Что означает потеря по изоляции ротора

1.13 Особенности теплового и вентиляционного расчета асинхронных двигателей

Достоверную оценку теплового режима двигателя дает приближенный метод теплового расчета, основанный на упрощенном представлении о характере тепловых связей между элементами электрической машины. В нем используются средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции, характерные для определенной конструкции и технологии производства двигателей данного типа.

Для расчета нагрева асинхронных машин, спроектированных на базе серии 4А, могут быть взяты приведенные в [12] усредненные коэффициенты теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции в пазовой и лобовой частях обмоток.

Расчет нагрева проводят, используя значения потерь, полученных для номинального режима, но потери в изолированных обмотках статора и фазного ротора несколько увеличивают по сравнению с расчетными, предполагая, что обмотки могут быть нагреты до предельно допустимой для принятого класса изоляции температуры: при классе нагревостойкости изоляции В — до 120°С, при классе нагревостойкости изоляции F — до 140°С и при классе нагревостойкости изоляции Н — до 165°С. При этом коэффициент увеличения потерь k_ по сравнению с полученными для расчетной температуры составит: для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В. k_=₁₂₀/₇₅=1,15, для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F k_=₁₄₀/₁₁₅=1,07 и для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости Н k_=₁₆₅/₁₁₅=1,45.

Электрические потери в обмотке статора разделяются на потери в пазовой части и потери в лобовых частях катушек :

(1.298)

(1.299)

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины, °С,

(1.300)

где ₁ — коэффициент теплоотдачи с поверхности по рис. 1.56—1.58 в зависимости от исполнения машины;

Рис. 1.56 Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности ₁ подогрева воздуха _В для асинхронных двигателей исполнения IP44.

а — при h<160 мм; б — при h=160250 мм; в — при h280 мм с продуваемым ротором.

K — коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду (принимают по табл. 1.30).

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора, °С,

(1.301)

где П_п1 — расчетный периметр поперечного сечения паза статора, равный для полузакрытых трапецеидальных пазов (см. рис. 1.19,а):

(1.302)

(h_п, b₁, b₂ — размеры паза в штампе); для прямоугольных открытых и полуоткрытых пазов (см. рис. 1.17 и 1.18)

b_из1 — односторонняя толщина изоляции в пазу; для всыпной обмотки b_из1 берется по соответствующим таблицам приложения III.

Для классов нагревостойкости В, F и Н: _экв=0,16 Вт(м°С);

—среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу; значение — по рис. 1.59; для обмоток из прямоугольного провода в (1.301) принимают .

Рис. 1.57 Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности ₁ подогрева воздуха _В для асинхронных двигателей исполнения IP23.

а — при h=160250 мм; б — при h280 мм.

Рис. 1.59 Средние значения коэффициентов теплопроводности внутренней изоляции катушек всыпной обмотки из эмалированного провода.

Рис. 1.58 Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности ₁ подогрева воздуха _В для асинхронных двигателей исполнения IP23 при U=6000 В.

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей, °С,

(1.305)

где П_л1 — периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки; П_л1П_п1;

b_из,л1 — односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки по приложению 3. При отсутствии изоляции в лобовых частях b_из,л1=0;

— для всыпной обмотки по рис. 1.59. Для катушек из прямоугольного провода принимают

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины, °С,

(1.306)

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, °С,

(1.307)

Средние значения коэффициента K для асинхронных двигателей серии 4А

Старение, дефекты и повреждения изоляции обмоток электрических машин и аппаратов

Обмотки являются наиболее важной и сложной по условиям работы частью электрических машин и аппаратов. Выход обмоток из строя в большинстве случаев обусловлен повреждениями изоляции. Определением причин выхода из строя обмоток электрических машин и аппаратов в разных отраслях народного хозяйства занимались многие исследователи На основании сбора и статистической обработки данных об эксплуатации около 5,5 тыс. асинхронных двигателей на промышленных предприятиях установлено, что более 84% всех отказов происходит из-за различных повреждений обмоток. Согласно данным у электродвигателей, работающих в сельском хозяйстве, 80% отказов возникают в результате повреждения изоляции; выход электродвигателей из строя в большинстве случаев возникает в связи с повреждением изоляции.

