ВНИМАНИЕ! 1) Напряжение переменного тока, подаваемое на обмотки должно быть равно 1/5 - 1/6 номинального, во избежание перегрева обмо­ток

1) Напряжение переменного тока, подаваемое на обмотки должно быть равно 1/5 - 1/6 номинального, во избежание перегрева обмо­ток.

2) При измерении обмотка ротора фазного электродвигателя должна быть разомкнута.

3) Пределы измерений вольтметров РV₁ и РV₂ - 50 ¸75 В.

Две произвольные фазы соединяют последовательно и включают на пониженное напряжение сети переменного тока. К третьей, свободной фазе подключают вольтметр переменного тока или лампу. Если первые две фазы соединены одноименными выводами (рисунок 5.3"а"), то вольтметр (лампа) не покажет напряжения на третьей фазе. При соединении двух фаз разноименны­ми выводами (рисунок 5.3"б") вольтметр (лампа) показывает на­пряжение. Аналогично определяют выводные концы третьей фазы.

4 Измерение сопротивления обмоток постоянному току произво­дится с целью проверки отсутствия разрывов в обмотке, например, из-за нарушения целостности мест соединений в результате нека­чественной пайки. При сравнении сопротивлений отдельных фаз можно определить:

1) соответствие числа витков и сечения провода номинальным данным. В этом случае сопротивления фаз одинаковы и соответствуют каталожным данным;

2) наличие большого числа замкнутых витков в отдельных ка­тушках; cопротивление по фазам в этом случае будет разное.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току производится методом амперметра-вольтметра (рис.5.4) или с помощью моста постоянного тока УМВ, Р353 и других с классом точности не ниже 0,5. Измеренные сопротивления фаз обмоток не должны отличаться одно от другого, или от ранее измеренных, или от заводских данных более чем на 2%.

Рис.5.4 Схема измерения сопротивления обмоток статора и фазного ротора постоянному току методом амперметра - вольтметра

При измерении сопротивления обмоток, соединенных в " глухую звезду" (внутри машины), если расхождение измеренных сопротив­лений не превосходит 2 %, сопротивление фазы определяется по формуле:

, (5.1)

где R_ф - сопротивление одной фазы;

- среднее значение сопротивлений, измеренных на зажимах С1-С2,С2-СЗ, С1-СЗ.

При измерении сопротивления обмоток, соединенных в "глухой треугольник" (внутри машины), если расхождение измеренных сопротивлений не превосходит 1,5 %, сопротивление фазы опреде­ляется по формуле:

, (5.2)

При контрольных испытаниях достаточно сделать по одному за­меру для каждой цепи. Пределы измерений приборов: вольтметра -5 В, амперметра - 2,5А.

Результаты измерений заносятся в таблицу 5.3.

Таблица 5.3- Сопротивление обмоток электродвигателя постоянному току

Статор	Ротор
Измерение на зажимах	U	I	Rф	Измерение на зажимах	U	I	Rп	Rф
В	А	Ом	В	А	Ом	Ом
C1-C4				P1-P2
С2-С5				Р2-РЗ
СЗ-С6				Р1-РЗ

5 Определение коэффициента трансформации асинхронного двигателя с фазным ротором позволяет проверить правильность вы­полнения обмоток ротора и статора, отсутствие в них замыкания между витками. К статору (рисунок 5.5) двигателя (при номиналь­ном напряжении до 660 В) подводится номинальное напряжение (фазы ротора разомкнуты) и вольтметром измеряется линейное напряжение между фазами ротора при четырех его положениях отно­сительно статора и на выводах обмотки статора. Поворачивание ротора осуществляется вручную по часовой стрелке. Для всех трех фаз ротора напряжение должно соответствовать паспортным данным двигателя, если обмотка ротора исправна. Токи в фазах статора не должны отличаться друг от друга более, чем на 5 %.

Параме­тры статора: U_н= 380/220 В (U/D), I_н = 14,7 / 25,4 А.

Пониженное напряжение в одной из фаз показывает на межвитковое замыкание в обмотке ротора или статора. На это же указы­вает увеличенный ток в одной из фаз статора.

Для проверки статорной обмотки на витковое замыкание опыт повторяют таким образом, что питание подводится к роторной обмотке, а на разомкнутой статорной измеряют напряжение.

