Асинхронные двигатели

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая другая электрическая машина, асинхронная машина обратима и может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. Однако преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода. Области применения асинхронных двигателей весьма широки - от привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т.д.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение получили трехфазные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц).

Исполнение по степени защиты: IP44 - по первой цифре соответствует защите от возможности соприкосновения инструмента, проволоки или других подобных предметов, толщина которых превышает 1 мм, с токоведущими или движущимися частями внутри машины; по второй цифре - защите от водяных брызг любого направления, попадающих на оболочку.

Способ охлаждения: IC141 - двигатель, обдуваемый наружным вентилятором, расположенным на валу машины.

Климатические условия работы: У3 - по букве - для умеренного климата; по цифре - для размещения в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействия песка и пыли, солнечной радиации существенно меньше, чем на открытом воздухе (каменные, бетонные, деревянные и другие неотапливаемые помещения).

В ходе выполнения всего курсового проекта будут проводиться сравнения между проектируемым и аналоговым двигателем.

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов, использовавшихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5 % затрат из обслуживания всего установленного оборудования. многофазная ток асинхронный электродвигатель

Поэтому создание серии высокоэкономических и надежных асинхронных двигателей являются важнейшей народно - хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материалов и трудовых ресурсов.

В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов иррациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2 - 3 ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Серия имеет широкий ряд модификаций специализированных исполнений для удовлетворительных максимальных нужд электропривода.



1. Основная часть

Асинхронные двигатели -- принцип действия.

Наиболее распространенные среди электрических двигателей получил трехфазный асинхронный двигатель, впервые сконструированный известным русским электриком М. О. Доливо-Добровольским.

Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока, асинхронный двигатель состоит из двух основных частей -- ротора и статора. Статором называется неподвижная часть машины, ротором -- ее вращающаяся часть. Асинхронная машина обладает свойством обратимости, то есть может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Из-за ряда существенных недостатков асинхронные генераторы практически не применяются, тогда, как асинхронные двигатели получили очень широкое распространение.

Многофазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту рассчитывается по формуле:

n1=60f1/p

где: n- частота вращения магнитного поля статора; f -- частота тока в сети; р -- число пар полюсов

Если ротор вращается с частотой, равной частоте вращения магнитного поля статора, то такая частота называется синхронной.

Если ротор вращается с частотой, не равной частоте магнитного поля статора, то такая частота называется асинхронной.

В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте, то есть при частоте вращения ротора, не равной частоте вращения магнитного поля.

Номинальная частота вращения асинхронного двигателя зависит от частоты вращения магнитного поля статора и не может быть выбрана произвольно. При стандартной частоте промышленного тока f1=50Гц возможные синхронные частоты вращения (частоты вращения магнитного поля) n1=60f1/p=3000/p.

Работа асинхронного электродвигателя основана на явлении, названном «диск Араго -- Ленца». Это явление заключается в следующем: если перед полосами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и начать вращать магнит вокруг его оси при помощи рукоятки, то медный диск будет вращаться в том же направлении. Это объясняется тем, что при вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуктирует в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита, возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца направление всякого индуктивного тока таково, что он противодействует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи в теле диска стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска всегда меньше, чем частота вращения магнита. Если бы эти частицы почему-либо стали одинаковыми, то магнитное поле не перемещалось бы относительно диска, и, следовательно, в нем не возникали бы вихревые токи, то есть не было бы силы, под действием которой диск вращается.

В асинхронных двигателях, используемых в бензогенераторах и дизель генераторах, постоянный магнит заменен вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока.

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС, то есть электродвижущую силу. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то по ней под действием индуктируемой электродвижущей силы проходит ток.

В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающемся магнитным полем обмотки статора создается вращающейся момент, под действием которого ротор начинает вращаться по направлению вращения магнитного поля.

Если предположить, что в какой-то момент времени частота вращения ротора оказалась равной частоте вращения поля статора, то проводники обмотки ротора не будут пересекать магнитное поле статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающийся момент станет равным нулю и частота вращения ротора уменьшится по сравнению с частотой вращения поля статора, пока не возникнет вращающейся момент, уравновешивающий тормозной момент, который складывается из момента нагрузки на валу и момента сил трения в машине.

Асинхронная машина кроме двигательного режима может работать в генераторном режиме и режиме электромагнитного тормоза.

Генераторный режим возникает в том случае, когда ротор с помощью постоянного двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения, большей частоты вращения магнитного поля. Поэтому работе асинхронной машины в генераторном режиме соответствуют скольжения в пределах от 0 до -.

Если ротор под действием посторонних сил начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля, то возникает режим электромагнитного тормоза.

Для изменения направления вращения ротора, то есть для реверсирования двигателя, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмотками статора. Это достигается изменением чередования фаз обмоток статора, для чего следует поменять местами по отношению к зажимам сети любые два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Вне зависимости от направления вращения ротора его частота n всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Электрические машины, преобразующие электрическую энергию переменного тока в механическую энергию, называются электродвигателями переменного тока.

В промышленности наибольшее распространение получили асинхронные двигатели трехфазного тока. Рассмотрим устройство и принцип действия этих двигателей.

Рисунок 1. Простейшая модель для получения вращающегося магнитного поля

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Для уяснения работы такого двигателя проделаем следующий опыт.

Укрепим подковообразный магнит на оси таким образом, чтобы его можно было вращать за ручку. Между полюсами магнита расположим на оси медный цилиндр, могущий свободно вращаться.

Рисунок 2. Простейшая модель для получения вращающегося магнитного поля

Начнем вращать магнит за ручку по часовой стрелке. Поле магнита также начнет вращаться и при вращении будет пересекать своими силовыми линиями медный цилиндр. В цилиндре, по закону электромагнитной индукции, возникнут вихревые токи, которые создадут свое собственное магнитное поле -- поле цилиндра. Это поле будет взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита, в результате чего цилиндр начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит. Установлено, что скорость вращения цилиндра несколько меньше скорости вращения поля магнита.

