Основные виды испытаний асинхронных двигателей

Введение

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что внедрение средств диагностирования является одним из важнейших факторов повышения экономической эффективности использования оборудования в промышленности []. Назначение диагностики – выявление и предупреждение отказов и неисправностей, поддержание эксплуатационных показателей в установленных пределах, прогнозирование состояния в целях полного использования ресурса [].

Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели – самые распространенные машины в приводах современных технологий. Оптимальному использованию таких электродвигателей препятствует их высокая повреждаемость. Ежегодно выходят из строя 20–25 % от общего количества установленных электродвигателей []. Возникающий в связи с этим ущерб связан с простоем технологического оборудования вследствие аварии двигателя. Дополнительно к прямым убыткам добавляются снижение электро – и пожаробезопасности, что связанно с короткими замыканиями, которые могут присутствовать в обмотке статора или ротора поврежденного электродвигателя [].

Таким образом, задачи снижения уровня прямых и косвенных затрат в процессе эксплуатации асинхронных двигателей, повышения качества их диагностики, а также повышения их надежности актуальны на сегодняшний день в любой отрасли производства. В качестве объектов исследования в статье рассмотрены наиболее широко применяемые общепромышленные асинхронные двигатели средней мощности (от 1 до 4000 кВт).

Причины низкого сопротивления

В нормальных условиях сопротивление изоляции проводов электродвигателя, покрытых защитной пленкой, сохраняет свое значение в течение длительного времени. Но в ходе эксплуатации на нее воздействует ряд разрушающих факторов, основными из которых являются:

• Механические напряжения.
• Повышенная влажность окружающей среды.
• Воздействие содержащихся в ней агрессивных веществ.
• Резкие колебания температуры.

Все перечисленные факторы приводят к снижению сопротивления изоляции с возможностью последующего пробоя обмотки на корпус или межфазного замыкания.

Нажмите, пожалуйста, на одну из кнопок, чтобы узнать помогла статья или нет.

Помогла5Не помогла

Ввод в эксплуатацию

ПУЭ (Правила устройства электроустановок) регламентируют проведение приемо-сдаточных испытаний перед вводом электродвигателя в эксплуатацию (пункт 1.8.15). Программы испытаний и количество приборов, которые будут подвергаться (из партии) устанавливаются стандартом или ТУ на конкретный вид двигателя. Проверяется следующее:

1. Возможность включения электродвигателя без предварительной сушки обмоток (для ЭД номинальным напряжением до 1кВ и более).
2. Сопротивление изоляции.
3. Проверка обмоток статора путем подачи повышенного напряжения промышленной частоты. Каждая обмотка проверяется отдельно (при двух других соединенных с корпусом). Если выводов от катушек не имеется, то допускается проверять обмотку полностью.
4. Измерение сопротивления обмоток постоянному току. Для выявления некачественных соединений, межвитковых замыканий, ошибок в схеме подключения. Также для снятия параметров, необходимых для расчетов режимов, переходов и регуляторов.
5. Работа электродвигателя на холостом ходу (приводной механизм не нагружен).
6. Работа электродвигателя под нагрузкой.

После проведения работ оформляются АКТ и Протокол испытания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (или другой тип двигателя). В протоколе указываются полученные параметры и величины, а также проведенные мероприятия, место и состав участников. При этом проверку должны проводить специалисты с группой допуска не ниже IV и имеющие лицензии на ведение такого рода деятельности.

Нормы испытаний электрических машин после ремонта (по ПЭЭП)

1. Всыпные обмотки статора

Таблица 4

2. Обмотки статора из прямоугольного провода

Таблица 5

3. Обмотки ротора

Таблица 6

* 2U*_рот — напряжение на кольцах неподвижного ротора с разомкнутой обмот­кой при номинальном напряжении на статоре.

4. Допустимые значения воздушного зазора

Таблица 7

Таблица 8

Ремонт узлов и деталей

Перед началом работы обязательным является пункт осмотра технологической карты ремонта асинхронного двигателя. Благодаря предварительной диагностике, определяется проблема и конкретная неисправность.

Составляется план по ее удалению. К основным неисправностям относится ослабление прессовки, распушение зубцов, нагрев сердечника, выгорание отдельных участков, деформация стали в процессе быстрой работы. Процедура ремонта включает в себя диагностику распорок и подтяжку болтов.

Некоторые мастера для устранения ослабления прессовки в случае отлома или выпадения отдельных зубцов рекомендуют забить и укрепить специальные клинья, которые будут выполнять нужную работу и не тормозить электрическую машину. При нагреве сердечника мастера делают не только расчистку, но и полную замену изоляции, поскольку это влияет на работу стяжных болтов. В случае если изоляция начинает пробиваться на обмотке стали, делается полная расчистка и намотка новых элементов.