Параметры ротора: U_н = 216 В, (Y), I_н = 15,7 А.

Рисунок 5.5-Схемы измерений коэффициента трансформации асинхронного двигателя с фазным ротором: а) питание со стороны статора; б) питание со стороны ротора; TV - регулятор напряжения.

Коэффициент трансформации определяется по формуле:

, (5.3)

где , U_р- фазные напряжения обмоток статора и ротора, определенные по средним арифметическим значениям измеренных линейных напряжений.

Результаты измерений заносятся в таблицу 5.4.

Таблица 5.4-Коэффициент трансформации асинхронного электро­двигателя с фазным ротором

Положение ро­то­ра

Питание со стороны статора

Питание со стороны ротора

IА

IВ

IС

Uc1-c2

Uc2-c3

Uc1-c3

Uр1-р2

Uр2-р3

Uр1-р3

Кт

IP1

IP2

IP3

Uр1-р2

Uр2-р3

Uр1-р3

Uс6-с4

Uс4-с5

Uс5-с6

Кт

А

А

А

В

В

В

В

В

В

А

А

А

В

В

В

В

В

В

Ниже приводятся возможные дефекты статора и ротора, которые можно определить в опыте на трансформацию:

1 Если обмотка ротора исправна, то при подведении номиналь­ного напряжения к статору (при разомкнутой обмотке ротора) ро­тор не должен вращаться.

Вращение ротора двигателя могут вызывать следующие причины:

а) плохое качество изоляции листов стали и появление вихревых токов или витковое замыкание в обмотке ротора. Вращающий момент при этом незначителен и ротор можно легко затормозить.

б) замыкание между фазами ротора. В этом случае ротор вращается с половинной частотой вращения, а в обмотке статора протекает колеблющийся ток, превышающий номинальный.

в) большое количество замкнутых витков фазы.

Для выявления неисправной роторной или статорной обмотки нужно измерить напряжение на разомкнутых фазах ротора, медленно его поворачивая по часовой стрелке. Если напряжение на фазах ротора не равны между собой и меняются в зависимости от положе­ния ротора по отношению к статору, то это указывает на замыкание в статорной обмотке. При замыкании в роторной обмотке (если статорная исправна) напряжение на разомкнутых фазах ротора бу­дет неодинаковым и не будет изменяться от положения ротора при его поварачивании по часовой стрелке.

Эти же повреждения могут быть определены при измерении токов в цепи статора. При витковом замыкании и неодинаковом соединении катушечных групп в обмотке статора токи по фазам неодинаковы и не зависят от положения ротора. При замыкании витков в роторе значения токов по фазам меняются в зависимости от положения ро­тора.

6 Опыт холостого хода (х.х.) проводится при номинальном на­пряжении. Из опыта определяют ток х.х. и потери мощности х.х. (рисунок 5.6). Перед опытом проверяют наличие смазки в подшипни­ках, закорачивается обмотка ротора. Для прогрева подшипников и приработки щеток необходимо дать возможность двигателю прорабо­тать на холостом ходу некоторое время. Для двигателей мощностью до 10 кВт это время составляет 15 мин, для машин мощностью более 10 кВт- 30 мин. При этом проверяется нагрев подшипников, работа смазы­вающего кольца в подшипниках качения. Проверяется осевое сме­щение ротора и определяется осевой разбег при вращающемся вале. Ротор работающего двигателя должен смещаться в обе стороны при­мерно одинаково. Осевой разбег вала (от одного крайнего положе­ния до другого) для машины с подшипниками скольжения не должен превышать 4,0 мм. При роликовых подшипниках осевое смещение вала допускается не более 0,5 мм.

Измеряются подводимые линейные напряжения (они должны быть равны номинальным), ток статора в каждой фазе, потребляемая мощ­ность и частота вращения ротора двигателя (тахометром при свободном доступе к концу вала). Соответствие измеренной частоты вра­щения - паспортной указывает на правильное выполнение обмотки по числу катушечных групп. Результаты измерений заносятся в таблицу 5.5.

