ЭЛЕКТРОлаборатория
Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками производится в целях проверки состояния изоляции и пригодности машины к проведению последующих испытаний. Рекомендуется производить измерение:
в практически холодном состоянии испытуемой машины — до начала ее испытания по соответствующей программе;
независимо от температуры обмоток — до и после испытаний изоляции обмоток на электрическую прочность относительно корпуса машины и между обмотками переменным напряжением.
Измерение сопротивления изоляции обмоток следует проводить: при номинальном напряжении обмотки до 500 В включительно — мегаомметром на 500 В; при номинальном напряжении обмотки свыше 500 В — мегаомметром не менее чем на 1000 В. При измерении сопротивления изоляции обмоток с номинальным напряжением свыше 6000 В, имеющих значительную емкость по отношению к корпусу, рекомендуется применять мегаомметр на 2500 В с моторным приводом или со статической схемой выпрямления переменного напряжения.
Измерение сопротивления изоляции относительно корпуса машины и между обмотками следует производить поочередно для каждой цепи, имеющей отдельные выводы, при электрическом соединении всех прочих цепей с корпусом машины.
Измерение сопротивления изоляции обмоток трехфазного тока, наглухо сопряженных в звезду или треугольник, производится для всей обмотки по отношению к корпусу.
Изолированные обмотки и защитные конденсаторы, а также иные устройства, постоянно соединенные с корпусом машины, на время измерения сопротивления их изоляции должны быть отсоединены от корпуса машины.
Измерение сопротивления изоляции обмоток, имеющих непосредственное водяное охлаждение, должно производиться мегаомметром, имеющим внутреннее экранирование; при этом зажим мегаомметра, соединенный с экраном, следует присоединять к водосборным коллекторам, которые при этом не должны иметь металлической связи с внешней системой питания обмоток дистиллятом.
По окончании измерения сопротивления изоляции каждой цепи следует разрядить ее электрическим соединением с заземленным корпусом машины. Для обмоток на номинальное напряжение 3000 В и выше продолжительность соединения с корпусом должна быть:
для машин мощностью до 1000 кВт (кВ·А) — не менее 15 с;
для машин мощностью более 1000 кВт (кВ·А) — не менее 1 мин.
При пользовании мегаомметром на 2500 В продолжительность соединения с корпусом должна быть не менее 3 мин независимо от мощности машины.
Измерение сопротивления изоляции заложенных термопреобразователей сопротивления следует проводить мегаомметром напряжением 500 В.
Измерение сопротивления изоляции изолированных подшипников и масляных уплотнений вала относительно корпуса следует проводить при температуре окружающей среды мегаомметром напряжением не менее 1000 В.
Сопротивление изоляции R из является основным показателем состояния изоляции статора и ротора электродвигателя.
Одновременно с измерением сопротивления изоляции обмотки статора определяют коэффициент абсорбции. Измерение сопротивления изоляции ротора проводится у синхронных электродвигателей и электродвигателей с фазным ротором на напряжение 3кВ и выше или мощностью более 1МВт. Сопротивление изоляции ротора должно быть не ниже 0,2МОм.
Коэффициент абсорбции в эксплуатации обязательно определять только для электродвигателей напряжением выше 3кВ или мощностью боле 1МВт.
Подготовить средства измерений:
Проверить уровень заряда батареи или аккумулятора для мегаомметра типа MIC-2500.
Установить значение испытательного напряжения.
В случае использования стрелочного прибора типа ЭСО202 установить его горизонтально.
Для ЭС0202 установить требуемый предел измерений, шкалу прибора и значение испытательного напряжения мегомметра.
Проверить работоспособность мегомметра. Для этого необходимо замкнуть между собой измерительные щупы и начать вращать рукоятку генератора со скоростью 120¸140 оборотов в минуту. Стрелка прибора должна показывать «0». Разомкнуть измерительные щупы и начать вращать рукоятку генератора со скоростью 120¸140 оборотов в минуту. Стрелка прибора должна показывать «10 4 МОм».
Перед проведением измерения необходимо открыть вводное устройство электродвигателя (борно), протереть изоляторы от пыли и загрязнения и подключить мегаомметр согласно схемы, приведённой на рисунке.
Рисунок. Измерение сопротивления изоляции обмоток электродвигателя.
На рисунке А показана схема подключения мегаомметра к испытуемому электродвигателю, у которого обмотки соединены в звезду или треугольник внутри корпуса и произвести рассоединение в борно невозможно. В этом случае мегаомметр подключается к любому зажиму статора электродвигателя и сопротивление изоляции измеряется у всей обмотки сразу относительно корпуса.