Действительно, если цилиндр вращается с той же скоростью, что и магнитное поле, то магнитные силовые линии не пересекают его, а следовательно, в нем не возникают вихревые токи, вызывающие вращение цилиндра.

Скорость вращения магнитного поля принято называть синхронной, так как она равна скорости вращения магнита, а скорость вращения цилиндра -- асинхронной (несинхронной). Поэтому сам двигатель получил название асинхронного двигателя. Скорость вращения цилиндра (ротора) отличается от синхронной скорости вращения магнитного поля на небольшую величину, называемую скольжением.

Обозначив скорость вращения ротора через n1 и скорость вращения поля через n мы можем подсчитать величину скольжения в процентах по формуле:

s = (n - n1) / n.

В приведенном выше опыте вращающееся магнитное поле и вызванное им вращение цилиндра мы получали благодаря вращению постоянного магнита, поэтому такое устройство еще не является электродвигателем. Надо заставить электрический ток создавать вращающееся магнитное поле и использовать его для вращения ротора. Задачу эту в свое время блестяще разрешил М. О. Доливо-Добровольский. Он предложил использовать для этой цели трехфазный ток.

Устройство асинхронного электродвигателя М. О. Доливо-Добровольского

Рисунок 3. Схема асинхронного электродвигателя Доливо-Добровольского

На полюсах железного сердечника кольцевой формы, называемого статором электродвигателя, помещены три обмотки, сети трехфазного тока 0 расположенные одна относительно другой под углом 120°.

Внутри сердечника укреплен на оси металлический цилиндр, называемый ротором электродвигателя.

Если обмотки соединить между собой так, как показано на рисунке, и подключить их к сети трехфазного тока, то общий магнитный поток, создаваемый тремя полюсами, окажется вращающимся.

На рисунке 3 показан график изменения токов в обмотках двигателя и процесс возникновения вращающегося магнитного поля.

Рассмотрим - подробнее этот процесс. Рисунок 3. Получение вращающегося магнитного поля

В положении «А» на графике ток в первой фазе равен нулю, во второй фазе он отрицателен, а в третьей положителен. Ток по катушкам полюсов потечет в направлении, указанном на рисунке стрелками.

Определив по правилу правой руки направление созданного током магнитного потока, мы убедимся, что на внутреннем конце полюса (обращенном к ротору) третьей катушки будет создан южный полюс (Ю), а на полюсе второй катушки -- северный полюс (С). Суммарный магнитный поток будет направлен от полюса второй катушки через ротор к полюсу третьей катушки.

В положении «Б» на графике ток во второй фазе равен нулю, в первой фазе он положителен, а в третьей отрицателен. Ток, протекая по катушкам полюсов, создает на конце первой катушки южный полюс (Ю), на конце третьей катушки северный полюс (С). Суммарный магнитный поток теперь будет направлен от третьего полюса через ротор к первому полюсу, т. е. полюсы при этом переместятся на 120°.

В положении «В» на графике ток в третьей фазе равен нулю, во второй фазе он положителен, а в первой отрицателен. Теперь ток, протекая по первой и второй катушкам, создаст на конце полюса первой катушки -- северный полюс (С), а на конце полюса второй катушки -- южный полюс (Ю), т. е. полярность суммарного магнитного поля переместится еще на 120°. В положении «Г» на графике магнитное поле переместится еще на 120°.

Таким образом, суммарный магнитный поток будет менять свое направление с изменением направления тока в обмотках статора (полюсов).

При этом за один период изменения тока в обмотках магнитный поток сделает полный оборот. Вращающийся магнитный поток будет увлекать за собой цилиндр, и мы получим таким образом асинхронный электродвигатель.

Напомним, что на рисунке 3 обмотки статора соединены «звездой», однако вращающееся магнитное поле образуется и при соединении их «треугольником».

Если мы поменяем местами обмотки второй и третьей фаз, то магнитный поток изменит направление своего вращения на обратное.

Такого же результата можно добиться, не меняя местами обмотки статора, а направляя ток второй фазы сети в третью фазу статора, а третью фазу сети -- во вторую фазу статора.

Таким образом, изменить направление вращения магнитного поля можно переключением двух любых фаз.

Мы рассмотрели устройство асинхронного двигателя, имеющего на статоре три обмотки. В этом случае вращающееся магнитное поле двухполюсное и число его оборотов в одну секунду равно числу периодов изменения тока в одну секунду.

Если на статоре разместить по окружности шесть обмоток, то будет создано четырехполюсное вращающееся магнитное поле. При девяти обмотках поле будет шестиполюсным.

При частоте трехфазного тока f, равной 50 периодам в секунду, или 3000 в минуту, число оборотов n вращающегося поля в минуту будет:

при двухполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 1 = 3000 об/мин,

при четырехполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 2 = 1500 об/мин,

при шестиполюсном статоре n = (50 х 60 ) / 3 = 1000 об/мин,

при числе пар полюсов статора, равном p: n = (f х 60 ) / p,

Итак, мы установили скорость вращения магнитного поля и зависимость ее от числа обмоток на статоре двигателя.

Ротор же двигателя будет, как нам известно, несколько отставать в своем вращении. Однако отставание ротора очень небольшое. Так, например, при холостом ходе двигателя разность скоростей составляет всего 3%, а при нагрузке 5 - 7%. Следовательно, обороты асинхронного двигателя при изменении нагрузки изменяются в очень небольших пределах, что является одним из его достоинств.

Рассмотрим теперь устройство асинхронных электродвигателей.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором наиболее прост, надежен в работе и дешев.

