Трансформаторные подстанции высочайшего качества

НЕДОСТАТОЧНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
6. Вращающий момент электродвигателя пульсирующий

Этот недостаток сопровождается значительным шумом и вибрацией электродвигателя и может быть вызван неправильным включением обмотки статора, обрывом или коротким замыканием в цепи ротора. При неправильном соединении отдельных фазных обмоток величина тока в линейных проводах различна, иногда она превышает номинальное значение даже без нагрузки электродвигателя.
Неправильное соединение фазных, обмоток чаше всего встречается в электродвигателях, имеющих шесть выводов при соединении их звездой или треугольником (в зависимости от напряжения сети). В процессе ремонта возможно неправильное внутреннее соединение фазных обмоток статора и при наличии только трех выводов (для одного линейного напряжения).
На рис. 9 показано правильное (а) и неправильное (в) соединение фазных обмоток статора звездой, а на рис. 10 — правильное (а) и неправильное (в) соединение треугольником. Обозначения на этих схемах даны в соответствии с ГОСТ 183—74. Начало и конец первой фазной обмотки обозначены соответственно С1 и С4, второй фазной обмотки — С2 и С5 и третьей фазной обмотки — СЗ и С6.

Рис. 9. Соединение фазных обмоток звездой: а — правильное включение обмоток, б — правильное расположение магнитных осей фазных обмоток, в — неправильное включение обмоток, г — неправильное расположение магнитных осей обмоток

Для соединения фазных обмоток звездой обычно концы С4, С5 и С6 обмоток объединяют в общую точку, а начала C1, С2 и СЗ присоединяют к сети (рис. 9, а). Направление магнитных осей фазных обмоток для этого случая показано на рис. 9, б. Можно также выполнить соединение звездой, объединяя в общую точку начала C1, С2, СЗ обмоток и включая в сеть их концы С4, С5 и С6.
На рис. 9, в показано соединение обмоток звездой, когда фазная обмотка С1-С4 «перевернута», а на рис. 9, г — направление магнитных осей фазных обмоток для этого случая.
Для соединения фазных обмоток треугольником объединяют конец одной фазной обмотки с началом другой, например конец С4 первой обмотки с началом С2 второй обмотки, конец С5 второй обмотки с началом С3 третьей обмотки и конец С6 третьей обмотки с началом С1 первой обмотки (рис. 10, а). Направление магнитных осей фазных обмоток показано на рис. 10, б. Сеть присоединяют к общим точкам обмоток.
На рис. 10, в показано соединение обмоток треугольником, когда фазная обмотка С2-С5 «перевернута», а на рис. 10, г — направление магнитных осей фазных обмоток для этого случая.
Соединение треугольником может быть выполнено и при другом порядке объединения начал и концов фазных обмоток, например C1-С5, С2-С6 и С3-С4.
Для правильного включения фазных обмоток следует начала и концы соединить по схеме, приложенной к двигателю, либо по маркировке концов обмоток в соответствии с изложенным. Если эти данные отсутствуют, то правильность соединения фазных обмоток может быть проверена индуктивным методом или же путем нескольких пробных включений в сеть после соответствующих изменений соединения фазных обмоток.

Рис. 10. Соединение фазных обмоток треугольником: а — правильное включение обмоток, б — правильное расположение магнитных осей фазных обмоток, в — неправильное включение обмоток, г — неправильное расположение магнитных осей обмоток