На рисунке Б измерение сопротивление изоляции производится у электродвигателя по каждой из частей обмотки отдельно, при этом другие части обмотки (которые в данный момент не обрабатываются) закорачиваются и соединяются на землю.
При измерении сопротивления изоляции отсчёт показаний мегаомметра производят каждые
15 секунд и результатом считается сопротивление, отсчитанное через 60 секунд после начала измерения, а отношение показаний R60/R15 считается коэффициентом абсорбции.
Для электродвигателей с номинальным напряжением 0,4кВ (электродвигатели до 1000В) одноминутное измерение изоляции мегаомметром на 2500В приравнивается к высоковольтному испытанию.
У синхронных электродвигателей при измерении сопротивления изоляции обмоток статора (обмотки статора) необходимо закоротить и заземлить обмотку ротора. Это необходимо сделать для исключения возможности повреждения изоляции ротора.
Сегодня статья – ответ на вопрос читателей.
Содержание материала
6. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ОТНОСИТЕЛЬНО КОРПУСА МАШИНЫ И МЕЖДУ ОБМОТКАМИ, СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ПОДШИПНИКОВ
6.1. Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками производится в целях проверки состояния изоляции и пригодности машины к проведению последующих испытаний. Рекомендуется производить измерение:
в практически холодном состоянии испытуемой машины — до начала ее испытания по соответствующей программе;
в нагретом состоянии— при температуре обмоток, близкой к температуре режима работы, в котором проводилось испытание на нагревание;
независимо от температуры обмоток — до и после испытаний изоляции обмоток на электрическую прочность относительно корпуса машины и между обмотками переменным напряжением, до и после испытания при перегрузке по току или по вращающему моменту, до и после испытания при повышенной частоте вращения, а также до и после некоторых специальных видов испытания, как например, испытания синхронных машин на механическую прочность при ударном токе короткого замыкания.
6.2. Измерение сопротивления изоляции обмоток следует проводить: при номинальном напряжении обмотки до 500 В включительно — мегаомметром на 500 В; при номинальном напряжении обмотки свыше 500 В — мегаомметром не менее чем на 1000 В. При измерении сопротивления изоляции обмоток с номинальным напряжением свыше 6000 В, имеющих значительную емкость по отношению к корпусу, рекомендуется применять мегаомметр на 2500 В с моторным приводом или со статической схемой выпрямления переменного напряжения.
6.3. Измерение сопротивления изоляции относительно корпуса машины и между обмотками следует производить поочередно для каждой цепи, имеющей отдельные выводы, при электрическом соединении всех прочих цепей с корпусом машины.
Измерение сопротивления изоляции обмоток трехфазного тока, наглухо сопряженных в звезду или треугольник, производится для всей обмотки по отношению к корпусу.
Изолированные обмотки и защитные конденсаторы, а также иные устройства, постоянно соединенные с корпусом машины, на время измерения сопротивления их изоляции должны быть отсоединены от корпуса машины.
Измерение сопротивления изоляции обмоток, имеющих непосредственное водяное охлаждение, должно производиться мегаомметром, имеющим внутреннее экранирование; при этом зажим мегаомметра, соединенный с экраном, следует присоединять к водосборным коллекторам, которые при этом не должны иметь металлической связи с внешней системой питания обмоток дистиллятом.
По окончании измерения сопротивления изоляции каждой цепи следует разрядить ее электрическим соединением с заземленным корпусом машины. Для обмоток на номинальное напряжение 3000 В и выше продолжительность соединения с корпусом должна быть:
для машин мощностью до 1000 кВт (кВ·А) — не менее 15 с;
для машин мощностью более 1000 кВт (кВ·А) — не менее 1 мин.
При пользовании мегаомметром на 2500 В продолжительность соединения с корпусом должна быть не менее 3 мин независимо от мощности машины.
6.4. Измерение сопротивления изоляции заложенных термопреобразователей сопротивления следует проводить мегаомметром напряжением 500 В.
6.5. Измерение сопротивления изоляции изолированных подшипников и масляных уплотнений вала относительно корпуса следует проводить при температуре окружающей среды мегаомметром напряжением не менее 1000 В.
Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками
5.3. Нормы и методы испытаний новых машин
5.3.1. Измерение сопротивления изоляции
Сопротивление изоляции характеризует ее состояние в данный момент времени и не является стабильным, так как зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются температура и влажность изоляции в момент проведения измерения.