Послеремонтные испытания

Перед началом ремонта проводятся предремонтные испытания, для точной дефектации узлов асинхронного двигателя. Цель – выявить исправные двигатели, поступившие на ревизию по ошибке или имеющие незначительную неисправность, которую можно устранить сразу же.

В процессе ремонта проводятся операционные испытания (операционный контроль), цель которых – выявление ошибок, некачественных материалов или запасных частей и своевременное устранение выявленных замечаний

В первую очередь, важность операционного контроля обусловлена сокращением срока ремонта (если его не проводить, при наличии дефектного узла ремонт затянется), второй причиной является снижение затрат на ремонт

Если операционный контроль не проводить, то, например, при перемотке статора или ротора (при наличии дефекта металла или проволоки) неисправность можно обнаружить уже на испытаниях после ремонта, это приведет к значительному удорожанию обслуживания. Комплексный стенд проверки не только сократит срок операционного контроля, но и значительно упростит его проведение.

После капитального ремонта проводятся приемо-сдаточные испытания (если изменились электрические и магнитные характеристики, то проводятся типовые испытания).

Подготовка машины к ремонту

Машина, которая поступает для ремонта или осмотра, должна быть укомплектована всеми необходимыми деталями, очищена от грязи, должны быть сняты верхние элементы. Это позволит качественно и быстро провести поверхностную диагностику и узнать причины неполадок.

Для измерения сопротивления изоляции используется специальный прибор — мегаомметр. Для проведения качественной проверки обмоток мастера рекомендуют использовать универсальный мост сопротивлений или специальные щупы. При капитальном ремонте асинхронных двигателей температуру отдельных доступных мест лучше определять с помощью спиртовых термометров полочного типа, которые имеют цилиндрическую форму и небольшие размеры.

Это позволит использовать термометр в труднодоступных местах и верно определить температуру. Для избежания повреждений в процессе осмотра резервуар термометра советуют обертывать специальной фольгой — это поможет плотнее прижать устройство к нагретой поверхности.

Температура подшипника может быть намного выше, если он поврежден или там отсутствует специальная смазка. Результаты осмотра обязательно заносятся в протокол или журнал.

Испытание электродвигателя: особенности

После капитального ремонта электродвижка (с перемоткой обмоток статора) проводят контрольные (типовые) электрические испытания электродвигателей. Если по результатам ремонтных работ были изменены технические характеристики машины, и они стали отличными от паспортных данных, то выполняется типовое испытание-проверка электродвигателя. Если же технические характеристики после починки (восстановления) остались неизменными, то проводят контрольные испытания. Здесь к основным техническим характеристикам относятся мощность, вращающий момент, частота вращения ротора (якоря, вала).

Типовые послеремонтные испытания электродвигателя включают следующие работы (кроме основных, обязательных для всех типов проверки):

1. Для машин переменного тока – испытание асинхронных электродвигателей кратковременным повышенным напряжением, током, проверка нагрева, определение КПД, мощности и максимального вращающего момента, оценка пускового тока, вибраций в работе.
2. Для машин постоянного тока: оценка скоростной характеристики агрегата, КПД, проверка нагрева, определение зоны коммутации, проверка ее качества.

Испытание электродвигателей переменного тока (однофазных и трехфазных) после текущего ремонта включает меньший спектр работ.

В частности, с использованием специального оборудования осуществляется:

• проверка состояния изоляционного материала относительно корпуса двигателя и между витками обмотки;
• проверка повышенным напряжением на протяжении 60 сек (методика испытания электродвигателей до 10 кВ);
• работа на холостом ходу.

Нормативная документация

При эксплуатации, проверках и обслуживании электродвигателей руководствоваться можно книгой Н.М. Слоним «Испытания асинхронных двигателей при ремонте», где описаны методики их проведения. Несмотря на 1980 год выпуска, книга содержит актуальную информацию. Методы испытаний асинхронных двигателей изложены в ГОСТ 7217-87, он действующий, актуализация текста проведена 06.04.2015, переиздание было в 2003 году. Помимо этого, в ПУЭ и ПТЭЭП также приведена программа испытаний электрических машин переменного тока.

