Контроль воздушного зазора

Воздушный зазор – зазор между статором и ротором (индуктором и якорем) играет важную роль в электрических машинах. Его величина и равномерность распределения по расточке статора оказывают большое влияние на основные энергетические показатели машин и ряд других показателей, в том числе на вибрацию, шум, нагрев.

Изменение воздушного зазора вследствие эксплуатационного износа выражается в его равномерном или неравномерном увеличении по расточке статора в машинах переменного тока или под полюсами в машинах постоянного тока.

Повышенный воздушный зазор снижает коэффициент полезного действия машин, увеличивает ток холостого хода.

Неравномерность воздушного зазора вызывает искажение магнитного поля машины. В асинхронных электродвигателях в результате этого увеличивается вибрация и шум. В машинах постоянного тока, кроме того, может ухудшаться коммутация, что приводит к усилению искрения щеток. Особенно ощутимое влияние на качество коммутации имеет воздушный зазор между якорем и дополнительными полюсами. Кроме того, изменение воздушного зазора под этими полюсами влияет на величину тока в коммутирующей секции обмотки якоря. При увеличении этого тока обмотка якоря и щеточный аппарат перегреваются.

В судовых электрических машинах постоянного тока мощностью до 50 кВт величина воздушного зазора составляет от 0,7 до 3,0 мм; при большей мощности – до 10 мм. В синхронных генераторах его величина обычно от 3 до 15 мм, в асинхронных электродвигателях – от 0,25 до 1,5 мм.

Допустимые отклонения величин воздушных зазоров судовых электрических машин приведен в таблице 10.7 [12].

Таблица 10.7 - Допустимые отклонения величины воздушного зазора в судовых электрических машинах

Вид электрической машины	Отклонение от номинального значения, не более
Генератор, двигатель постоянного тока	Под главными полюсами: для петлевой обмотки при зазорах 3мм и меньше – 10%; при зазорах свыше 3 мм – 5 мм; для волновой обмотки при зазорах 3 мм и меньше – 20%; при зазорах свыше 3 мм – 10% Под серединой дополнительных полюсов – 5% от среднего арифметического значения всех зазоров
Синхронный генератор	Для тихоходных – 10%, для быстроходных – 5%; Неравномерность зазора (отношение разности наибольшего и наименьшего зазоров и наименьшему) – 10%

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют наименьший воздушный зазор по сравнению с машинами других видов. Поэтому даже небольшие по абсолютной величине изменения воздушного зазора оказывают существенное влияние на показатели этих машин. Повышение воздушного зазора асинхронных электродвигателей на каждый процент от номинальной величины вызывает увеличение тока холостого хода примерно на 0,6% и уменьшение коэффициента полезного действия на 0,3%. Измерение воздушного зазора в этих машинах требует высокой точности и составляет определенные трудности.

При отсутствии точных величин воздушного зазора асинхронных электродвигателей могут быть использованы ориентировочные данные таблицы 10.8 [10].

Вследствие малых величин воздушного зазора для асинхронных электродвигателей в некоторых случаях нормируется степень неравномерности воздушного зазора ε, которая определяется выражением:

ε=(δmax-δmin)/δmin,

где δmax, δmin – соответственно наибольшее и наименьшее значение зазора.

Таблица 10.8 - Допустимые значения воздушного зазора асинхронных

электродвигателей

Частота вращения электродвигателя об/мин	Воздушный зазор (мм) при мощности, кВт
До 0,1	До 0,2	До 0,5	До 10	10-	20-	50-100	100-200	200-300
До 1500	0,25 0,3	0,3 0,35	0,35 0,4	0,4 0,5	0,45 0,65	0,5 0,8	0,55 1,0	0,8 1,25	1,0 1,5

Проверка воздушного зазора электрических машин производится с помощью обычных пластинчатых шупов или специальных клиновых шупов (рисунок 10.37).

Для проверки воздушных зазоров, не превышающих 1 мм, применяются пластинчатые шупы с толщиной пластин от 0,03 до 1 мм и интервалом толщин 0,01 мм или больше в зависимости от номера набора пластин.

Шупы выпускаются промышленностью длиной 50, 100 и 200 мм. Регистрируемая величина измеряемого воздушного зазора соответствует толщине набора пластин шупа, который входит в воздушный зазор с некоторым усилием. Точность измерения воздушного зазора такими шупами составляет 0,01 мм.

Клиновые шупы применяются при проверке больших воздушных зазоров – в машинах постоянного тока и синхронных генераторах.

На поверхности острия клинового шупа (рисунок 10.37,а) нанесена шкала, по которой перемещается указатель делений. Острие шупа вводят в измеряемый воздушный зазор до упора и указатель перемещают по шкале до соприкосновения с торцевой поверхностью статора или ротора. Затем шуп, не изменяя положения указателя, вынимают из воздушного зазора и его измеренную величину считывают со шкалы против указателя. Точность измерения воздушного зазора такими шупами составляет 0,1мм.