В ГОСТ 183-74 нормы сопротивления изоляции не определены, так как абсолютных критериев минимально допустимого сопротивления изоляции не существует. Они могут быть установлены в стандартах на конкретные виды машин или в ТУ с обязательным указанием температуры, при которой должны проводиться измерения, и методов пересчета показаний приборов, если измерения проводились при иной температуре обмоток.
Измерение сопротивления изоляции обмоток преследует цель установить возможность проведения ее испытаний высоким напряжением без повышенного риска повреждения хорошей, но имеющей большую влажность изоляции.
Измерения проводятся мегаомметром, номинальное напряжение которого выбирается в зависимости от номинального напряжения обмотки. Для обмоток • с номинальным напряжением до 500 В (660) В применяют мегаомметры на 500 В, для обмоток с напряжением до 3000 В — мегаомметры на 1000 В, для обмоток с номинальным напряжением 3000 В и более — мегаомметры на 2500 В и выше.
Степень увлажненности изоляции определяется не только по показаниям прибора в момент отсчета, но и характером изменения показания мегаомметра в процессе измерения, которое проводят в течение 1 мин. Запись показаний прибора делают через 15 с после начала измерения (J?15) и в конце измерения — через 60 с после начала (R60). Отношение этих показаний ka6 = ^6o/^is называют коэффициентом абсорбции. Его значение определяется отношением тока поляризации к току утечки через диэлектрик — изоляцию обмотки. При влажной изоляции коэффициент абсорбции близок к 1. При сухой изоляции R60 на 30-50% больше, чем R15, и /саб 3* 1,3.
Мегаомметром измеряется также сопротивление изоляции термопреобразователей, заложенных в машины, и проводов, соединяющих термопреобразователи с доской выводов.
Сопротивление этой изоляции измеряется по отношению к корпусу и к обмоткам машины. Она не рассчитана на работу при высоких напряжениях, поэтому измерение ее сопротивления должно проводиться прибором с номинальным напряжением не выше 250 В.
Помимо сопротивления изоляции обмоток при проведении испытаний на месте установки машины измеряют также сопротивление изоляции подшипников, которая устанавливается для предотвращения протекания подшипниковых токов в машинах со стояковыми подшипниками.
Таким образом, сопротивление изоляции разных обмоток одной и той же машины, имеющих разное номинальное напряжение, например обмоток статора и ротора синхронного двигателя, нужно измерять разными мегаомметрами с различными номинальными напряжениями.
5.3.2. Измерение сопротивления обмоток при постоянном токе
Сопротивление обмоток при постоянном токе относится к важным параметрам машины и не должно существенно отличаться от расчетных значений. Однако по результатам измерений сопротивления нельзя судить о правильности и качестве выполнения работ. Это связано прежде всего с технологическими допусками на размеры катушек обмотки и с допусками на сопротивление обмоточного провода, существенно влияющими на результаты измерений.
Возможность качественной оценки дает сравнение результатов измерения сопротивления обмотки с расчетными (каталожными) данными и с данными, полученными для других однотипных машин. Часто практикуется сравнение результатов измерений сопротивлений отдельных одинаковых элементов обмотки одной машины, например фаз трехфазной обмотки, содержащих одинаковые катушки, или однотипных катушек возбуждения. Так как эти элементы выполняются из одной и той же партии обмоточного провода и на одних и тех же шаблонах, то расхождение в результатах измерений более чем на 2 — 3% может служить показателем неисправности обмотки — неправильно выполненных соединений в схеме, наличия замкнутых витков в катушке и т. п.
Способы измерения сопротивления должны обеспечивать высокую точность (до 0,4% при приемочных испытаниях) и быстроту выполнения измерений, что особенно важно при приемо-сдаточных испытаниях.
Для измерений сопротивлений более 1 Ом могут применяться обыкновенные (одинарные) измерительные мосты, а при меньших сопротивлениях — двойные мосты, исключающие влияние соединительных проводников и контактов. Более универсальным способом измерений является метод вольтметра и амперметра, который при правильно выбранных приборах, схеме и методике измерений обеспечивает необходимую точность и быстроту проведения испытания.
Для измерения сопротивления обмоток машин во время приемо-сдаточных испытаний при массовом выпуске используют стрелочные или цифровые омметры, обеспечивающие быстроту измерений при минимальном количестве необходимых соединений. Однако этот способ имеет малую точность, поэтому его не применяют для машин с небольшими сопротивлениями обмоток.