Рис.1. Устройство трехфазного асинхронного двигателя:

1, 11 - подшипники качения; 2 - вал; 3, 9 - подшипниковые щиты; 4 - клеммная коробка; 5 - сердечник ротора; 6 - сердечник статора; 7 - корпус статора; 8 - обмотка статора; 10 - вентилятор; 12 - кожух; 13 - ребра охлаждения; 14 - лапы; 15 - болт заземления Статор современного асинхронного электродвигателя имеет невыраженные полюсы, т. е. внутренняя поверхность статора сделана совершенно гладкой.

Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, сердечник статора набирают из тонких штампованных стальных листов. Собранный сердечник статора закрепляют в стальном корпусе. В пазы статора закладывают обмотку из медной проволоки. Фазовые обмотки статора электродвигателя соединяются «звездой» или «треугольником», для чего все начала и концы обмоток выводятся на корпус -- на специальный изоляционный щиток. Такое устройство статора очень удобно, так как позволяет включать его обмотки на разные стандартные напряжения.

Ротор асинхронного двигателя, подобно статору, набирается из штампованных листов стали. В пазы ротора закладывается обмотка. В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Обмотка короткозамкнутого ротора сделана из медных стержней, закладываемых в пазы ротора. Торцы стержней соединены при помощи медного кольца. Такая обмотка называется обмоткой типа «беличьей клетки». Заметим, что медные стержни в пазах не изолируются. В некоторых двигателях «беличью клетку» заменяют литым ротором.

Асинхронный двигатель с фазным ротором (с контактными кольцами) применяется обычно в электродвигателях большой мощности и в тех случаях; когда необходимо, чтобы электродвигатель создавал большое усилие при трогании с места. Достигается это тем, что в обмотки фазного двигателя включается пусковой реостат.

Короткозамкнутые асинхронные двигатели пускаются в ход двумя способами:

1) Непосредственным подключением трехфазного напряжения сети к статору двигателя. Этот способ самый простой и наиболее популярный.

2) Снижением напряжения, подводимого к обмоткам статора. Напряжение снижают, например, переключая обмотки статора со «звезды» на «треугольник».

Пуск двигателя в ход происходит при соединении обмоток статора «звездой», а когда ротор достигнет нормального числа оборотов, обмотки статора переключаются на соединение «треугольником».

Ток в подводящих проводах при этом способе пуска двигателя уменьшается в 3 раза по сравнению с тем током, который возник бы при пуске двигателя прямым включением в сеть с обмотками статора, соединенными «треугольником». Однако этот способ пригоден лишь в том случае, если статор рассчитан для нормальной работы при соединении его обмоток «треугольником».

Наиболее простым, дешевым и надежным является асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, но этот двигатель обладает некоторыми недостатками -- малым усилием при трогании с места и большим пусковым током. Эти недостатки в значительной мере устраняются применением фазного ротора, но применение такого ротора значительно удорожает двигатель и требует пускового реостата.



2. Основные неисправности асинхронных двигателей

2.1 Искрение щеток и обгорание контактных колец

Щетки искрят; некоторые щетки и их арматура сильно нагреваются и обгорают.

A. Щетки плохо пришлифованы.

Пришлифовать щетки к контактным кольцам стеклянной шкуркой. Применять для шлифовки щеток наждачную бумагу нельзя. Б. Щетки не могут свободно двигаться в обойме щеткодержателя, что ухудшает контакт между контактными кольцами и щетками.

Поставить щетки такого размера, чтобы они свободно передвигались и не зажимались в обойме щеткодержателя; в случае надобности припилить и пришлифовать щетки. Нормальный зазор между щеткой и обоймой составляет 0,2--0,3 мм.

B. Контактные кольца и щетки загрязнены. Иногда причиной загрязнения служит попадание масла из подшипника.

Очистить контактные кольца и щетки от грязи и протереть их чистой неволокнистой тряпкой, слегка смоченной бензином. Устранить причины попадания масла из подшипника (см. пп. 4-4-2, 4-4-3, 4-5-2). Г. Контактные кольца имеют неровную поверхность или бьют.

Отшлифовать или обточить контактные кольца. Д. Щетки слабо прижаты к контактным кольцам.

Отрегулировать нажатие щеток по заводским нормам. Е. Поставлены щетки неподходящей марки.

Поставить щетки, предписанные заводом, или подобрать щетки соответствующей марки. Ж. Ток неравномерно распределяется между отдельными щетками. Это может быть из-за плохого контакта в цепи щеткодержателей и токоподводов, неодинакового нажатия щеток или применения щеток различных марок.

Проверить и исправить все контакты траверсы, токоподводов, щеткодержателей и щеток. Отрегулировать равномерное нажатие щеток соответственно применяемой марке щеток. Применять щетки только одной марки. В случае невозможности получения одинаковых щеток для всей машины, распределить щетки таким образом, чтобы на каждом кольце были поставлены щетки только одной марки.

2.2 Перегрев машины (Перегрев активной стали статора)

2.2.1 Активная сталь статора равномерно перегрета, хотя нагрузка двигателя не превышает номинальной

Напряжение сети выше номинального.

Снизить напряжение сети до номинального. Если это невозможно, то усилить вентиляцию двигателя, запросив завод-изготовитель о способах ее усиления. Если и после усиления вентиляции перегрев стали будет выше допустимого и возникнет опасение за бесперебойную работу двигателя, то заменить двигатель другим, соответствующим напряжению сети. См. также п. 2-4-1, В. 2-3-2. Наблюдается повышенный местный нагрев активной стали при холостом ходе двигателя и номинальном напряжении сети.

A. Между отдельными листами активной стали имеются местные замыкания, вызванные заусенцами, образовавшимися при опиловке, или же из-за задевания ротора о статор во время работы двигателя.