Клиновые шупы с подвижным клином (рисунок 10.37,б) применяются при измерении зазоров величиной 10…20мм.

При проверке воздушного зазора машин, имеющих отверстия в корпусе и подшипниковых щитах, шуп вводится в воздушный зазор сквозь эти отверстия. При отсутствии таких отверстий величина воздушного зазора измеряется после снятия подшипниковых щитов. Для этого ротор (якорь) опускают на поверхность расточки статора и измеряют в радиальном направлении расстояние между верхней точной точкой ротора (якоря) и поверхностью расточки статора. Затем ротор (якорь) поворачивают на 90° и измерение повторяют. Величину воздушного зазора рассчитывают как половину среднего значения измеренных таким образом величин.

При измерениях шуп должен вводиться в воздушный зазор параллельно оси машины и должен касаться поверхности статора (полюса) и ротора (якоря), не попадая на бандаж или в пазы сердечника.

Величину воздушного зазора в явнополюсных машинах проверяют под каждым полюсом, в неявнополюсных машинах в четырех-восьми точках. При небольшой длине сердечников (до 300 мм) допускается измерять воздушный зазор с одного конца ротора (якоря), при большой длине эти измерения проводят с обоих концов.

При проверке воздушного зазора синхронных генераторов явнополюсного исполнения следует учитывать, что зазор под центром полюсного наконечника этих машин в 1,5…2 раза меньше, чем у краев. Такое выполнение полюсных наконечников обусловлено необходимостью обеспечения синусоидального распределения магнитной индукции в зазоре и, в конечном итоге, получения синусоидальной ЭДС в обмотке статора.

В машинах постоянного тока также предусмотрено некоторое увеличение воздушного зазора под краями главных полюсов. Это связано с необходимостью уменьшения искажения и ослабления магнитного поля машины действием реакции якоря.

В соответствии с рекомендациями предприятий-изготовителей проверка воздушного зазора электромашинных преобразователей, имеющих в своем составе, например, машины постоянного тока и синхронный генератор, производится следующим образом.

Для проверки зазора между статором и якорем выбирают на окружности статора произвольную точку, вводят шуп в зазор через окно щита и, проворачивая вручную якорь, измеряют величину зазора против указанной точки при разных положениях якоря.

Если результаты измерения будут отличаться друг от друга, то в положении якоря, при котором имеет место наименьший зазор, на поверхности якоря наносят метку, например мелом, против метки статора.

Затем измеряют зазор между статором и якорем в точке, соответствующей его метке, при четырех-шести различных положениях якоря. Углы поворота якоря при этой смене положений должны быть примерно одинаковыми.

Контрольная величина воздушного зазора определяется как среднее значение указанных измерений. Это величина не должна отличаться от номинальной, указываемой в ремонтной документации, более чем на 10%.

После этого проверяют зазор между полюсами и якорем. Для этого вводят шуп в люковое окно и, проворачивая вручную якорь, измеряют величину зазора между якорем и произвольно выбранным полюсом при нескольких положениях якоря. Так же, как и в предыдущем случае, на якоре наносят метку, соответствующую наименьшему результату измерений. Затем измеряют зазор между меткой якоря и каждым полюсом в двух-трех точках.

Контрольная величина воздушного зазора также определяется, как среднее значение указанных измерений, и не должна отличаться от номинальной более, чем на 10%.

Восстановление требуемых размеров воздушных зазоров в машинах постоянного тока производится установкой между станиной и сердечниками полюсов металлических прокладок.

В машинах с подшипниками скольжения изменение воздушного зазора может быть вызвано выработкой подшипниковых вкладышей. В этом случае производится замена вкладышей или их перезаливка.

Возможную причину изменения воздушного зазора асинхронных электродвигателей можно определить путем проведения повторных измерений зазора при нескольких положениях статора. Если измеренные величины зазора по окружности статора различаются между собой, но остаются неизменными при разных положениях ротора, то наиболее вероятными причинами изменения зазора являются повышенный износ подшипников, смещение подшипниковых щитов, деформация пакетов активного железа статора.

В том случае, если измеряемая величина зазора изменяется в зависимости от положения ротора, то причинами изменения воздушного зазора могут быть деформация (искривление) вала ротора, деформация или повреждения пакетов его активного железа.

Для измерения осевого разбега ротора последний сдвигают в одну сторону до упора. С той же стороны крепят приспособление 2 (рисунок 10.38), на которое устанавливают индикатор 3 так, чтобы его наконечник упирался в торец 4 вала машины 1, а стрелка находилась против нулевого деления шкалы. Затем якорь смещают в сторону индикатора и по его показанию определяют значение осевого разбега, которое должно быть не менее 0,2 мм. Верхний предел разбега определяется конструкцией подшипника.