5.3.3. Испытание изоляции обмоток на электрическую прочность
Испытание изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками на электрическую прочность проводится на всех машинах при приемочных и приемо-сдаточных испытаниях.
ГОСТ 183-74 устанавливает, что изоляция полностью собранной на заводе-изготовителе машины или ее отдельных частей, а также машин, обмотка которых полностью или частично уложена на месте установки машин, должна выдерживать испытательное напряжение частотой 50 Гц в течение 1 мин.
Нормы испытательных напряжений при приемочных и приемо-сдаточных испытаниях приведены в табл. 5.2.
Для турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов обязательным является также испытание изоляции после сборки машины на месте установки. Оно проводится испытательным напряжением, равным 80% указанного в табл. 5.2, Эти испытания не проводятся, если обмотка полностью или частично укладывалась на месте установки машины и была соответственно испытана 100%-ным испытательным напряжением.
Испытанию подвергается изоляция каждой независимой цепи машины. Все другие обмотки на это время соединяются с корпусом и заземляются. В машинах переменного тока независимыми цепями считают все обмотки, начала и концы которых имеют выводы. В машинах постоянного тока обмотку якоря, соединенные с ней обмотки дополнительных полюсов и компенсационную обычно принимают за одну цепь, а различные обмотки главных полюсов — за независимые цепи.
Если испытательное напряжение обмотки равно или более 3000 В, то оно не должно прикладываться мгновенно. Испытание начинается не более чем с 50%-ного значения полного испытательного напряжения и повышается до полного значения плавно или ступенями, не превышающими каждая 5% этого значения, таким образом, чтобы все время подъема напряжения было не менее 10 с. После выдержки полного испытательного напряжения в течение 1 мин оно должно быть снижено до половинного значения и лишь после этого отключено.
Для машин мощностью до 15 кВт включительно на номинальное напряжение до 660 В при «их массовом выпуске на автоматизированном и механизированном технологическом оборудовании испытание элек-
Таблица 5.2. Испытательные напряжения обмоток электрических машин
Электрическая машина или ее части
Испытательное напряжение (действующее значение)
Машины мощностью менее 1 кВт (или 1 кВ • А) на номинальное напряжение ниже 100 В, за исключением указанных в пп. 4 — 8 настоящей таблицы
500 В плюс 2-кратное номинальное напряжение
Машины мощностью от 1 кВт (или 1 кВА) и выше на номинальное напряжение ниже 100 В, за исключением указанных в п. 4
1000 В плюс 2-кратное номинальное напряжение
Машины: а) мощностью до 1000 кВт (или 1000 кВ-А), за исключением перечисленных в пп. 1,2 и 4-8 б) мощностью от 1000 кВт (или 1000 кВ-А) и выше, за исключением указанных в пп. 4 —8 на номинальное напряжение: до 3300 В
свыше 3300 до 6600 В свыше 6600 до 17 000 В
1000 В плюс 2-кратное номинальное напряжение, но не менее 1500 В
1000 В плюс 2-кратное номинальное напряжение 2,5-кратное номинальное напряжение 3000 В плюс 2-кратное номинальное напряжение По согласованию между изготовителями и потребителем
Обмотки возбуждения машин постоянного тока с независимым возбуждением
1000 В плюс 2-кратное номинальное напряжение возбуждения, но не менее 1500 В
Обмотки возбуждения синхронных машин: а) генераторов, двигателей и компенсаторов, пускаемых специальными пусковыми двигателями
б) машин, предназначенных для непосредственного пуска с обмоткой возбуждения, замкнутой на сопротивление, не превышающей 10-кратного сопротивления обмотки возбуждения при постоянном токе, или на источник своего питания в) машин, предназначенных для пуска с обмоткой возбуждения, замкнутой на сопротивление, значение которого равно 10-кратному сопротивлению обмотки или более него, или с разомкнутой обмоткой возбуждения независимо от того, секционирована она или нет
10-кратное номинальное напряжение возбуждения электрической машины, но не менее 1500 В и не более 3500 В 10-кратное номинальное напряжение возбуждения электрической машины, но не менее 1500 В и не более 3500 В
1000 В плюс 2-кратное максимальное действующее значение напряжения, которое можно получить при данных пусковых условиях между выводами обмотки возбуждения (между выводами любой секции), но не менее 1500 В (см. примечание 3)
Вторичные обмотки асинхронных двигателей, не находящиеся непрерывно в коротко-замкнутом состоянии: а) для двигателей, допускающих торможение противовключением
б) для двигателей, не предназначенных для торможения противовключением
1000 В плюс четырехкратное номинальное напряжение вторичной обмотки 1000 В плюс двукратное номинальное напряжение вторичной обмотки
Продолжение табл. 5.2
Электрическая машина или ее части
Испытательное напряжение (действующее значение)
Возбудители (за исключением указанных ниже) Возбудители для синхронных двигателей (к ним относятся и синхронизированные асинхронные двигатели), если во время пуска они заземлены или отключены от обмоток возбуждения. Обмотки возбуждения возбудителей с независимым возбуждением
Как для обмоток, к которым присоединяются возбудители 1000 В плюс двукратное номинальное напряжение возбудителя, но не менее 1500 В
Собранные в группы электрические машины и аппараты
Если испытанию подвергается группа, собранная из нескольких новых только что установленных и соединенных вместе электрических машин и аппаратов, из которых каждая машина и каждый аппарат проходили испытания на электрическую прочность, то испытательное напряжение не должно превышать 85% испытательного напряжения той машины (или того аппарата), у которой (которого) это напряжение наименьшее
Примечания: 1. Испытательное напряжение для машин с разными уровнями изоляции определяется по согласованию между изготовителем и потребителем.