Удалить заусенцы; обработать места замыкания осттрым напильником; разъединить соединительные листы стали и пролакировать их изоляционным лаком воздушной сушки (см. также п. 2-3-2, В). Б. Произошло соединение между стяжными болтами и активной сталью (в машинах старой конструкции).

Исправить изоляцию стяжных болтов или заменить поврежденные болты новыми; в большинстве случаев для этого необходимо произвести частичную или полную перемотку обмотки статора.

B. Зубцы активной стали в отдельных местах выгорели и оплавились вследствие коротких замыканий в обмотке статора или пробоя обмотки на корпус.

Вырубить или вырезать поврежденные места. Между отдельными листами проложить тонкий электрокартон или пластинки слюды и пролакировать их изоляционным лаком. Такой способ ремонта обычно дает хорошие результаты при тщательном изолировании друг от друга отдельных листов стали для предотвращения образования новых внутренних замыканий. При большом числе повреждений стали необходимо произвести полную перешихтовку ее, что связано с перемоткой статора. До укладки обмотки необходимо исправленную активную сталь статора испытать на отсутствие замыканий между листами. Испытание проводится с помощью намагничивающей обмотки, питаемой однофазным током при индукции в стали, равной 1 Тл (см. приложение 10, разд. Ж). Отсутствие местных перегревов в стали свидетельствует об удовлетворительном ремонте.

2.3 Перегрев обмотки статора

2.3.1 Наблюдается общий равномерный перегрев всей обмотки статора

А. Двигатель перегружен, или нарушена его нормальная вентиляция.

Б. Напряжение на зажимах двигателя ниже номинального, вследствие чего двигатель при номинальной мощности перегружен током.

Повысить напряжение до номинального или уменьшить нагрузку до номинальной силы тока. В. Обмотка статора соединена не звездой, а треугольником.

Соединить обмотку статора звездой. 2-4-2. Обмотка статора местами сильно нагревается. Сила тока в отдельных фазах неодинакова. Двигатель сильно гудит и развивает пониженный крутящий момент.

A. Междувитковое соединение в обмотке статора.

См. приложение 8, разд. Б. Б. Неправильно соединены катушки одной фазы; одна или несколько катушек «перевернуты». См. п. 2-7-12. А.

B. Обмотка одной фазы замкнута на землю в двух местах.

Найти при помощи мегомметра или контрольной лампы место замыкания обмотки на землю и устранить это замыкание; в случае надобности перемотать поврежденные катушки. Г. Короткое замыкание между двумя фазами.

Найти место короткого замыкания. Поврежденное место отремонтировать или же перемотать поврежденную часть обмотки.

2.4 Перегрев обмотки ротора

2.4.1 Вся обмотка ротора равномерно перегрета. У двигателя пониженная частота вращения. Других неисправностей не обнаружено

Ротор, а иногда и статор перегреваются. Двигатель гудит, ток в статоре сильно пульсирует. Двигатель с нагрузкой плохо идет в ход и не развивает номинальной частоты вращения; момент вращения меньше номинального.

Неисправность вызывается плохим контактом в цепи ротора. В фазном роторе возможны случаи А -- Д:

А. Плохой контакт в пайках лобовых частей обмотки или нулевой точке, в переходных соединениях между стержнями или в соединениях между параллельными группами.

Тщательно проверить все пайки обмоток ротора; те из них, которые неисправны или внушают подозрение, перепаять. Если наружным осмотром не удается обнаружить место плохой пайки, то при отсутствии неисправностей, указанных в п. 2.4.1, Б -- Д, произвести проверку паек обмотки ротора методом падения напряжения.

Б. Плохой контакт в соединениях обмотки с контактными кольцами.

Проверить контакты токоподводов в местах соединения их с обмоткой и контактными кольцами. В. Плохой контакт в щеточном аппарате или же ослабли контакты механизма для короткого замыкания ротора и подъема щеток вследствие механической неисправности, загрязнения или попадания масла.

А -- Д. Г. Плохой контакт в соединениях между контактными кольцами и пусковым реостатом.

Проверить исправность контактов в местах присоединения соединительных проводов к выводам ротора и пускового реостата. Д. Плохой контакт в пусковом реостате, например, из-за недостаточного прилегания щеток.

Проверить и почистить контакты и щетки пускового реостата.

Е. Плохой контакт между стержнями короткозамкнутого ротора и короткозамыкающими кольцами из-за отрыва стержней от короткозамыкающих колец или разрыва последних (в одном или нескольких местах). В некоторых случаях наблюдается разрыв отдельных стержней в пазовой части ротора.

Найти место обрыва, перепаять его или заменить лопнувший стержень ротора.

2.4.2 Двигатель с фазным ротором без нагрузки идет в ход при разомкнутой цепи ротора. При пуске в ход с нагрузкой двигатель медленно разворачивается и ротор сильно нагревается.

Короткое замыкание между соседними хомутиками лобовых соединений или в обмотке ротора; заземление обмотки ротора в двух местах.

Тщательно проверить, не касаются ли друг друга соседние хомутики лобовых соединений; если касаются, то разогнуть их. Проверить, нет ли соединения между хомутиками оставшимся после пайки оловом; наплывы олова удалить. Измерить сопротивление изоляции ротора и в случае заземления обмотки или контактных колец устранить его.

После определения короткозамкнутой части обмотки заменить поврежденные катушки (секции) новыми или перемотать их. Не ограничиваться частичной переизолировкой, так как перегрев повреждает в большинстве случаев всю изоляцию короткозамкнутых катушек, что грозит в дальнейшем новыми короткими замыканиями.

2.5 Перегрев контактных колец и щеток

2.5.1 Контактные кольца и щетки перегреты

A. Щетки искрят.

Б. Щетки слишком сильно прижаты к контактным кольцам. Отрегулировать нажатие соответственно марке щеток.

B. Недостаточна вентиляция контактных колец и щеток (у двигателей с закрытыми контактными кольцами). Перегрев обычно сопровождается искрением щеток и повышенным износом щеток и колец.