Таблица 5.5- Опыт холостого хода

Данные опыта

Данные расчета

UA

UB

UC

IA

IB

IC

PA

PB

PC

n

Uxx

Ixx

Pxx

Sxx

В

В

В

А

А

А

Вт

Вт

Вт

мин-1

В

А

Вт

%

Рисунок 5.6- Схема опыта холостого хода. ТV - регулятор напряжения.

Напряжение, ток и мощность холостого хода определяются по формулам:

_{, В (5.4)}

_{, А (5.5)}

_{, Вт (5.6)}

По результатам опыта холостого хода электродвигателя можно сделать некоторые выводы по дефектам в электродвигателе. Ток х.х. для двигателей мощностью 1-100 кВт должен быть в пределах 40-80% номинального и приблизительно равен во всех фазах (отклонение не более 10% от значения, указанного в каталоге или инструкции завода изготовителя). Повышенный ток х.х. указывает на:

1 ) увеличенный сверх номинального воздушный зазор;

2) малое число витков в обмотке или повышенное напряжение;

3) аксиальное смещение ротора.

Различные значения тока х.х. в фазах являются следствием неправильного выполнения обмоток фаз, неправильного их включе­ния или эксцентриситета ротора.

Повышенные потери х.х. указывают на межвитковое замыкание, заусенцы или повреждение сердечников, завышенное напряжение, повышенное трение в подшипниках.

Скольжение при х.х. должно быть не более 1-2 %.

7 Изоляцию между витками проверяют путем повышения напряже­ния на зажимах машины при х.х. на 30% сверх номинального в тече­ние 5 минут

Внимание. Для асинхронных двигателей с фазным ротором это испытание проводят при разомкнутом роторе.

Результаты измерений заносятся в таблицу 5.6.

Таблица 5.6- Проверка межвитковой изоляции

UC1-C2	UP1-P2	IA	IB	IC	Заключение о годности
В	В	А	А	А

Увеличение тока в одной из фаз, появление небольшого гудения, местного нагрева, а иногда дыма укажут на пробой витковой изоля­ции.

8 Опыт короткого замыкания (к.з.) после ремонта асинхрон­ного двигателя позволяет сделать проверку паек и соединений.

Опыт к.з. проводится при замкнутом и заторможенном роторе (рис.5.6). Регулировкой напряжения устанавливается ток корот­кого замыкания в фазе статора, равный номинальному. Результаты измерений заносятся в таблицу 5.7.

Таблица 5.7- Опыт короткого замыкания

Данные опыта	Данные расчета
UA	UB	UC	IA	IB	IC	PA	PB	PC	UK	IK	PK
В	B	B	А	А	А	Вт	Вт	Вт	B	А	Вт

Напряжение, ток и мощность короткого замыкания определяются по формулам:

_, В (5.7)

_, А (5.8)

_, Вт (5.9)

Увеличенные потери к.з. указывают на дефекты при выполнении схе­мы обмотки.

На основании опытов х.х., к.з. можно ориентировочно определить к.п.д. двигателя по формуле:

, (5.10)

где P_Н - номинальная мощность электродвигателя, Вт;

Р_ХХ- потери мощности х.х, при U_Н;

Р_К- потери мощности при опыте к.з., приведенные к U_Н .

9 Согласно ГОСТ, испытание электрической прочности изоляции (на пробой) производится путем приложения к ней на 1 мин. напря­жения переменного тока частотой 50 Гц практически синусоидальной формы. Величина этого напряжения для двигателей более 1 кВт (с U>36 В) определяется по формуле:

U_исп=2U_Н+1000, В (5.11)

После частичного ремонта обмотки ротора у асинхронных электродвигателей с фазным ротором после соединения, пайки и бандажировки значения испытательного напряжения принимается 1,5U_рот, но не ниже 1000 В. Подъем и снижение испытательного напряжения должны быть плавными и начинаться с напряжения не более 1/3 испытательного. Ис­пытанию изоляции относительно корпуса подвергается поочередно каждая фаза в отдельности при двух, соединенных с корпусом. Схема испытаний показана на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7- Схема испытания электрической прочности корпусной изоляции повышенным напряжением перемен­ного тока:

1 - однофазный регулятор напряжения (РНО);

2 - испытательный трансформатор (НОМ - 10);

3 - испытуемый двигатель.