2. Для двухфазных обмоток, имеющих общий вывод, номинальное напряжение, по которому определяется испытательное напряжение, следует брать равным 1,4 напряжения отдельной фазы.
3. Напряжение, получаемое при пусковых условиях между выводами обмоток возбуждения или между выводами секций, можно измерить при пониженном напряжении питания. Измеренное таким образом напряжение следует умножить на отношение напряжения, полученного при пусковых условиях, к пониженному напряжению питания.
4. Для обмоток одной или нескольких машин, которые связаны электрически, рассматриваемое напряжение — максимальное по отношению к земле.
трической прочности изоляции допускается проводить, прикладывая испытательное напряжение в течение 1 с. При этом оно должно быть увеличено на 20% по сравнению с указанным в табл. 5.2. Проведение приемо-сдаточных испытаний таких машин на большинстве заводов автоматизировано.
5.3.4. Испытание междувитковой изоляции обмоток
ГОСТ 183-74 устанавливает, что между-витковая изоляция обмоток электрических машин должна быть испытана напряжением, превышающим номинальное на 30%, в течение 3 мин. Повышение междувиткового напряжения достигается соответствующим увеличением напряжения на выводах обмотки при холостом ходе машины.
В асинхронных машинах, ток холостого хода которых при повышении напряжения в 1,3 раза превышает номинальный, например в двигателях с большим насыщением
стали магнитопровода, длительность испытаний может быть сокращена до 1 мин. Испытание может быть проведено также при питании статора током повышенной частоты. Частота тока по сравнению с номинальной может быть повышена не более чем на 15%. Междувитковая изоляция обмоток статора и ротора асинхронных двигателей с фазными роторами испытывается одновременно при неподвижном (заторможенном) и разомкнутом роторе.
Междувитковая изоляция синхронных машин (кроме турбогенераторов и гидрогенераторов) также испытывается напряжением, на 30% повышенным по сравнению с номинальным. В машинах, напряжение которых в генераторном режиме при номинальном токе возбужения превышает номинальное более чем на 30%, испытание проводят при напряжении холостого хода, соответствующем номинальному току возбуждения.
Междувитковая изоляция обмоток гид-
Междувитковая изоляция обмоток индукторов, питающихся постоянным током, в собранной машине не испытывается. Ее испытания проводят до сборки, при пооперационном контроле.
Испытательные напряжения междувит-ковой изоляции обмоток якорей машин постоянного тока не зависят от номинального напряжения и определяются из расчета среднего напряжения между соседними коллекторными пластинами, которое не должно превышать 24 В. Для электромашинных возбудителей, рассчитанных на фокусировку возбуждения, при которой напряжение может превышать 130% номинального, испытание проводят при предельном напряжении фор-сировки, но время испытаний сокращается до 1 мин.
В последние годы для испытаний электрической прочности междувитковой изоляции все большее распространение получают устройства, основанные на принципе использования высокой частоты или импульсного напряжения. ГОСТ разрешает использовать эти устройства для испытаний междувитковой изоляции катушечных обмоток машин с номинальным напряжением не свыше 660 В.
5.3.5. Испытание на кратковременную перегрузку по току
Программы приемочных испытаний всех типов машин содержат испытание на кратковременную перегрузку по току. Кратность тока перегрузки по отношению к номинальному и время испытаний при данном токе определяются видом машин.