Усилить вентиляцию контактных колец и щеток посредством установки вентилятора или увеличения числа или размеров имеющихся вентиляционных крыльев; увеличить число и размеры вентиляционных отверстий в кожухе. Целесообразно запросить рекомендации завода-изготовителя.

В некоторых случаях полезно прорезать на скользящей поверхности щеток несколько продольных и поперечных канавок глубиной 3 мм и шириной 1 мм, . Число надрезов должно соответствовать размерам щеток. Назначение надрезов -- усилить вентиляцию и охлаждение щеток, а также удалить вакуум и газы из-под скользящей поверхности щеток.

Иногда целесообразно сделать на кольцах винтовые канавки.

2.6 Ненормальная частота вращения двигателя

2.6.1 Двигатель не идет в ход

Отсутствует ток в статоре, что может быть из-за перегорания предохранителей или выключения неисправного автоматического выключателя.

Поставить новые предохранители; исправить автоматический выключатель.

Двигатель не идет в ход, при разворачивании от руки работает толчками и ненормально гудит; в одной фазе статора нет тока.

Обрыв в одной фазе сети или внутренний обрыв в обмотке статора при соединении фаз звездой (явления, происходящие в двигателе при внутреннем обрыве обмотки статора и соединении фаз треугольником.

Если обрыв фазы происходит во время работы двигателя, то последний может продолжать работать с номинальным вращающим моментом, но частота вращения при этом сильно понижается, а сила тока настолько увеличивается, что при отсутствии надлежащей максимальной защиты может перегореть обмотка статора или ротора.

Проверить вольтметром напряжение на зажимах статора. Если имеется обрыв в одной фазе сети или напряжение во всех трех фазах несимметрично (например, в случае перегорания предохранителя или обрыва в одной фазе первичной обмотки трансформатора), то устранить неисправность сети. Если сеть исправна, то имеется обрыв в обмотке статора (нахождение обрыва в обмотке см. в приложении 8).

2.6.2 Двигатель не идет в ход, несмотря на то, что напряжение на зажимах статора номинальное, а сила тока во всех трех фазах статора одинакова; все три напряжения на кольцах, измеренные при неподвижном разомкнутом роторе, равны (при двухфазном роторе два напряжения между средним и крайними кольцами равны между собой, а напряжение между двумя крайними кольцами больше первых двух в 1,4 раза).

А. Обрыв в двух (или в трех) фазах пускового реостата или в соединительных проводах между ротором и пусковым реостатом.

Отыскать при помощи мегомметра или контрольной лампы место обрыва и исправить.

Б. Сильное одностороннее притяжение ротора к статору из-за большой разработки вкладышей подшипников, смещения подшипниковых щитов или подшипниковых стояков.

При включении двигателя в сеть ротор не вращается -- «прилипает»; выведенный из такого состояния, он самостоятельно разворачивается и продолжает нормально работать. Такое явление наблюдается главным образом в короткозамкнутых двигателях.

Неудачно выбраны числа пазов статора и ротора. Особенно сильно проявляется «прилипание» при равенстве чисел пазов статора и ротора. Неудачное соотношение чисел зубцов ведет к резкому снижению начального момента двигателя.

Установить ротор, имеющий иное число пазов. Чтобы избежать явления «прилипания» и «застревания», заводы-изготовители применяют также скашивание пазов ротора по отношению к пазам статора, т. е. располагают пазы ротора под небольшим углом к оси вала. Двигатель с фазным ротором идет в ход при разомкнутой цепи ротора.

Следует отметить, что иногда двигатель идет в ход и при исправной обмотке ротора от вращающего момента, развиваемого от гистерезиса и вихревых токов, а также при наличии широких бандажей на роторе. Вращающий момент двигателя при этом очень мал. В этом случае ничего предпринимать не нужно, так как двигатель вполне исправен. Двигатель с короткозамкнутым ротором хорошо идет в ход без нагрузки, с нагрузкой в ход не идет. Нагрузка при пуске велика.

Уменьшить нагрузку при пуске. Двигатель с короткозамкнутым ротором не достигает нормальной частоты вращения, а «застревает» и начинает устойчиво работать при низкой частоте вращения, которая в несколько раз меньше номинальной (составляет l/7, 1/4, 1/3 и т. д. номинальной; знаменатели дробей представляют собой нечетные числа, не делящиеся на 3). Чаще всего это происходит при частоте вращения, составляющей номинальной. Однако если ротор принудительно привести во вращение с частотой, превышающей указанное значение, то он разворачивается до номинальной частоты вращения и продолжает нормально работать.

Отклонение формы кривой распределения магнитной индукции в зазоре от синусоиды. Основной причиной этих отклонений является неправильное сочетание чисел пазов статора и ротора для данного числа полюсов. При этом в кривой магнитной индукции появляются так называемые высшие гармоники индукции 5, 7, 11, 13-го и т.д. порядка (несинусоидальную кривую можно представить состоящей из основной синусоиды -- первого порядка и синусоид высшего порядка, имеющих частоты, в 5, 7, 11 и т. д. раз превышающие основную). Указанные гармоники создают поля, вращающиеся в пространстве с частотой вращения, меньшей (в 5, 7, И и т.д. раз), чем частота вращения магнитного поля от основной гармоники. Вращающие моменты, создаваемые высшими гармониками, искажая форму кривой момента, могут оказать тормозящее действие на двигатель при его разгоне.

На рис. 2-1 показана кривая / изменения вращающего момента двигателя при наличии 7-й гармоники индукции; в кривой появляется провал. Если величина этого провала настолько велика, что пусковой вращающий момент Мпуск, развиваемый двигателем, окажется недостаточным для преодоления статического момента нагрузки AfCY в процессе разгона, то, достигнув точки а, двигатель начнет устойчиво работать с частотой вращения, примерно равной 1/7 номинальной.