Также читают:

• Как измерить сопротивление изоляции кабеля
• Проверка работоспособности автоматического выключателя
• Что такое чередование фаз и как его проверить

Опубликовано:
30.08.2019
Обновлено: 30.08.2019

Анализ тестовой и функциональной диагностики асинхронных двигателей

Современные системы и методы диагностики асинхронных двигателей можно
разделить на две группы. К первой группе относятся методы тестовой диагностики. Это измерение сопротивления изоляции, токов утечки, внутреннего сопротивления обмоток, тангенса угла диэлектрических потерь обмоток, метод высоковольтного импульса и др. Тестовое диагностирование – основной вид выявления дефектов электродвигателей в отечественной энергетике. Оно определило сложившуюся структуру технического обслуживания и ремонта по регламенту. Такая диагностика способствует не только предупреждению развития различных дефектов, но и их появлению. Например, при проведении плановых ремонтов электрических машин, после полной сборки двигатель подвергается испытаниям повышенным напряжением, которые оказывают на изоляцию машины пагубное влияние. Это вызывает появление в обмотке микродефектов, развивающихся в процессе работы электродвигателя под влиянием некачественной электроэнергии, перегрузок, частых пусков и остановок. С каждым высоковольтным испытанием при планово-предупредительных ремонтах число дефектов увеличивается. Это в конечном итоге приводит к аварийному выходу из строя электрического двигателя. Каждая разборка и сборка электродвигателя увеличивает эти микродефекты.

В настоящее время разработаны многофункциональные система диагностики
изоляции асинхронных двигателей посредством высоковольтного импульсного
испытания. Авторы данных систем утверждают, что выполняется неразрушающий тест
изоляции, объясняя это своевременной остановкой теста. Однако тест прекращается
только после превышения пределов прочности изоляции. К недостаткам тестовой
диагностики можно отнести также временную приостановку работы электродвигателя,
отсутствие возможности защитного отключения оборудования во время его работы для
предотвращения полного выхода его из строя, отсутствие контроля ненормальных
режимов работы данного оборудования и т.д.

Вторая группа включает в себя методы функциональной диагностики. Методы
функциональной диагностики экономически наиболее предпочтительны, так как не
требуют временного вывода электрооборудования из эксплуатации. Для подготовки к
ремонту необходимо обнаружить все дефекты, влияющие на ресурс, задолго до отказа.
В связи с этим необходимо применение методов диагностики не только относящихся к
категории функциональных, но и позволяющих выявить дефект конкретной части
электродвигателей [].

Сравнительный анализ методов обслуживания оборудования роторного типа
показал, что при планово–предупредительных ремонтах и испытаниях не менее 50 %
обслуживаний выполняется без фактической их необходимости. Для большинства
машин при этом не снижается частота выхода их из строя. Надежность работы после
обслуживания с разборкой и заменой деталей часто снижается. Около 70 % дефектов
вызвано производством работ по обслуживанию. При обслуживании по фактическому
состоянию предприятие имеет объективные данные о текущем техническом состоянии
оборудования. Не нарушается нормальная работа механизма из–за не обоснованного
вмешательства человека.

В период эксплуатации

Испытания электродвигателей в процессе эксплуатации необходимы для своевременного выявления неисправностей с последующим их устранением. Также для безопасности производства, эксплуатация электродвигателей с отклонением чревата негативными последствиями для людей, обслуживающих электромашины.

Испытания заключаются в следующем:

• измерение сопротивления изоляции, при этом, у электродвигателей напряжением более 1000В замеряется коэффициент абсорбции обмоток статора;
• проверка состояния изоляции;
• проверка обмоток статора путем подачи повышенного напряжения промышленной частоты;
• измерение сопротивления обмоток постоянному току;
• замер зазора между сталью ротора и статора;
• замер зазоров подшипников скольжения;
• проверка возбудителей;
• замер вибрационных характеристик подшипников;
• замер осевого разбега ротора;
• при наличии воздухоохладителя проводятся гидравлические испытания;
• проверка работы двигателя под нагрузкой;
• проверка исправности стержней (только для АД с короткозамкнутым ротором);
• проверка ЭД в режиме холостого хода или с приводным механизмом без нагрузки.

На видео ниже вы можете ознакомиться с несколькими методами проверки:

Сопротивление обмоток приводится в таблице в каталогах производителей электромашин, или в справочниках. Допустимое сопротивление изоляции обычно равно 1 МОм на 1 кВ питающего напряжения. Машины, которые питаются от 380В, допускаются к работе если сопротивление их изоляции не менее 500 кОм.

По результатам также оформляется акт и протокол. Помимо этого, параметры электрической машины заносят в журнал испытаний.

Балансировка роторов

Чтобы обеспечить качественный процесс работы электрической машины, проводят балансировку. Выделяется статическая и динамическая балансировка, первый вариант применяют для машин с небольшой частотой вращения, 2 вариант используется для элементов, частота вращения которых превышает 1000 оборотов в минуту.