Бесколлекторные машины переменного тока мощностью 0,55 кВт и выше, включая турбо- и гидрогенераторы с косвенным охлаждением обмоток, испытываются на
перегрузку по току, на 50% превышающему номинальный, в течение 2 мин, а с непосредственным охлаждением обмоток — в течение 1 мин.
Машины, номинальным режимом которых является повторно-кратковременный или перемежающийся с периодом работы меньшим, чем 1 мин, на кратковременную перегрузку по току не испытываются.
Нормы и продолжительность испытаний на кратковременную перегрузку по току машин малой мощности и специального исполнения устанавливаются в стандартах или технических условиях на конкретные виды машин. Они могут существенно отличаться от приведенных выше.
5.3.6. Испытания при повышенной частоте вращения
Испытания при повышенной частоте вращения проводятся для всех видов машин. Их целью является проверка механической прочности вращающихся частей. Все электрические машины, кроме коллекторных и ряда машин специального исполнения, должны без повреждений и остаточных деформаций выдерживать в течение 2 мин повышение частоты вращения на 20% сверх номинальной, причем двигатели с регулированием частоты — на 20 % сверх наибольшей, двигатели с последовательным возбуждением постоянного и переменного тока — на 20% сверх наибольшей, указанной на паспортной табличке, но не менее чем на 50% сверх номинальной. Те же нормы применимы к двигателям со смешанным возбуждением, если в них предусматривается регулирование частоты вращения в пределах не свыше 35% сверх номинальной.
Машины специальных назначений, в том числе гидрогенераторы, металлургические и крановые, двигатели подвижного состава и др., испытываются на повышенную частоту вращения в соответствии с требованиями стандартов или ТУ.
При проведении испытаний на повышенную частоту вращения для безопасности персонала запрещается использование ручных тахометров. Измерения частоты должны быть дистанционными. Чтобы исключить случайное превышение заданной испытательной частоты вращения, повышение частоты вращения должно быть плавным.
5.3.7. Испытание на нагревание
Стандарты на электрические машины оценивают тепловое состояние машины не
по температуре ее частей, а по превышению их температуры над температурой охлаждающей среды, которая для нормальных условий эксплуатации принята равной 40°С. Исключение составляет оценка нагрева подшипников и подпятников, для нормальной работы которых важна определенная вязкость смазочных материалов, определяемая их температурой, сравнительно мало зависящей от температуры окружающей среды.
Для измерения нагрева частей электрических машин стандартами предусмотрено три метода: метод сопротивлений, метод термометра и метод заложенных термопреобразователей (термоиндикаторов).
Метод сопротивлений основан на изменении сопротивления постоянному току проводников обмотки в зависимости от их температуры. Он применяется для определения температуры изолированных обмоток и позволяет определить среднюю их температуру или среднюю температуру отдельной части обмотки (параллельной ветви, если она имеет отдельные выводы или фазы обмотки). Неравномерность нагрева участков или отдельных точек обмотки этим методом определить нельзя.
Для определения температуры обмотки данным методом измеряется ее сопротивление постоянному току в практически холодном состоянии машины Rx или при известной температуре обмотки 9Х и в нагретом состоянии RT. Температура в нагретом состоянии Эг определяется по известному для материала обмотки температурному коэффициенту сопротивления а, отнесенному к некоторой условной температуре 9, при которой сопротивление обмотки равно R. При испытании электрических машин для обмоточной меди используют значение температурного коэффициента, отнесенное к температуре & = = 15 °С, равное а = 0,004 1/°С. Тогда средняя температура обмотки по данным измерений ее сопротивлений в горячем и холодном состояниях может быть рассчитана по формуле
поверхности магнитопровода статора или лобовых частей обмоток, но не внутри этих частей.
Для проведения измерений этим методом используют как термометры расширения (ртутные или спиртовые, если точки измерения находятся в переменном магнитном поле), так и другие виды измерителей температуры или термопреобразователи, приложенные к доступным точкам поверхности частей машины.
Метод заложенных термопреобразователей предусматривает измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, термопары или терморезисторы которых заложены внутри частей машины в точках, где ожидается наибольшее повышение температуры, например на дне пазов под обмотку или в пазах между сторонами катушек и т. п. Их выводные концы выводятся наружу к измерительным схемам.
Показания приборов, включенных в схемы термопреобразователей, испо,льзуются как при тепловых испытаниях машин, так и для контроля теплового состояния машины во время всего периода ее эксплуатации.