Рис. 2-1. Кривая момента М асинхронного двигателя в зависимости от скольжения при наличии высших гармоник

Кривая 2 на рис. 2-1 соответствует нормальному вращающему моменту, когда отсутствуют высшие гармоники в кривой магнитной индукции.

Заменить ротор другим либо устранить 7-ю гармонику индукции, перемотав обмотку статора, для чего применить двухслойную обмотку с сокращенным шагом (порядка. Кривая 3 соответствует моменту 7-й гармоники индукции.

2.6.3 При номинальной нагрузке двигатель вращается с частотой, не достигающей номинальной

A. Напряжение на зажимах двигателя понижено.

Повысить напряжение до номинального или, если это невозможно, уменьшить нагрузку во избежание перегрева двигателя. Б. Плохой контакт в цепи ротора.

B. Велико сопротивление в цепи ротора (длинные или тонкие провода между ротором и пусковым реостатом, невыведен-ный или неисправный реостат и т. п.).

Увеличить сечение проводов; исправить реостат; перенести пусковой реостат ближе к двигателю. Г. Обмотка статора вместо треугольника соединена звездой.

Соединить обмотку статора треугольником. 2-7-9. Частота вращения ротора ниже номинальной и сильно колеблется даже при небольшой нагрузке двигателя; ток в статоре сильно пульсирует.

Следует отметить, что заводы-изготовители принимают меры для предотвращения явлений «застревания» и «прилипания» (см. п. 2-7-4), а также шумов (см. п. 2-9-3). Поэтому в машинах заводского изготовления эти явления весьма редки. Все они наблюдаются главным образом в тех случаях, когда для изменения номинальной частоты вращения обмотку статора перематывали на соответственно другое число полюсов, при этом соотношение чисел пазов статора и ротора оказалось неблагоприятным. С этим же явлением можно встретиться при замене ротора другим, взятым от другой машины.

Плохой контакт в цепи ротора.

2.6.4 Двигатель работает устойчиво при половинной номинальной частоте вращения и сильно гудит, особенно при пуске. Будучи развернут до номинальной частоты вращения, он продолжает работать нормально, но при повышении нагрузки частота вращения вновь падает до половины номинальной.

Обрыв в одной фазе ротора. Обрыв может быть в обмотке ротора, в щеточном аппарате, в пусковом реостате или в соединениях между ротором и пусковым реостатом.

Определить при помощи мегомметра или контрольной лампы место обрыва и устранить его.

2.6.5 Двигатель хорошо идет в ход и хорошо работает с номинальной нагрузкой, но сила тока в фазах различна (в одной фазе на 73 % больше, чем в двух других фазах) и частота вращения ротора ниже номинальной. Обмотка одной фазы статора остается холодной.

Внутренний обрыв в одной фазе обмотки статора при соединении фаз треугольником. Вследствие этого получается открытый треугольник и двигатель хорошо идет в ход. Но так как работают только две фазы, то мощность двигателя понижается на 1/3. Нагревание двигателя при этом зависит от нагрузки и может остаться в пределах нормы (явления, происходящие в двигателе при внутреннем обрыве обмотки статора и соединении фаз звездой см. в п. 2-7-2).

Найти место обрыва ; если оно внутри катушки, то заменить последнюю новой или перемотать ее.

2.6.7 Двигатель плохо идет в ход и сильно гудит; сила тока во всех трех фазах различна и при холостом ходе двигателя превышает номинальную.

А. Одна фаза обмотки статора «перевернута» (рис. 2-2 и 2-3). Это большей частью случается у двигателей, имеющих шесть выводов обмотки; причина -- неправильное соединение между собой выводов на доске зажимов или неправильная маркировка выводов. Сделать соединения выводов на доске зажимов согласно схеме соединения, приложенной к двигателю.

Рис. 2-2. Правильное (а) и неправильное (б) соединение фаз звездой

Рис. 2-3. Правильное (а) и неправильное (б) соединение фаз треугольником

Б. Переключатель неправильно соединен с двигателем. Это может быть у двигателей с короткозамкнутым ротором, пуск которых производится переключением обмотки статора со звезды на треугольник посредством специального переключателя.

Проверить и правильно соединить переключатель с двигателем.

2.7 Одностороннее притяжение ротора

Во время работы двигателя происходит задевание ротора за статор.

A. Нарушена правильность зазора между статором и ротором вследствие износа вкладышей подшипников, смещения подшипниковых щитов, неправильной установки подшипниковых стояков, деформации стали статора или ротора, изгиба вала.

Проверить зазор между шейками и вкладышами и в случае надобности перезалить вкладыши или заменить их новыми; выверить зазор между ротором и статором (см. пояснения в п. 2-9-2); при отсутствии установочных штифтов в подшипниковых стояках поставить их; при деформации стали статора опилить ее острым напильником, избегая, однако, при этом образования заусенцев (см. также п. 2-3-2, А и В); при деформации стали ротора обточить его или отшлифовать наждачным кругом; проверить вал. Б. Ротор плохо отбалансирован.

Отбалансировать ротор.

B. Междувитковое соединение и различные короткие замыкания в обмотке статора или неправильное соединение фаз статора (см. п. 2-7-12). Это нарушает симметрию магнитного потока, и ротор подвергается одностороннему притяжению. При этом ротор притягивается к стороне статора, противоположной поврежденному месту, так как в последнем магнитный поток будет ослаблен размагничивающим действием короткозамкнутой части обмотки.

2.8 Ненормальный шум в машине

2.8.1 Двигатель сильно гудит. Сила тока во всех фазах различна. Нагрев обмотки статора неравномерен

A. Короткое замыкание в обмотке статора.

Обмотки статора соединены неправильно.