Рис. 11. Определение начал и концов фазных обмоток индуктивным методом

Первый из этих способов является наиболее простым и удобным. Сначала необходимо разъединить все фазные обмотки и мегомметром, омметром или контрольной лампой определить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам. Одновременно следует произвольно выбрать начала фазных обмоток и начало первой фазной обмотки обозначить H1, конец ее — К1 и соответственно второй и третьей фазных обмоток Н2-К2 и Н3-К3. Затем к одной фазной обмотке присоединяют источник постоянного тока (рис, 11); так как активное сопротивление обмоток небольшое, то источником постоянного тока может служить аккумулятор напряжением 2-4 В. В момент включения или отключения рубильника в двух других фазных обмотках наводится э.д.с. Ее направление определяется полярностью концов фазной обмотки, присоединенной к источнику постоянного тока, и производимой операцией — включением или отключением рубильника. Если к принятому началу H1 первой фазной обмотки присоединяется плюс аккумулятора, то при отключении рубильника на соответствующих началах двух других обмоток получается также плюс. Таким образом, пользуясь милливольтметром, можно установить начала и концы двух других фазных обмоток в соответствии с принятым началом и концом первой фазной обмотки. При очень большом отклонении стрелки милливольтметра необходимо последовательно с фазной обмоткой включить реостат R для уменьшения тока. После того как установлены начала и концы фазных обмоток, целесообразно произвести четкую маркировку их в соответствии с ГОСТ 183-74.

При методе пробных включений двигателя в сеть сначала также нужно установить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам и сделать условные обозначения начал и концов этих обмоток. Для уменьшения нагревания электродвигателя целесообразно включать его на пониженное напряжение. Иногда можно воспользоваться возможностью соединения фазных обмоток статора звездой, если напряжение сети соответствует соединению обмоток треугольником. Таким образом, можно соединить в общую точку условные концы К1, К2 и КЗ фазных обмоток (рис. 12,а), а условные начала H1, Н2 и НЗ этих обмоток включить в сеть. Если при таком включении наблюдается описанная в начале параграфа неисправность электродвигателя, то равновероятны три варианта расположения магнитных осей обмоток (рис. 12, б). В этом случае поочередно меняют местами выводы фазных обмоток, пока не будет обеспечен нормальный пуск электродвигателя и одинаковые значения тока в линейных проводах. При этом соединении в общей точке находятся осе действительные начала (или концы) фазных обмоток, что позволяет произвести маркировку их в соответствии с ГОСТ 183-74.
В электродвигателе с фазной обмоткой ротора проверка правильности соединения фазных обмоток статора может быть выполнена трансформаторным методом; предварительно должна быть установлена принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам статора и выполнено соединение их звездой (рис. 12, а) по условной маркировке начал и концов, как описано ранее. После этого подают на обмотку ротора трехфазное напряжение, соответствующее указанному для ротора на паспортном щитке электродвигателя, и вольтметром измеряют напряжение между условными началами фазных обмоток (рис. 13). Если три измеренные напряжения различны, то необходимо отключить обмотку ротора от источника электроэнергии и поменять местами начало и конец фазной обмотки статора, у которой получаются два одинаковых (меньших) значения напряжения. После этого необходимо снова проверить напряжение между свободными концами фазных обмоток статора. Целесообразно повторить эти измерения для трех-четырех положений ротора. При правильном соединении фазных обмоток статора в звезду и исправных обмотках напряжение между установленными началами фазных обмоток C1, С2 и СЗ будет одинаковым.

Рис. 12. Проверка правильности соединения фазных обмоток методом пробных включений: а — соединение обмоток звездой в соответствии с условным обозначением начал и концов обмоток, б — неправильное расположение магнитных осей фазных обмоток

Рис. 13. Определение начал и концов фазных обмоток статора при включении в сеть обмотки ротора

Если при пробном пуске подобрано такое соединение фазных обмоток, при котором разница между значениями тока в линейных проводах получается наименьшей, но эти токи неодинаковы и при пуске электродвигателя наблюдается повышенный уровень шума и вибраций, то следует предположить, что неправильно включена одна или несколько катушек фазной обмотки с наибольшим значением тока. На рис. 14 показана схема двухслойной обмотки, у которой катушечная группа Н1-К1 включена неправильно. Если у электродвигателя ротор с фазной обмоткой, то выявление указанной неисправности может быть выполнено трансформаторным методом. Для этого необходимо включить обмотку ротора в трехфазную сеть соответствующего напряжения (для ротора) и измерить фазные напряжения на обмотке статора; меньшее напряжение будет на фазной обмотке с неправильно включенными катушками.
При наличии параллельных ветвей в фазных обмотках неправильное включение группы катушек приводит к образованию короткозамкнутого контура (см. рис. 18, а раздела 8), который значительно нагревается при включении электродвигателя в сеть.