В процессе проведения динамической балансировки месторасположение проблемы определяется с помощью вибрации, которая возникает в ходе вращения ротора. Станок, который используется для проведения динамической балансировки, состоит из балансируемого ротора, специального стрелочного индикатора, муфты и привода.

Диагностика асинхронных двигателей на этапах производства, эксплуатации и ремонта

Выбор стратегии и методов диагностирования асинхронных двигателей определяется рядом факторов. Первостепенное значение имеет конечная цель диагностирования, которая зависит от того, на каком этапе жизненного цикла определяется техническое состояние двигателя: на этапе производства, эксплуатации или ремонта.

На этапе производства важно обеспечить оптимальное проектирование и доводку
конструкции, ориентируясь на обеспечение надежности и долговечности, а также
контроль качества изготовления деталей и их монтажа. Основные виды неисправностей
в условиях серийного производства: кинематические ошибки изготовления деталей,
выход параметров за допустимые пределы по точности и дефекты сборки, к которым
относятся неуравновешенность, наличие эксцентриситета, различного рода перекосы,
зазоры, относительные смещения взаимодействующих деталей, несоблюдение
технологии смазки и т.п

На этапе эксплуатации, вследствие естественного процесса
старения элементов со временем наработки, происходят изменения параметров
двигателей, приводящие к неисправностям и поломкам.

По скорости развития эксплуатационные дефекты делят на две категории: быстро
развивающиеся, которые вызывают внезапные отказы, и медленно развивающие. К
первой категории относятся трудно прогнозируемые отказы, которые являются
следствием производственных технологических дефектов или разрушения под
действием мгновенно возникающей нагрузки, превышающей предел прочности
элементов. Ко второй категории относятся неисправности, возникновение и развитие
которых может быть зарегистрировано, спрогнозировано и проконтролировано до их
критического уровня.

При правильной организации эксплуатации асинхронных двигателей вид
неисправности и объем ремонта можно определить заранее, до наступления
критического состояния механизма. Диагностика на этапе ремонтных работ сводится к
послеремонтному контролю технического состояния. В объем диагностирования
необходимо включать и предремонтную оценку технического состояния машин [].

У электродвигателей после ремонта с разборкой и заменой деталей надежность
работы часто снижается. Во время ремонта проблематично выявить скрытые дефекты,
такие, например, как дефекты стержней короткозамкнутого ротора или нарушение
изоляции обмотки статора [].

В настоящее время возникает потребность диагностики состояния асинхронных
электродвигателей в процессе его работы. Обнаружение дефектов в работающем
электродвигателе на ранней стадии развития позволит предупредить внезапную
остановку производства в результате аварии, снизить расходы на ремонт
электродвигателя и увеличить срок его службы.

Охрана труда

В ходе работы мастера должны одеваться в специальную одежду, которая будет защищать их от мелких деталей и возможных травм.

При ремонте ротора асинхронного двигателя надо остерегаться захвата одежды или дополнительного материала вращающимися частями. Нельзя касаться руками токоведущих частей или заземленных проводов на машине.

Для этого надо использовать специальные инструменты, у которых имеются изолированные ручки. В противном случае нужно выключить двигатель и только после этого продолжать ремонтные работы.

При пропитке и сушке обмоток пропитанную камеру нужно оборудовать в соответствии с требованиями техники безопасности. В помещении, где проводится ремонт электродвигателя, запрещается курить и использовать открытый огонь.

Неполадки в короткозамкнутом роторе

Если говорить об устройстве двигателя, то он состоит из неподвижной части, которая называется статором, и вращающейся, которую именуют ротором. К деталям статора относят корпус и специальный сердечник с металлической обмоткой.

Ротор состоит из сердечника с обмоткой и вала. В процессе работы вал ротора вращается в специальных подшипниках, которые располагаются в защитных щитах. Ремонт асинхронного двигателя может занять от нескольких минут до часа.

Чтобы двигатель не перегревался, его охлаждают обдувом из наружной поверхности корпуса. Поток воздуха создается при помощи вращения центробежного вентилятора, который прикрывается кожухом, чтобы туда не попадали части и детали из внешней среды. В процессе ремонта асинхронного двигателя кожух может открываться. На момент починки неполадок двигателя для быстрого изменения направления вращения ротора, изменения скорости, а также для реверсирования двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля, которое создается в процессе работы обмотки статора.

Достичь такого эффекта можно с помощью переключения двух фаз, то есть 2 из 3 проводов, которые соединяют обмотку статора с электрической сетью. Благодаря качественному ремонту асинхронного двигателя устройство можно привести в нормальную работу.