B. Число витков в отдельных катушках обмотки статора неодинаково. Гудение наблюдается только в случае наличия параллельных ветвей в обмотке и при соединении фаз треугольником. При последовательном соединении всех катушек и соединении фаз звездой неодинаковое число витков в отдельных катушках не вызывает гудения, только сила тока в отдельных фазах различна.

Отсоединить все три фазы и параллельные ветви друг от друга. Поочередно дать в каждую фазу (при последовательном соединении всех катушек) или в каждую ветвь (при параллельном соединении катушек) переменный ток и измерить вольтметром напряжение на отдельных катушечных группах. На катушечных группах, имеющих меньше витков, напряжение будет меньше, чем на исправных катушечных группах. Наибольшая допустимая разность напряжений на отдельных катушечных группах не должна превышать 5 %.

Испытание допустимо как при вставленном, так и при вынутом роторе. При вставленном и разомкнутом фазном роторе испытание можно производить при номинальном напряжении. При вынутом роторе или же при вставленном короткозамкнутом роторе напряжение, подведенное к статору, не должно превышать 15--20 % номинального напряжения двигателя.

Можно также произвести проверку числа витков катушек статора, литая двигатель со стороны ротора (при фазном роторе). 2-9-2. Двигатель работает нормально, но слышится гудение низкого тона, отмечена повышенная вибрация. Сила тока во всех трех фазах одинакова.

При наличии параллельных ветвей в обмотке статора катушечные группы в каждой из параллельных ветвей соединены по сосредоточенной схеме (рис. 2-4. а); воздушный зазор между ротором и статором неравномерный.

Тщательно выровнять зазор между ротором и статором.

Рис. 2.4 Сосредоточенная (а) и распределенная (б) схемы соединения катушечных групп одной фазы обмотки статора шести полюсного трехфазного двигателя при двух параллельных ветвях.

Увеличить зазор на 10--20 %, для чего обточить ротор. Однако нужно иметь в виду, что увеличение зазора ведет к ухудшению коэффициента мощности.

Пересоединить обмотку статора по схеме на рис. 2-4, б, распределив катушечные группы каждой параллельной ветви равномерно по всей окружности статора.

В электромагнитном взаимодействии ротора и статора при этих двух вариантах соединения фазы имеется определенное различие. При соединении по схеме 2-4, а токи в параллельных ветвях фазы (при неравномерном по окружности воздушном зазоре) разные: больший ток в параллельной ветви, расположенной («сосредоточенной») в области увеличенного зазора (обычно это вверху статора), меньший -- в области уменьшенного зазора. В результате имеет место явление периодического магнитного подтягивания ротора с тенденцией выравнивания воздушного зазора и некоторого ослабления давления на подшипники. Это периодическое магнитное взаимодействие и может явиться причиной характерного гудения и повышенной вибрации.

С другой стороны, в практике эксплуатации крупных многополюсных двигателей с подшипниками скольжения для устранения дефекта, описанного в § 2-8, наоборот, пересоединяют схему с варианта 2-4, б на вариант 2-4, а, если при этом приведенные выше отрицательные явления, связанные со схемой 2-4, а, не будут столь существенными.

Рис. 2.5 Мгновенное расположение зубцов статора и ротора асинхронного двигателя

2.8.3 Двигатель во время работы издает сильное гудение высокого тона (свист)» исчезающее сейчас же после выключения тока. Иногда гудение сопровождается сильной вибрацией.

Вибрация зубцов статора и ротора из-за неудачного выбора соотношения чисел пазов статора и ротора [26]. В момент совпадения осей некоторых зубцов статора и ротора появляется одностороннее притяжение между зубцами статора и ротора. Для иллюстрации этого на рис. 2-5 представлено мгновенное расположение зубцов статора и ротора при 24 зубцах в статоре и 25 зубцах в роторе (зубцы с совпадающими осями заштрихованы). Силы притяжения при вращении ротора перемещаются с большей скоростью и вызывают вибрацию вала ротора. Эти силы при недостаточной жесткости статора могут вызвать также и его вибрацию.

Механические вибрации, происходящие в упругой среде, какой является воздух, и создают звук. Интенсивность последнего зависит от величины деформации частей, частоты действующей магнитной силы, упругих свойств материала и акустических свойств машины [5].

Как показал опыт, наибольшие вибрации и соответственно шум (гудение) могут достичь опасной величины при резонансе, когда частота вынужденных колебаний частей (например, ротора) совпадает с частотой собственных колебаний. В подобных случаях работа двигателя может оказаться невозможной из-за задевания ротором стали статора.

Опыт показывает, что издавать гудение могут также двигатели со статорными обмотками, выполненными с дробным числом пазов на полюс фазы, например при ? = 2 '/г, 3 7г. 4 1/2 и т.д.

Кроме рассмотренных причин гудения, укажем еще на обычное гудение («пение») асинхронных двигателей, присущее всем электромагнитным устройствам переменного тока и объясняющееся магнитострикционными явлениями. Они заключаются в том, что процесс намагничивания ферромагнитных тел сопровождается изменением их объема. При вращении ротора его зубцы перемещаются относительно зубцов статора, что вызывает пульсацию магнитного потока, а это, в свою очередь, вызывает резкие периодические изменения магнитной индукции в зубцах статора и ротора. Получающиеся при этом периодические изменения объемных размеров зубцов и являются причиной гудения. Чрезмерное гудение по указанной причине появляется при большом магнитном насыщении зубцов двигателей.

Чтобы устранить эту неисправность, необходимо установить новый ротор с иным числом пазов. Но если ограничиться лишь ослаблением шума, то в некоторых случаях может помочь обточка ротора, увеличивающая зазор между ротором и статором. Последнее рекомендуется согласовать с заводом-изготовителем. Шум может быть также ослаблен при эластичной установке машины.