Рис. 14. Схема трехфазной двухслойной обмотки с неправильно включенной катушечной группой

Рис. 15. Выявление неправильно включенной катушечной группы

Для выявления неправильно включенной катушечной группы можно произвести измерение напряжения на последовательно соединенных катушечных группах. Для этого обмотку статора включают в трехфазную сеть, к зажиму исследуемой фазной обмотки присоединяют один провод от вольтметра и вторым проводом касаются мест соединений катушечных групп (рис. 15). Показание вольтметра будет нарастать при увеличении количества правильно включенных катушечных групп, на которых измеряется напряжение, и уменьшится при переходе через неправильно включенную катушечную группу. В большинстве случаев для выполнения этого исследования требуется разобрать электродвигатель, чтобы получить доступ к соединениям между катушечными группами. Описанный способ определения неправильно включенной катушечной группы основан на измерении напряжения на катушечных группах, уравновешивающего э. д. с, наводимую в обмотке статора основным (вращающимся) магнитным потоком, поэтому ротор должен находиться внутри статора. При вынутом роторе основной магнитный поток будет значительно ослаблен. Фазная обмотка ротора должна быть разомкнута, а при короткозамкнутой обмотке ротора пониженное напряжение на зажимах статора должно быть таким, чтобы ток не превышал номинального значения; обычно величина этого напряжения составляет 0,3-0,4 номинального.
Если пульсация вращающего момента вызвана несимметрией обмотки ротора, то ток в линейных проводах также пульсирует. Частота пульсации тока статора соответствует частоте скольжения. При увеличении нагрузки, следовательно и скольжения, частота пульсации тока и вращающего момента также увеличивается. Так как эта частота небольшая, то происходят колебания скорости вращения ротора даже при малой нагрузке электродвигателя. Колебания скорости вращения сопровождаются вибрацией и шумом низкого тона, частота которых также повышается с увеличением скольжения. Описанное явление может быть вызвано обрывом в стержнях или в одной из фаз обмотки ротора. В составной беличьей клетке нарушение контакта чаше всего происходит в местах соединения стержней с кольцами вследствие плохой пайки или сварки. Иногда наблюдается отрыв стержней от короткозамыкающих колец под действием центробежной силы или силы, возникающей из—за неодинакового температурного удлинения стержней. Разрыв стержней в пазовой части обычно встречается в литых беличьих клетках.
При фазной обмотке ротора нарушение контакта возможно в различных частях роторной цепи: а) в щеточном аппарате, б) в контактах реостата, в) в соединениях щеткодержателей с реостатом, г) в соединениях обмотки с контактными кольцами, д) в соединениях лобовых частей обмотки. В старых типах электродвигателей аварийным местом был механизм замыкания контактных колец и подъема щеток.

Для того чтобы убедиться в наличии плохого контакта или обрыва в цепи ротора электродвигателя небольшой мощности, необходимо включить одну фазную обмотку статора на пониженное напряжение и медленно поворачивать ротор; одновременно необходимо наблюдать за величиной тока в обмотке статора. При исправной обмотке ротора ток в линейном проводе будет почти постоянным по величине, небольшие его колебания вызываются наличием пазов статора и ротора. В случае плохого контакта или обрыва в цепи ротора ток будет изменяться в зависимости от положения ротора, полный цикл этого изменения зависит от количества полюсов электродвигателя.