При проведении детальных тепловых испытаний электрических машин или при исследовательских испытаниях в машины закладываются дополнительные элементы термопреобразователей, число и место установки которых определяется таким образом, чтобы получить полную картину температурного поля машины.
Для измерения температуры частей машины используются также другие методы. Для измерения температуры в замкнутом объеме, например температуры масла в подшипниках, могут применяться манометрические термометры, показания которых основаны на изменении давления в окружающем пространстве. Для бесконтактного измерения температуры поверхности вращающихся частей машины, например поверхности коллектора, могут быть использованы так называемые «тепловизоры», показания которых меняются в зависимости от интенсивности инфракрасного излучения нагретой поверхности.
Метод термочувствительных красок основан на свойстве некоторых красок менять свой цвет при определенной температуре и сохранять измененный цвет после охлаждения. Это позволяет с помощью набора из нескольких красок, рассчитанных на определенные температуры, сравнительно просто определить пределы нагрева вращающихся деталей, недоступных для наблюдения при работе машины. Однако этот метод дает
а превышение температуры обмотки над температурой охлаждающей среды
где Эо — температура охлаждающей среды. Метод термометра основан на измерении температуры отдельных точек доступных поверхностей частей электрической машины, например температуры точек внешней
низкую точность измерений из-за ограниченного ассортимента термочувствительных красок.
Методы проведения испытаний на нагревание и определения установившейся температуры частей машины при номинальных режимах ее работы определены в ГОСТ 25000-81 (см. табл. 5.1).
5.3.8. Определение коэффициента полезного действия
Коэффициент полезного действия электрической машины есть отношение отдаваемой машиной активной мощности Р2 к подводимой к машине активной мощности Р1; КПД обычно выражается в процентах:
П = 100 Р2/Р„ или в долях единицы:
Электрическая мощность, подводимая к двигателю, и электрическая мощность, отдаваемая в сеть генератором, измеряется непосредственно с помощью ваттметров. Измерение механической мощности, отдаваемой двигателем и подводимой к генератору, встречает затруднение и требует специальных устройств. Это усложняет определение КПД электрических машин.
Подводимая и отдаваемая мощности электрической машины различаются на сумму потерь в ней, которые возникают в процессе взаимного преобразования электрической и механической энергий Р2 = Ру — £Р. Исходя из этого, выражение для КПД может быть записано в иной форме:
Соответственно двум формам записи (5.1) и (5.2) существуют две группы методов определения КПД: методы непосредственного определения, т.е. прямого и одновременного измерения Р, и Р2 испытуемой машины, и методы косвенного определения КПД, при которых измеряются только потери в машине. Сумма потерь £ Р относится к электрической мощности, потребляемой двигателем или отдаваемой в сеть генератором.
Методы непосредственного определения КПД. Стандартами предусмотрены три метода непосредственного определения КПД.
Метод торможения применяется в основном для определения КПД двигателей. Торможение осуществляется механическим или иным тормозом с измерителем момента. Отдаваемая двигателем механическая мощность (мощность на валу двигателя) определяется как произведение вращающего момента на частоту вращения. Потребляемая двигателем активная электрическая мощность из сети измеряется ваттметром.
Метод нагрузки может быть использован как для двигателей, так и для генераторов. В качестве нагрузки испытуемого двигателя используется тарированный генератор, отдающий энергию на специальное нагрузочное устройство или в сеть. В опытах измеряется электрическая активная мощность, подводимая к двигателю, Р<Д и электрическая активная мощность, отдаваемая тарированным генератором, Р-^. Коэффициент полезного действия испытуемого двигателя т|д определяется с учетом КПД тарированного генератора г|т:
Для определения КПД генератора используют тарированный двигатель. Коэффициент полезного действия испытуемого генератора г)г определяют по отношению мощностей отдаваемой генератором Р-^ и подводимой к тарированному двигателю PiT с учетом его КПД:
Методы непосредственного определения КПД уступают косвенным методам как по сложности измерений, так и по точности. Это объясняется несколькими причинами, из которых основными являются следующие:
сложность создания и измерения тормозного момента на валу испытуемого двигателя или вращающего момента на валу испытуемого генератора. При испытаниях машин большой мощности эта задача становится неразрешимой в условиях обычной испытательной станции предприятия;
необходимость обеспечения при проведении измерений того же теплового состояния испытуемой машины, что и в режиме работы, для которого определяется КПД. Несоблюдение этого условия приводит к большой погрешности определения КПД из-за изменения потерь в испытуемой машине, зависящих от температуры.
