Лабораторная работа № 5-1 Испытание асинхронного двигателя Цель работы: Освоить методику и приобрести навыки послеремонтных испытаний асинхронного электродвигателя. Программа работы 1. Изучить устройство и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя. 2. Произвести внешний осмотр, проверить состояние крепежа, наличие свободного вращения ротора (от руки). 3. Провести испытания асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Общие сведения 1.Используя рекомендованную литературу, ознакомьтесь с принципом работы, конструкцией и назначением основных частей трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя. Обратите внимание на выполнение обмотки статора, создающей вращающееся магнитное поле. Уясните физические процессы, происходящие в короткозамкнутом обмотке ротора. Обратите внимание на особенности пуска асинхронного двигателя и на его рабочие свойства. Асинхронным двигателем называется двигатель переменного тока, у которого скорость вращения ротора меньше скорости вращения магнитного поля и зависит от нагрузки на валу Благодаря простоте конструкции, удобству эксплуатации и надежности асинхронный двигатель стал самым распространенным двигателем в промышленности. Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: а) неподвижного статора; б) вращающегося ротора. Сердечник статора и ротора, разделенные небольшим воздушным зазором (0,3¸1,0 мм), составляют магнитную цепь машины. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники статора и ротора набираются из штампованных листов (рис. 1) электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака или окалины. В пазы, расположенные на внутренней поверхности статора, укладывается трехфазная обмотка из изолированного медного провода. Каждая фаза обмотки занимает 1/3 пазов статора. Таким образом все три фазы А, В, С обмотки статора смещены в пространстве под углом 120° одна относительно другой (рис. 2). Обмотка соединяется по схеме “звезда” или “треугольник”. При питании такой системы обмоток трехфазным переменным током в статоре создается вращающееся магнитное поле. По устройству обмотки ротора асинхронные двигатели делятся на два типа: Рис. 1. Разрез сердечников статора и ротора 1. Пластина статора. 4. Паз ротора. 2. Паз статора. 5. Отверстие для насадки на вала 3. Пластина статора. 6. Воздушный зазор. а) двигатели с короткозамкнутым ротором; б) двигатели с фазным ротором (с контактными кольцами). Обмотка к. з. ротора выполняется из медных или алюминиевых стержней, запрессованных в пазы ротора. По торцам стержни привариваются к кольцам из того же материала. В целом обмотка образует приводящую металлическую клетку, напоминающую “беличье колесо” (рис. 3). В настоящее время у всех двигателей мощность до 100 кВт “беличье колесо” делается из алюминия путем заливки под давлением в пазы ротора. Одновременно со стержнями ротора отливаются боковые кольца и крыльчатка вентилятора. Обмотка фазного ротора выполняется по типу трехфазной обмотки статора из изолированного медного провода и соединяется, как правило, в “звезду”. Три свободных конца обмотки подключаются к трем латунным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. С помощью неподвижных щеток, наложенных на контактные кольца, в цепь ротора можно включить пусковой или регулировочный резистор. Принцип работы асинхронного двигателя не зависит от конструктивных особенностей ротора. При включении статорной обмотки в трехфазную сеть создается вращающееся магнитное поле с неизменной амплитудой Фm. Скорость вращения поля (синхронная скорость) n0 определяется частотой тока сети f1 и числом пар полюсов р обмотки статора: . (1) При стандартной частоте f1 = 50 Гц синхронная частота n0 может принимать следующие значения: 3000 об/мин (если р = 1); 1500 об/мин (если р = 2); 1000 об/мин (если р = 3) и т. д. Вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотке ротора ЭДС Е2: где w2 - число витков фазы роторной обмотки; k2 - обмоточный коэффициент, учитывающий распределение обмотки по окружности ротора (обычно k2 = 0,92¸0,95); f2 - частота ЭДС ротора; Фm - магнитный поток на полюс. Поскольку обмотка ротора замкнута, по ней течет ток I2. Согласно закону Ампера, ток ротора будет взаимодействовать с вращающимся магнитным полем статора. Возникает вращающийся момент, под действием которого ротор начнет вращаться в сторону вращения магнитного поля. Скорость ротора n всегда несколько меньше скорости поля статора n0. Отношение разности скоростей n0 и n к синхронной скорости n0 называется скольжением: Скольжение SH, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, составляет 0,02¸0,08. 