При наличии выводов начала и конца каждой фазы испытание от­носительно корпуса делается поочередно для каждой фазы при присоединенных к корпусу прочих фазах.

Перед началом испытания принять все меры предосторожности, связанные с техникой безопасности в установках высокого напряже­ния, либо проводить испытания в огражденном месте с блокировкой двери, либо установить переносные ограждения с предупредительны­ми плакатами.

Результаты испытаний изоляции считаются удовлетворительными, если во время испытания не происходит пробоя изоляции.

Примечание. Асинхронный короткозамкнутый двигатель проходит контрольные испытания по аналогичной программе (кроме опыта на трансформацию).

Содержание отчета. В отчете привести цель работы, дать крат­кое описание контрольных испытаний электродвигателя с фазным ротором, вычертить схемы для испытаний и измерений, представить таблицы с опытными и расчетными данными и дать их анализ. Сде­лать заключение о пригодности электродвигателя с фазным ротором к эксплуатации.

Контрольные вопросы.

1 Каков объем контрольных испытаний асинхронного двигателя с фазным ротором?

2 Для чего определяют сопротивление обмоток постоянному току? Расскажите о возможных схемах и способах измерения сопротивления обмоток постоянному току?

3 Как и для каких целей проводят опыт на трансформацию?

4 Для выявления каких неисправностей проводят опыт х.х.?

5 Для выявления каких неисправностей проводят опыт к.з.?

6 Как испытывают межвитковую изоляцию электродвигателя с фазным ротором?

7 Как испытывают пазовую изоляцию электродвигателя с фазным ротором?

8 Как измерить сопротивление изоляции обмоток статора и фазного ротора?

9 Рассказать о различных способах маркировки выводов статора на постоянном и переменном токе.

10 Как определить витковое замыкание в обмотке статора и ротора электродвигателя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ДЕФЕКТАЦИЯ ОБМОТОК ЯКОРЯ И ВОЗБУЖДЕНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: изучить основные неисправности обмоток машин постоянного тока. Освоить методику обнаружения неисправностей в обмотках машин постоянного тока.

Программа работы

1 Изучить основные неисправности обмоток якоря и возбуждения машин постоянного тока.

2 Дефектация обмоток якоря.

2.1 Измерить сопротивление изоляции обмотки якоря относительно сердечника якоря.

2.2 Провести выявление неисправности методом милливольтметра.

2.3 Определить " простой крест " в обмотке якоря.

2.4 Определить наличие виткового замыкания в обмотке якоря.

2.5 Определить место замыкания секции обмотки якоря на корпус.

3 Дефектация обмоток возбуждения.

3.1 Измерить сопротивление изоляции обмоток возбуждения отно­сительно корпуса (полюса).

3.2 Определить целостность обмоток возбуждения.

3.3 Определить замыкание обмоток возбуждения на корпус.

3.4 Определить витковое замыкание в обмотках возбуждения при питании обмоток постоянным и переменным током.

3.5 Проверить чередование добавочных и главных полюсов обмотки возбуждения.

Содержание работы и порядок ее выполнения.

1 Основными неисправностями обмоток якоря является пробой на корпус или бандаж, замыкание между витками и секциями, распайка соединений, механические разрушения, неправильное соединение секций с коллектором или между собой, ухудшение состояния изоля­ции.

Основными неисправностями обмоток возбуждения являются: межвитковое замыкание, ослабление паек, пробой изоляции на корпус.

Краткий перечень наиболее распространенных неисправностей, за­висящих от обмоток и возможных причин их возникновения в машинах постоянного тока, приведен в таблице 6.1.

Таблица 6.1- Неисправности машин постоянного тока, зависящие от обмоток, и причины их возникновения

Неисправность	Причина неисправности
Искрение щеток при частичной нагрузке.	Неправильное чередование главных и добавочных полюсов.
Круговой огонь по коллектору.	Полностью или частично закорочены обмотки добавочных полюсов.
Повышенный нагрев обмотки якоря на холостом ходу.	Неправильно соединен один из главных полюсов (появился урав­нительный ток).
Местный нагрев обмоток глав­ных полюсов.	Замыкание катушек главных по­люсов
Местный нагрев обмотки якоря на холостом ходу.	Короткое замыкание в одной или нескольких якорных секциях.
Двигатель не развивает номи­нальной частоты вращения при номинальном напряжении.	Межвитковое замыкание в катушках обмотки возбуждения.