На обмотки и особенно на их изоляцию в процессе эксплуатации действуют электромагнитные силы, вибрация, температура, окружающая среда и другие факторы. Совместное действие перечисленных выше факторов приводит к необратимым процессам изменения структуры и химического состава изоляции, т. е. к старению изоляции. Кроме того, в изоляции могут иметься дефекты, возникающие как в процессе изготовления материалов, из которых состоит изоляционная конструкция электрической машины или аппарата (например, булавочные отверстия или посторонние включения в слое изоляционного покрытия обмоточных проводов), так и при изготовлении самой изоляционной конструкции. Особенно часто при укладке обмоток повреждается витковая изоляция, что значительно сокращает срок их службы. Использование при укладке обмоток металлического инструмента зачастую приводит к продавливанию и прорезанию изоляционного слоя проводов. Резкие перегибы обмоточного провода при намотке также способствуют образованию в изоляции значительных механических напряжений, в результате чего возникают трещины.

Количество дефектов в витковой изоляции снижается при уменьшении коэффициента заполнения паза. Уменьшение коэффициента заполнения паза на 2,5% и применение «мягкого» инструмента при укладке обмоток позволяет повысить надежность изоляции электродвигателей на 5,5%.

Развитие местных дефектов обычно приводит к повреждениям изоляционных конструкций в 1-й период работы после ввода электрических машин в эксплуатацию. Как правило, такие повреждения возникают в виде пробоя межвитковой изоляции. На надежность работы обмоток также отрицательно влияет растяжение проводов при наматывании катушечных групп на намоточных станках. Это растяжение может достигать 5—7% длины провода.

В процессе работы на обмотки электрических машин воздействуют электродинамические и механические усилия, достигающие больших значений при пусках и реверсировании. Так, пусковые токи короткозамкнутых электродвигателей превышают номинальные в 5 — 7 раз, в связи с чем на обмотки действуют значительные электродинамические силы, значения которых пропорциональны квадрату токов. Под действием этих усилий в изоляции возникают трещины, а также механические повреждения.

Особенно опасной для изоляции обмоток электрических машин является вибрация, возникающая в связи с неуравновешенностью вращающихся частей, изгибом вала, при износе подшипников, при обрыве стержней короткозамкнутых обмоток роторов и по другим причинам. Вибрация может также передаваться на электрические машины со стороны механизмов, приводом которых они являются. Вызываемые вибрацией силы действуют на протяжении всего периода работы электрических машин и приводят к потере механической и электрической прочности изоляции обмоточных проводов и компаунда, которым пропитывают обмотку для ее цементации. Все это может также привести к повреждению изоляции. Вибрация может сократить срок службы изоляции в несколько раз.

К износу витковой изоляции может приводить трение между витками и витков о корпусную изоляцию, возникающее в электрических машинах из-за разных коэффициентов теплового расширения меди обмоток и активной стали сердечников. Обычно такое трение происходит при нагревании электрических машин во время пуска и работы, а также при охлаждении после ее выключения из сети.

Определенное влияние на техническое состояние изоляции электрических машин оказывает тепловое и электрическое старение. Важными характеристиками изоляционных конструкций электрических машин и аппаратов являются теплостойкость и нагревостойкость. Теплостойкость характеризует способность изоляционных материалов сохранять свои свойства при кратковременных нагревах, а нагревостойкость — сохранять свойства без существенного ухудшения в течение длительного периода, если температура не превышает допустимых значений, установленных для данного класса изоляции. Нагревостойкость в основном определяется скоростью старения изоляции.

Важнейшим показателем, используемым при эксплуатации, диагностировании и прогнозировании работоспособности изоляции является срок ее службы. Особое внимание со стороны исследователей было уделено установлению зависимости срока службы изоляции от температуры, при которой она работает. В результате было сформулировано «правило восьми градусов». В соответствии с этим правилом, повышение температуры на каждые восемь градусов приводит к сокращению срока службы изоляции вдвое. Аналитически «правило восьми градусов» записывается следующим выражением:

В логарифмической форме уравнение принимает вид

Из уравнения видно, что логарифм срока службы изоляции имеет линейную зависимость от температуры.

Несмотря на то, что выражение установлено на основании большого объема экспериментального материала, его использование при прогнозировании ресурса работы электрооборудования во многих случаях не приводит к получению достаточно достоверных результатов.