2. В соответствии с техническими условиями ТУ 10-05.0001.19-86 «Сдача в капитальный ремонт и выдача из капитального ремонта асинхронных электродвигателей» каждый отремонтированный электродвигатель должен быть подвергнут приемо-сдаточным испытаниям согласно ГОСТ 183-74 в следующем объеме: 2.1. Внешний осмотр, проверка качества сборки и комплектности: 1. Очистить электродвигатель от пыли и грязи, удалить консервационную смазку. 2. Проверить надежность соединения подводящих питание проводов с выводными обмотками электродвигателя. 3. Если же электродвигатель хранился более двух лет, то необходимо заменить смазку. .4.Провернуть вал рукой или рычагом, убедить в том, что вращающиеся части электродвигателя не задевают неподвижные. 5. Установить защитные приспособления (кожух), предотвращающие доступ к вращающимся частям электродвигателя. 6. Проверить надежность контакта зануления электродвигателя, используя при этом прибор М372 . 2. Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками: 1. Измерить сопротивление изоляции обмоток мегомметром, предварительно проверив его исправность. Для этого необходимо закоротить два выводных конца и при вращении рукоятки прибора с частотой 120 мин -1 стрелка прибора покажет «нуль», при снятой перемычке покажет бесконечность. Измерение выполняют: 1.1. Между выводными концами обмоток ; С1-С2; С1-С3; С2-С3. 1.2.Между обмотками и корпусом, С1+С2+С3-К Если сопротивление изоляции меньше нормы, необходимо их рассоединить и проверить каждую обмотку в отдельности. Примечание. Если обмотки электродвигателя соединены на звезду не на клемнике, а внутри статора, то сопротивление изоляции проверяют только по отношению к корпусу (рис.7). Результаты измерений занести в таблицу 3, сравнить с допустимыми значениями и сделать вывод. 3. Измерение сопротивления обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии: цель измерения - качество паек обмоток на лобовых частях. Измерить мостом постоянного тока. Переключатель поставить на омы. Результат измерения занести в таблицу 4, сравнить с допустимым значением и сделать вывод. ∆R – разновидность между наибольшей и наименьшей величиной при измерениях; γ изм.= ∆R 𝑅 . 100 – наибольшее отклонение, %. Примечание. Если измеренные сопротивления сравнивать с паспортными данными, то γ изм. будет иметь два значения «+%» и «-%»(γ изм. сравнивать с допустимым значением ±2%). 1. Пробный пуск двигателя. После окончания наладочных работ по проверке и испытанию аппаратов, схем управления и испытанию неподвижного электродвигателя производят пуск последнего. При первом включении электродвигателя на 2-3 с проверяют: направление вращения, состояние ходовой части, надёжность действия отключающих устройств. Кратковременное включение электродвигателя повторяют 2-3 раза, постоянно увеличивая длительность включения. Во всех случаях получения сигнала о неисправностях привода необходимо без предупреждения остановить электродвигатель. Вывод ______________________________________________________ __________________________________________________________ 2. Проверка электродвигателя на холостом ходу. Проверку на холостом ходу произвести при отсоединенном механизме. В случае невозможности отсоединения проверить при ненагруженном механизме. Измерить ток холостого хода I х.х=________________А. Величина тока холостого хода не нормируется. Продолжительность проверки 1 ч. (В учебных условиях 5…10 мин.). Одновременно проверить нагревание подшипников, обмоток в доступных местах и стали, отсутствие заметной вибрации, характер шума подшипников. Вывод ______________________________________________________ __________________________________________________________ 3. Проверка работы электродвигателя под нагрузкой. Нагрузка должна быть задана преподавателем с помощью реостата в цепи генератора, который используется в качестве нагрузочного. Клещами Ц-91 или Ц-4501 замерить силу тока нагрузки во всех трех фазах. Который должен быть одинаков. Сравнить результаты измерений с паспортными данными двигателя. Сделать вывод по нагрузке электродвигателя. I нагр.=____________А; I ном.=____________А; Вывод ______________________________________________________ __________________________________________________________ ВЫВОДЫ И АНАЛИЗЫ. По работе обобщить результаты испытаний. Данные испытаний занести в таблицу 5, сделать анализ и выводы о пригодности электродвигателя к эксплуатации. 