2 Различные повреждения машин постоянного тока можно обнару­жить при помощи мегаомметра, омметра, методом милливольтметра, методом симметрии и при помощи электромагнита. Метод милливольт­метра наиболее универсальный, так как он позволяет обнаружить наибольшее число повреждений по сравнению с другими методами.

2.1 Измерение сопротивления изоляции обмотки якоря относительно сердечника якоря осуществляется согласно общих указа­ний.

2.2 Обмотка якоря состоит из секций, имеющих один или несколько последовательно соединенных витков, и представляет собой замкну­тый контур. Концы секций впаяны в коллекторные пластины. Если сек­ции изготовлены из проводов одинакового сечения и имеют одинаковое число витков, не имеют межвитковых замыканий и хорошо припаяны к коллекторным пластинам, то сопротивление всех секций будет одинако­вым. Поэтому падения напряжения в секциях простых обмоток должны быть равными. На этом и основывается метод дефектации якоря при помощи милливольтметра.

Ток к обмотке якоря подается через токоподводящие проводники 2, которые накладывают на коллекторные пластины 3 при помощи хомута 4 из изоляционного материала. Проводники 2 располагают друг от друга на расстоянии, равном примерно полюсному делению. Питание к схеме подается от источника постоянного тока через реостат. Величина тока должна быть не более 2 А (рисунок 6.1.).

Рисунок 6.1- Дефектация обмоток якоря методом милливольт­метра: 1 - обмотка якоря; 2 - токоподводящие проводники; 3 - коллекторные пластины; 4 - хомут из изоляционного материала (винипласта).

Максимальное отклонение стрелки милливольтметра должно со­ставлять 30-40% его шкалы.

Все коллекторные пластины нумеруются. Щупами, соединенными с милливольтметром, измеряется падение напряжения между каждой парой коллекторных пластин. Показания прибора записываются в таблицу 6.2. и на основании полученных данных проводится анализ неисправности обмотки якоря.

Таблица 6.2- Падения напряжения между парами коллекторных пластин

Номер коллекторных пластин	Падение напряжения, мВ	Неисправность
1-2 2-3 3-4 …

Анализ измерений:

1) Одинаковые показания милливольтметра на большинстве сек­ций, принадлежащих одной параллельной ветви, свидетельствуют об исправности этих секций;

2) Большое число нулевых показаний милливольтметра при петлевой обмотке и на половине коллекторных пластин при волновой обмотке указывает на замыкание между двумя секциями, лежащими в одном пазу, но в разных слоях обмотки;

3) Повышенное показание милливольтметра указывает на увели­чение сопротивления в секции, которое может быть вызвано сле­дующими причинами:

- некачественной впайкой концов секции в коллекторные пла­стины;

- увеличением числа витков в секции;

- уменьшением сечения провода, которым намотана секция;

4) Нулевое показание прибора между двумя соседними коллектор­ными пластинами может указывать на короткое замыкание секции на себя или замыкание между собой коллекторных пластин. Чтобы уточнить характер замыкания, необходимо отпаять концы секции от коллекторных пластин и проверить мегаомметром - нет ли замыкания между проверяемыми пластинами;

5) Нулевое показание прибора во всей проверяемой ветви за исключением двух коллекторных пластин, к которым присоединена поврежденная секция, указывает на обрыв в простой петлевой обмотке;

6) Нулевое показание прибора на двух соседних парах коллек­торных пластин (2-3,3-4) указывает:

- на обрыв концов секций от коллекторной пластины, при этом показание на пластинах 2 и 4 удвоено (рисунок 6.2"а");

- на присоединение секции обоими концами к одной коллектор­ной

пластине (замыкание одной секции на себя), (рисунок 6.2"б").

а). б).

Рисунок 6.2- а) Обрыв концов секций от коллекторной пластины;

б) Присоединение секции обо­ими концами к одной коллекторной пластине.

