводимый механизм
Устранить заклинивание механизма
2. Заклинена машина по причинам:
а) ржавчина в зазоремежду статором иротором
Разобрать машину и почистить внутреннюю поверхностьстатора и внешнюю поверхность ротора
б) ржавчина в подшип-никах
Вынуть ротор и промыть под-шипники бензином или другим растворителем
в) подшипник вышел изстроя
Заменить подшипник
г) нарушение центровкивалов машины и меха-низма
Ослабить крепление машиныи закрепить ее в правильномположении
д) замерзла вода при конденсации пара в зазорах вращающихся деталей
Отогреть машину
Двигатель не развивает нормальных оборотов, нагревается
1. Перегрузка двигателя
Устранить перегрузку приво-димого механизма
2. Вышел из строя под-шипник
Заменить подшипник
Перегрев обмотки статора
Нарушение вентиляциимашины
Наладить вентиляцию машины: проверить наличие и исправность вентилятора, наличие свободного доступа воздуха к вентилятору
Перегрев части обмотки, машина гудит и из нее показывается дым
Витковое замыкание, ко-роткое замыкание между фазами или замыка-ние обмотки с корпусом
Машина снимается и отправ-ляется в капитальный ремонт
После пуска машины ощущается напряжение на металлических конструк-циях
1. Голые токоведущиечасти касаются деталеймашины
Осмотреть коробку зажимови лобовые части обмотки,найти и устранить неисправность
2. Снижено до нуля сопротивление изоляции обмотки машины
Просушить машину (см. ниже)
Сильная вибрация машины
1. Вибрация колеса тур-бомашины (вентилятора, дымососа и др.), насаженного на вал двигателя
Произвести балансировку ко-леса турбомашины (см. ниже)
2. Плохое крепление ма-шины к раме или к ра-бочему механизму
Закрепить машину
При работе машины слышен шум высокого тона
1. Проворачивание рото-ра относительно вала
При наличии возможностиустранить проворачивание,или заменить ротор, или отправить машину в капитальный ремонт
2. Неисправен подшипник
Заменить подшипник
3. задевание ротора за ослабленный клин в пазу статора
Найти и устранить причину или машина отправляется в капитальный ремонт
Сгорание (обугливание) изоляции обмотки статора
1. Мала мощность двигателя
Установить двигатель большей мощности
2. Машина плохо охлаждается по следующим причинам: а) на машине нет вентилятора, предусмотренного конструкцией
Новую машину установить с вентилятором
б) машина захламлена
Расчистить машину так, чтобы к ее вентилятору поступал свежий воздух
в) машина подвергается постороннему нагреву
Принять меры для изоляции машины от источника нагрева
3. См. выше причины перегрева машины
4. Выпадение части клина из паза статора, обмотка вышла из паза и
Машина отправляется в капитальный ремонт
ротор задевает за обмотку, повреждая ее
5. Осевой сдвиг ротора относительно статора
Машина отправляется в капи тальный ремонт
6. Вал двигателя упирается в вал рабочей машины или в вал редуктора
Устранить неисправность, отодвинув назад двигатель и но ставив препятствие от его сдвига
Неисправности подшипников каченияэлектрических машин
Подшипник перегревается, в немслышен ненормальньй шум
1. Подшипник и смазказагрязнены пылью
Удалить из подшипника старую смазку, промыть его вбензине или в другом растворителе и заложить новую смазку
2.В подшипнике избытоксмазки
Уменьшить количество смазки
3. Подшипник изношен
Заменить подшипник
4. Сильно натянут ре-мень передачи
Ослабить натяжение ремня
5. Нарушена центровкамашины и механизма
См. выше о подготовке квключению электродвигателя
Асинхронные электродвигатели
Двигатель не запускается — не вращается и не слышно шума
1. Не включается пуска-тель
Найти и устранить причину
2. К двигателю не подходят 3 или 2 фазы пи-тающего напряжения
Найти причину, измеряя на-пряжение на питающих про-водах, начиная с выхода пускателя
3. Вышла из строя об-мотка статора
Заменить статор или весь дви-гатель
Двигатель не отключается
Не отключается пускатель или другой пусковой аппарат
Проверить схему привода
Двигатель не вращается и ненормально гудит
1. Не подходит одна фа-за питающего напряже-ния
Проверить наличие напряже-ния в питающих проводах, начиная с выхода пускателя
2. Обгорел зажим в ко-робке двигателя
Разобрать, почистить и сновасобрать зажим или сделать отдельно от колодки зажимов, заизолировав его
3. При наличии и неис-правности электрического тормоза в механизмедвигатель заторможен
Проверить состояние тормоза.и если он включен из-за механических неисправностейили не отключается при включении двигателя, устранить неисправности
Двигатель не развивает нормальныеобороты
1. Витковое замыкание вобмотке двигателя
Заменить статор или двига-тель
2. Сгорел предохрани-тель высокого напряжения перед трансформатором, питающим сеть
Измерить напряжение в сети,и если оно не нормально, со-общить персоналу сетей высо-кого напряжения
3. См. общие неисправ-ности электрических ма-шин
Двигатель работает неустойчиво
Пускатель включаетсянеустойчиво и искрит
См. табл. 2.33
Двигатель делает рывок и останавливается
Слабое нажатие контак-тов пускателя
Устранить неисправность в це-пи катушки пускателя или вего магнитной системе
Синхронные машины
Перегрев активной стали статора при нормальной нагрузке