3. Испытание 3.1 Испытание изоляции обмоток относительно корпуса и между фазами на электрическую прочность: От автотрансформатора напряжение подается в цепь обмотки низкого напряжения однофазного испытательного трансформатора Тр. Один выводной конец обмотки высокого напряжения этого трансформатора заземлен, а второй конец соединяется с испытуемой обмоткой. Высокое напряжение измеряется вольтметром , который включен в первичную обмотку трансформатора Тр и отградуирован на высокое напряжение. Испытательная установка должна иметь видимый разрыв, создаваемый электрическим соединителем ЭС. Зеленая лампочка Л31 контролирует положение дверей испытательной станции и камеры. Зеленая лампочка Л32 сигнализирует о включении сети. Красная лампочка ЛК сигнализирует о подаче высокого напряжения. Испытания начинают с напряжения, не превышающего 1/3 испытательного и доводят его до полного значения плавно или ступенями по 5... 10% в течение не менее 10...15 с. Полное испытательное напряжение выдерживают 3.2 Испытание межвитковой изоляции обмоток на электрическую прочность: Витковую изоляцию испытывают лишь в машинах, обмотка которых состоит из многовитковых (двухвитковых и более) катушек. Так как витки в катушках соединены последовательно и не имеют отдельных выводов, то испытательное напряжение нельзя приложить к каждому витку раздельно. Поэтому для испытания междувитковой изоляции обмоток приходится применять другие способы. Изоляция между витками всыпных обмоток в большинстве случаев состоит из двух слоев эмали, которой покрыты два расположенных рядом проводника. Кроме того, в местах обмотки, где витки неплотно прилегают один к другому, между витками после пропитки имеется слой пропиточного лака, заполняющего пустоты между проводами.Напряжение между витками обмотки иш равно напряжению, приложенному к фазе, деленному на число последовательно соединенных витков фазы . Чтобы повысить это напряжение, надо повысить напряжение на выводах обмотки. Обычно межвитковое напряжение обмоток статоров асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором не превышает 10... 15 В. Неповрежденная эмалевая изоляция обмоточных проводов, из которых изготовляют обмотки, имеет достаточно высокую электрическую прочность (4...6 кВ), однако даже у новых проводов встречаются точечные повреждения слоя изоляционной эмали. Эти повреждения в условиях эксплуатации могут развиваться и на их месте могут возникнуть местные очаги повреждений межвитковой изоляции, т. е. местные дефекты. Повреждение межвитковой изоляции обмоток в начальной стадии определить довольно трудно, поскольку между витками даже при полном отсутствии в месте дефекта на поверхности проводов эмалевой пленки имеется воздушный промежуток, пробивное напряжение которого составляет сотни вольт. Так, воздушный промежуток толщиной 0,1 мм имеет пробивное на- пряжение свыше 1000 В, поэтому для повышения эффективности определения повреждений к изоляции между витками необходимо прилагать напряжение, превышающее пробивное напряжение в месте дефекта. Согласно ГОСТ 183 испытание междувитковой изоляции производят при повышении напряжения на выводах обмотки на 30 % по сравнению с номинальным. Такое напряжение изоляция должна выдержать в течение 3 мин. Для испытания витковой изоляции многовитковых обмоток статоров и фазных роторов асинхронных двигателей, а также обмоток якорей и обмоток возбуждения машин постоянного тока может быть использован метод наведения ЭДС в испытуемых обмотках. Для испытания междувитковой изоляции многовитковых отдельных статорных катушек, не уложенных в пазы, применяют установку, состоящую из двух П-образных магнитопроводов, на одном из которых имеется обмотка возбуждения, а на втором - измерительная обмотка. Для испытания оба маг-нитопровода надевают на катушку и замыкают их стержни, образуя замкнутые магнитные цепи. Обмотка возбуждения подключается к источнику напряжения высокой частоты или генератору импульсов напряжения. Поток, создаваемый МДС обмотки возбуждения, индуцирует в витках испытуемой катушки ЭДС. При пробое изоляции между ее витками в образовавшемся замкнутом контуре возникает ток, который, в свою очередь, наводит ЭДС ввитках измерительной катушки. Появление тока регистрируется милливольтметром в ее цепи. Для испытания витковой изоляции катушек, уложенных в пазы, применяют специальнуюустановку. Оба магнитопровода устанавливают на зубцы сердечника статора над испытуемой катушкой гак, чтобы поток возбуждения замыкался под пазом, охватывая ее витки. Ток, появляющийся при витковом замыкании в замкнутом накоротко витке, возбуждает ЭДС в измерительной катушке второго П-образного магнитопровода, которая регистрируется прибором, подключенным к ее выводам. 