7) Удвоенное показание милливольтметра на двух парах пластин (1-2 и 3-4) и нормальное показание с отклонением стрелки в обратную сторону на промежуточных пластинах (2-3) указывает на дефект "двойной крест" (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 - Двойной крест.

2.3 Простой крест не может быть обнаружен методом милливольт­метра.

В этом случае ток подводится к каждой паре пластин поочеред­но и компасом К или намагниченной иглой проверяется полярность секций. Изменение полярности указывает на дефект - "простой крест" (рисунок 6.4).

Рисунок 6.4- Определение методом амперметра и магнитной стрелки “простого креста”.

2.4 Пониженное показание милливольтметра по сравнению с нор­мальным между двумя соседними коллекторными пластинами указы­вает на уменьшенное сопротивление в секции, что возможно при витковом замыкании или загрязнении между коллекторными пласти­нами. Замыкание одного - двух витков в многовитковой секции не всегда можно обнаружить методом милливольтметра. В этом случае нужно использовать метод электромагнита переменного тока. При этом, подключив питание к обмотке электромагнита и медленно пово­рачивая якорь, уложенный на разомкнутое ярмо электромагнита, прикладывают к пазам тонкую стальную пластину (рисунок 6.5).

Рисунок 6.5- Проверка короткозамкнутых витков обмотки якоря магнитным ярмом: 1 - электромагнит перемен­ного тока; 2 - якорь; 3 - паз якоря; 4 - стальная пластинка; 5 - коллектор; 6 - вал якоря.

Созданный электромагнитом переменный магнитный поток индук­тирует ЭДС в секциях якоря. При наличии виткового замыкания в короткозамкнутых секциях под действием ЭДС потечет ток. Появ­ление тока обнаруживается по притяжению стальной пластинки к пазу, в котором лежит неисправная секция. Все пазы, к которым притягивается пластинка, отмечают мелом.

Этим методом можно обнаружить также присоединение секции к одной коллекторной пластине.

2.5 Замыкание секций обмотки на корпус можно определить кон­трольной лампой, мегаомметром или отыскать при помощи милли­вольтметра (рисунок 6.6).

При отсутствии замыкания на корпус падение напряжения между корпусом и коллекторной пластиной равно нулю. Если секция замкнута на корпус, то с приближением щупа к поврежденной сек­ции показания милливольтметра уменьшаются. При дальнейшем пере­мещении щупа в том же направлении показания прибора будут увеличиваться, но в противоположном направлении.

При исследовании обмотки якоря наибольшее возможное напряже­ние, действующее на прибор, может оказаться равным напряжению, подводимому к якорю, поэтому это надо иметь в виду при выборе прибора и источника питания, опыт необходимо проводить с боль­шой осторожностью. В случае одного замыкания на корпус и исследовании всего коллектора мы можем получить для якорной обмотки еще одно нулевое или минимальное показание милливольтметра. Это объяс­няется тем, что якорь может питаться по двум параллельным ветвям и относительно точек питания получаются две точки с одинаковыми потенциалами по отношению к корпусу. Для определе­ния истинного места замыкания на корпус необходимо сместить точки питания якоря. При этом ложное замыкание переместится на другую коллекторную пластину.

Рисунок 6.6 - Определение методом милливольтметра замыка­ние секции обмотки якоря на корпус: 1 - якорь; 2 -коллекторные пластины; 3 - обмотка якоря; 4 - вал; 5 - хомут из изоляционного материала; 6 - токоподводящие проводники.

3 При внешнем осмотре проверяют прочность крепления кату­шек к полюсам и полюсов к станине, а также повреждения обмоток.

Возможные повреждения обмоток следующие: межвитковое замыка­ние, ослабление паек, обрыв, пробой изоляции на корпус.

3.1 Измерение сопротивления изоляции обмоток возбуждения отно­сительно корпуса (полюса) производится мегаомметром на напря­жение 500 - 1000 В. Перед измерением соединенные обмотки разъе­диняются. Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм.

3.2 Целостность обмоток возбуждения проверяют омметром или мегаомметром без разъединения или с разъединением катушек. Если катушка цела, то стрелка прибора покажет нуль.

3.3 Для определения катушки, замкнутой на корпус, обмотку возбуждения отсоединяют от якоря и через нее пропускают постоян­ный ток (рисунок 6.7).