Рис. 16. Нахождение обрыва стержня обмотки ротора

Плохие контакты стержней беличьей клетки с коротко — замыкающими кольцами или элементов в цепи ротора с фазной обмоткой могут быть обнаружены при тщательном осмотре мест соединения элементов обмотки.
Наличие обрыва стержня или плохого контакта стержня с короткозамыкающими кольцами может быть установлено следующим образом. Ротор 1 немного выдвигают из статора 2 (рис. 16) и предохраняют от поворачивания, например путем установки небольших деревянных клиньев в зазоре между статором и ротором. Обмотку статора включают на пониженное напряжение 0,2-0,3 номинального и поочередно на каждый паз ротора накладывают тонкую стальную пластинку 3, касающуюся двух зубцов. Когда пластинка перекрывает пазы со стержнями без обрывов, она притягивается и вибрирует с частотой 100 Гц. Если пластинка перекрывает паз, в котором расположен поврежденный стержень, то притяжение и вибрация пластинки будут значительно слабее.
Плохой контакт в соединениях лобовых частей фазовой обмотки ротора можно определить путем измерения напряжения, так как при плохом контакте увеличивается его сопротивление. Для того чтобы обнаружить плохой контакт в хомутиках, необходимо измерить напряжение на каждом соединении лобовых частей обмотки. Постоянный ток можно подвести непосредственно к лобовым соединениям, как указано на рис. 17. Источником постоянного тока служит аккумулятор 1, величина тока регулируется реостатом 2 и измеряется амперметром А. Присоединение проводов от аккумулятора к стержням обмотки производится пружинными зажимами 3. Измерительная цепь состоит из милливольтметра mV и двух щупов 4. Величина тока устанавливается такой, чтобы отклонение стрелки милливольтметра соответствовало 2/3 всей шкалы.
Для того чтобы ускорить процесс измерения, можно присоединить аккумулятор к кольцам ротора и производить измерения напряжения на хомутиках двух фазных обмоток. При этом отклонение стрелки милливольтметра для обмоток разных фаз будет происходить в противоположные стороны, и поэтому при переходе с одной обмотки на другую верхний и нижний щуп нужно менять местами. После пересоединения одного из проводов аккумулятора к третьему кольцу можно измерить напряжение на лобовых соединениях третьей фазной обмотки. Места плохих контактов выявляются по повышенному напряжению на них, контакты могут считаться удовлетворительными, если напряжение на них не более 1,1 среднего значения напряжения на контактах.

Рис. 17. Нахождение недоброкачественных паек хомутиков обмотки ротора

В некоторых случаях несимметрия фазной обмотки ротора вызывается наличием короткозамкнутого контура. Если короткозамкнутый контур имеется только в одной фазной обмотке, то при разомкнутой обмотке ротора пусковой момент отсутствует и эта неисправность проявляется в местном нагревании короткозамкнутого контура. Если короткозамкнутый контур включает в себя две фазные обмотки ротора, то вращающий момент образуется и при разомкнутом пусковом реостате. В этом случае короткозамкнутый контур может быть образован как непосредственным замыканием проводников обмотки, так и в результате повреждения изоляции между фазными обмотками и магнитопроводом ротора. Непосредственный контакт между проводниками может быть между хомутиками лобовых соединений, между проводниками в пазу при укороченном шаге, а также между кольцами, щеткодержателями или соединительными проводами. Установить наличие короткозамкнутого контура в цепи ротора можно описанным ранее методом определения обрывов в цепи ротора. Для этого необходимо включить обмотку статора на однофазное пониженное напряжение, медленно поворачивать ротор и наблюдать за величиной тока в обмотке статора. При наличии в цепи ротора короткого замыкания будут наблюдаться значительные колебания тока в цепи ротора. Целость изоляции между обмоткой и магнитопроводом проверяют мегомметром. Если внешний осмотр и измерение сопротивления изоляции обмотки не позволяют установить место короткого замыкания, то следует проверить нагревание обмотки заторможенного ротора при включенном электродвигателе в сеть. Напряжение на зажимах электродвигателя не должно превышать половины номинального при разомкнутом реостате в цепи ротора. Короткозамкнутые контуры цепи ротора нагреваются значительно сильнее остальных частей обмотки; это можно обнаружить, если коснуться к ним рукой (при отключенной от сети обмотке статора).
Иногда ротор приходит во вращение при разомкнутом реостате и при исправной обмотке вследствие образования вращающего момента от гистерезиса и вихревых токов. Величина этого вращающего момента мала, но все же может оказаться достаточной для вращения ротора без нагрузки. При включенном электродвигателе в сеть никаких не нормальностей не наблюдается и при легком торможении ротор останавливается.