2.9 Перекрытие контактных колец электрической дугой

При пуске двигателя происходит перекрытие контактных колец электрической дугой. У двигателей с регулировкой частоты вращения (т. е. с постоянно налегающими щетками) перекрытие происходит иногда и во время работы двигателя.

А. Контактные кольца и щеточный аппарат загрязнены маслом, медно-угольной и другой пылью. При невнимательном уходе возможны также непосредственные замыкания между токопроводами щеток соседних фаз.

Содержать в чистоте и исправности контактные кольца и щеточный аппарат. При загрязнении маслом устранить причины попадания его на кольца. Б. Окружающий воздух обладает повышенной влажностью или насыщен кислотными или щелочными парами.

При высоких напряжениях в роторе дополнительно изолировать все токоведущие части щеточного аппарата и траверсы (обмотать лентой, покрыть лаком и т. п.) либо заменить двигатель другим, соответствующим условиям окружающей среды. В. Обрив в соединениях между ротором и пусковым реостатом и в самом реостате.

Проверить исправность соединений между ротором и пусковым реостатом; в случае обрыва или плохого контакта в соединениях -- устранить неисправность.

Совершенно ошибочно мнение, что причиной перекрытия являются не указанные факторы, а перенапряжения, появляющиеся в роторе в момент включения двигателя. Если соединения между ротором и пусковым реостатом исправны и образуют замкнутую цепь, то в роторе не могут появиться опасные перенапряжения, способные послужить причиной перекрытия.

Не рекомендуется включать двигатель при разомкнутом реостате. При наличии в цепи пускового реостата размыкающего контакта следует ставить щетки реостата на первый рабочий контакт перед включением двигателя, а у жидкостного реостата -- немного погрузить электроды в жидкость.

При эксплуатации электродвигателей в них по разным причинам возникают неисправности, которые могут привести к перерывам в работе станков и других производственных механизмов. Для того чтобы такие перерывы возможно меньше сказывались на выполнении предприятием производственных планов, необходимо уметь быстро найти причину неисправности и устранить ее.

Необходимость в быстрейшем устранении повреждений обусловливается также и тем, что работа электродвигателя, имеющего небольшое повреждение, может привести к развитию повреждения и необходимости более сложного ремонта.

Наиболее распространенными неисправностями электрической части являются короткие замыкания внутри обмоток электродвигателя и между ними, замыкания обмоток на корпус, а также обрывы в обмотках или во внешней цепи (питающие провода и пусковая аппаратура). В результате указанных неисправностей может иметь место отсутствие возможности запускать электродвигатель; опасный нагрев его обмоток; ненормальная скорость вращения электродвигателя; ненормальный шум (гудение и стук); неравенство токов в отдельных фазах.

Из причин механического характера, вызывающих нарушение нормальной работы электродвигателей, чаще всего наблюдаются неисправности в работе подшипников. Проявляется это в перегреве подшипников, вытекании из них масла, а также в появлении ненормального шума.

Ниже приведено краткое описание некоторых неисправностей в электродвигателях, возможные причины их возникновения.

Асинхронный электродвигатель включить не удается (перегорают предохранители или срабатывает защита). Причиной этого в электродвигателях с контактными кольцами может быть закороченное положение пускового реостата или закороченное положение контактных колец. В первом случае необходимо пусковой реостат привести в нормальное (пусковое) положение, а во втором -- поднять приспособление, закорачивающее контактные кольца.

Включить электродвигатель не удается также из-за короткого замыкания в цепи статора. Обнаружить короткозамкнутую фазу можно на ощупь по повышенному нагреву обмотки. Ощупывание следует производить, отключив предварительно электродвигатель от сети. Иногда место короткого замыкания можно обнаружить по внешнему виду обуглившейся изоляции.

Короткозамкнутую фазу можно найти также измерением. Если фазы статора соединены в звезду, то измеряют величины токов, потребляемых из сети отдельными фазами. Фаза, имеющая короткозамкнутые витки, будет потреблять ток больший, чем неповрежденные фазы. При соединении отдельных фаз в треугольник токи в двух проводах, подключенных к дефектной фазе, будут иметь большие значения, чем в третьем, который соединяется только с неповрежденными фазами. При измерениях пользуются пониженным напряжением.

Асинхронный электродвигатель при включении не трогается с места. Причиной этого может быть обрыв в одной или двух фазах цепи питания. Для определения места обрыва сначала производят внешний осмотр всех элементов цепи, питающей электродвигатель. При осмотре проверяют целость предохранителей. Если при внешнем осмотре обнаружить обрыв фазы не удается, то выполняют необходимые измерения.

Фазу, в которой имеется обрыв, определяют с помощью мегомметра, для чего статор предварительно отключают от питающей сети. Если обмотки статора соединены в звезду, то один конец мегомметра соединяют с нулевой точкой звезды, после чего вторым концом мегомметра касаются поочередно других концов обмотки. Присоединение мегомметра к концу исправной фазы даст нулевое оказание. Наоборот, присоединение мегомметра к фазе, имеющей обрыв, покажет большое сопротивление цепи, т. е. наличие в ней обрыва. Если нулевая точка звезды недоступна, то двумя концами мегомметра касаются попарно всех выводов статора. Прикосновение мегомметра к концам здоровых фаз покажет нулевое значение. При прикосновении концов мегомметра к двум фазам, из которых одна является дефектной, мегомметр покажет большое сопротивление, т. е. обрыв в одной из этих фаз.

В случае соединения обмоток статора в треугольник необходимо обмотку разъединить в одной точке, после чего проверить целость каждой фазы в отдельности.

Фаза, имеющая обрыв, может быть иногда обнаружена на ощупь, поскольку она остается холодной. Если обрыв произойдет в одной из фаз статора во время работы электродвигателя, он будет продолжать работать, но начнет гудеть сильнее, чем в обычных условиях. Отыскание поврежденной фазы производится так, как это указано выше.

...