В связи с этим стандарты разрешают применять методы непосредственного определения КПД только для машин, имеющих гарантированные значения КПД меньше 85%. Для машин с большими значениями КПД его определение должно производиться косвенными методами.
Косвенные методы определения КПД. Из группы методов косвенного определения КПД основным является метод раздельного определения потерь. Каждый вид потерь определяется или рассчитывается по данным соответствующих опытов проводимых в определенных режимах.
Основные и добавочные потери в стали определяются из опыта холостого хода для напряжения, соответствующего рабочему режиму, а для машин постоянного тока с номинальным напряжением меньшим 100 В — с учетом падения напряжения на всех элементах последовательной цепи якоря. При этом все сопротивления элементов последовательной цепи приводятся к расчетной температуре.
Механические потери, включающие потери на трение в опорах, скользящих контактах и на всех поверхностях, омываемых охлаждаемыми средами, также определяются методом разделения потерь из опыта холостого хода.
Электрические потери в рабочих обмотках и обмотках возбуждения определяются по рабочему току в этих обмотках и их сопротивлениям, приведенным к расчетной температуре.
Электрические потери в скользящих контактах рассчитываются как произведение токов через контакты на переходное падение напряжения под щетками, которое считается не зависящим от тока.
Добавочные потери при нагрузке учитываются в процентах подводимой мощности для двигателей и отдаваемой мощности для генераторов при их номинальной нагрузке. Добавочные потери для компенсированных машин постоянного тока, синхронных машин мощностью до 100 кВ • А и асинхронных бесколлекторных машин принимаются в расчетах равными 0,5% номинальной мощности; для некомпенсированных машин постоянного тока — 1 %; для коллекторных
машин переменного тока — также 1 %, если для них соответствующими документами не предусмотрены иные значения. При мощности, отличающейся от номинальной, значения добавочных потерь пересчитываются пропорционально квадрату тока рабочей цепи.
Для синхронных машин мощностью более 100 кВ-А при определении КПД добавочные потери не рассчитывают. Их получают экспериментально в сумме с основными электрическими потерями в обмотке статора.
Для двигателей постоянного тока с широким регулированием частоты вращения рассчитанные добавочные потери увеличивают, умножая на следующие коэффициенты, зависящие от частоты вращения, для которой рассчитывается КПД:
Отношение частоты вращения к номинальной 1,5 2,0 3,0 4,0
Коэффициент увеличения добавочных потерь 1,4 1,7 2,5 3,2
При испытаниях синхронных компенсаторов определяют сумму потерь и относят ее к полной мощности машины, так как понятие КПД для них не имеет смысла.
Более детально методы определения КПД и отдельных видов потерь изложены в ГОСТ 25492-83 (см. табл. 5.1).
5.3.9. Измерение вибрации и уровня шума
Стандартами СССР измерение вибрации и шума электрических машин предусмотрено как обязательное только в приемочных испытаниях. Однако вопросам снижения вибрации и шума в последнее время уделяется все большее внимание. Возрастающие требования к виброакустическим характеристикам электрических машин находят отражение в стандартах и ТУ на конкретные виды машин новых серий. Учитывая, что эти характеристики имеют меньшую стабильность по сравнению с другими техническими данными машин, а также жесткие требования стандартов и ТУ к их допустимому уровню, многие предприятия проводят измерение шума и вибрации каждой выпускаемой машины. Таким образом, эти испытания для большого числа видов машин переходят в программы приемо-сдаточных испытаний.
Для снятия виброакустических характеристик применяются специальное оборудование и аппаратура, которая позволяет не только измерить уровни шума и вибрации испытуемых машин, но и получить данные
для анализа причин ухудшения этих характеристик.
Измерения шума и вибрации электрических машин проводятся в соответствии с ГОСТ 11929-81 и ГОСТ 20815-71 (см. табл. 5.1).
5.3.10. Характеристики и параметры электрических машин
Программы испытаний машин разных видов помимо рассмотренных в пп. 5.3.1 — 5.3.9 содержат ряд пунктов, относящихся к определению характеристик двигателей и генераторов, отдельных параметров машин, характерных точек механических характеристик и т. п. Требования, предъявляемые к машинам при проведении испытаний по данным пунктам программ, изложены в ГОСТ 183-74 применительно к каждому виду машин и в стандартах и ТУ на конкретные виды машин.
Методы проведения соответствующих испытаний определены в стандартах на методы испытаний (см. табл. 5.1).
Термины и определения понятий, используемых в программах и в описании методов испытаний, установлены ГОСТ 17154-71.