3.3 Определение тока и потерь холостого хода: При проведении опыта короткого замыкания измеряют ток и потери короткого замыкания электродвигателей, проверяют состояние соединений обмоток, а также качество заливки короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей. Результаты опыта позволяют определить начальный пусковой ток и начальный вращающий момент электродвигателя, которые являются важными эксплуатационными параметрами. Опыт короткого замыкания производят при заторможенном роторе. В электродвигателях с фазными роторами обмотку ротора замыкают накоротко на кольцах. При заторможенном роторе к статору подводят практически симметричное напряжение номинальной частоты. Вращающий момент для электродвигателей мощностью до 100 кВт измеряют динамометром, весами, тормозом или специальными приборами. Так как этот момент может несколько изменяться в зависимости от положения ротора по отношению к статору, то измерения производят несколько раз, сдвигая ротор на одно зубцовое деление, и в качестве результата принимают наименьший из замеренных моментов. Для двигателей мощностью выше 100 кВт вращающий момент обычно определяют расчетным путем по результатам измерения потерь короткого замыкания. Необходимо учитывать, что при проведении опыта электродвигатель является трансформатором, вторичная обмотка которого (обмотка ротора) замкнута накоротко. Ток, проходящий по обмоткам, может в несколько раз превысить номинальный, а так как двигатель при неподвижном роторе не вентилируется, то его обмотка очень быстро нагревается. Поэтому необходимые отсчеты по приборам и сам опыт надо производить с максимально возможной быстротой. Следует обратить серьезное внимание на надежность устройств, служащих для затормаживания ротора, так как при проведении опыта они испытывают значительные усилия. Направление вращения ротора определяют заранее и, сообразуясь с ним, устанавливают затормаживающие устройства. При ошибке эти устройства могут сорваться и нанести повреждения персоналу. Опыт короткого замыкания обычно производят сразу после опыта холостого хода. Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость линейного тока короткого замыкания /„ и потерь короткого замыкания Рк от приложенного к статору напряжения Ик. Для проведения опыта собирается схема, аналогичная схеме при опыте холостого хода (рис. 1). При проведении опыта рекомендуется двигатель включать на напряжение, составляющее 15—20% номинального, затем быстро поднимать его до требуемого значения. При типовом испытании следует произвести пять — семь отсчетов при разных значениях подводимого напряжения. Первый отсчет берут при наибольшем напряжении. Отсчеты по приборам при каждом значении подведенного напряжения производят за время не более 10 с во избежание чрезмерного нагрева обмотки током короткого замыкания. После каждого отсчета двигатель отключают. При типовом испытании двигателя мощностью до 100 кВт опыт проводят, начиная с напряжения, отличающегося от номинального не более чем на ±10%. Типовое испытание короткозамкнутых двигателей мощностью свыше 100 кВт допускается производить при напряжениях, меньших номинального, но при таких, чтобы максимальное значение тока короткого замыкания было не ниже 2,5—4-кратного номинальному. При испытании короткозамкнутых двигателей мощностью свыше 1000 кВт, а также при испытании двигателей с фазным ротором допускается доводить ток только до 2-кратного номинальному. Во всех случаях требуется один из отсчетов произвести при напряжении, указанном ниже. Номинальное напряжение 127 220 380 500 600 3000 6000 двигателя, В Напряжение короткого замыкания, В .... 33 58 100 130 173 800 1600 ГОСТ 7217-66 рекомендует при приемо-сдаточных испытаниях ток и потери короткого замыкания определять только при одном напряжении согласно приведенным выше данным с последующим пропорциональным пересчетом тока короткого замыкания на номинальное напряжение двигателя. Потери в этом случае пересчитывают пропорционально квадрату тока. По данным замеров строится характеристика короткого замыкания (рис. 4). Так же как и при опыте холостого хода, измерение подводимой мощности производится по схеме двух ваттметров. Однако корректировка подводимой мощности на потерю в приборах не производится, так как эти потери обычно лежат ниже уровня погрешности измерения. Сделать соответствующие выводы. Содержание отчета Отчет должен содержать: 1.Наименование лабораторной работы и ее цель; 2.Краткий конспект раздела «Общие сведения»; 3.Записать результаты испытаний согласно ПУЭ на асинхронный электродвигатель 0,4 кВ, Р=100кВт, выводы по каждому пункту; 4.Общее заключение по результатам испытаний.