Другим путем определения срока службы изоляции с учетом воздействия температуры является использование общих законов кинетики химических реакций, установленных Вант Гоффом и Аррениусом.

Вант Гофф и Аррениус установили следующую зависимость скорости химических реакций от температуры:

Происходящие в изоляции окислительные процессы относятся к мономолекулярным реакциям, для которых постоянную скорости реакции k можно определить из уравнения

Коэффициенты А и В связаны с постоянными, характеризующими химический состав и структуру участвующего в реакции вещества, следующими соотношениями:

где R — универсальная газовая постоянная (8,317 Дж/ (град-моль); Е_а — энергия активации (избыточное количество энергии, которым должна обладать молекула для преодоления энергетического барьера, чтобы быть способной к данному химическому взаимодействию); Z — число столкновений между реагирующими молекулами в единицу времени; Р — фактор вероятности надлежащей ориентации молекул при столкновении.

Величину Р определяют из выражения

где ΔS — энтропия активации (величина, характеризующая долю общего числа столкновений, при которых молекулы ориентированы надлежащим образом).

На основании приведенных выше зависимостей уравнение Вант Гоффа — Аррениуса записывается следующим образом:

В этом выражении постоянная скорости реакции представляет собой величину, определяющую относительное число эффективных столкновений частиц, завершающихся химическим взаимодействием. При использовании уравнения Вант Гоффа — Аррениуса с целью установления времени, в течение которого изоляция достигает своего предельного состояния (срока службы), после соответствующих преобразований и совместного решения уравнений получим выражение для срока службы изоляции

В таблице приведены усредненные значения постоянных Е_а, G и В для изоляционных материалов различных классов нагревостойкости изоляции.

Значения постоянных при определении срока службы изоляции

Класс изоляции	Еа, Дж/моль	G	В⋅10 —4 , ºС
A	7,90	15,3	0,95
E	8,19	15,1	0,985
B	8,48	15,5	1,02
F	10,55	19,7	1,27
H	12,89	24,2	1,55
C	12,89	21,8	1,55

Если известен срок службы изоляции Т₁ при температуре θ₁, то срок службы Т₂ при температуре θ₂ можно определить по формуле

Электрическому старению под действием электрических полей подвержена изоляция высоковольтных машин, причем практическое влияние полей обнаруживается в изоляции обмоток электрических машин напряжением 6 кВ и выше. Особую угрозу для проработавших определенное время электрических машин, изоляция которых имеет определенную степень старения, имеют коммутационные перенапряжения, так как электрическая прочность их изоляции понижена. Коммутационные перенапряжения могут превышать амплитудное значение питающего напряжения в 7 раз.

Большое влияние на ускорение процесса старения изоляции оказывает влага. В основном проникновение влаги в изоляцию обмоток электрических машин происходит в нерабочие периоды, особенно при остывании машин, когда давление в порах и капиллярах изоляции несколько ниже атмосферного. Проникновение влаги вызывает гидролитическое разрушение изоляционных материалов, особенно имеющих волокнистую структуру. Периодическое проникновение влаги в изоляцию и ее удаление подсушкой во время работы электрических машин способствует развитию пор в изоляции. При этом пропитка обмоток компаундирующими лаками только замедляет процесс увлажнения и подсушки изоляции, а не исключает его. Увлажнение является одной из главных причин пробоя изоляции обмоток электрических машин, особенно намотанных проводами с хлопчатобумажной оплеткой, имеющей высокую гигроскопичность. Проникающая в поры и трещины влага значительно снижает электрическую прочность изоляции. Опасным является .также увлажнение загрязненных обмоток. При увлажнении резко снижается напряжение пробоя в местах дефектов и тем самым создаются условия для возникновения дуговых разрядов при сравнительно низких значениях перенапряжений. Экспериментальные исследования показали, что при увлажнении обмоток с дефектами в изоляции сопротивление изоляции снижается в несколько десятков раз и при этом резко увеличиваются токи утечки через изоляцию. В этих случаях через дефекты в изоляции под действием напряжения проходит ток, разрушающий изоляцию, вследствие чего возникает короткое замыкание между витками обмоток или замыкание обмоток на землю. Электрические машины, имеющие такие дефекты изоляции, требуют замены обмоток, т. е. капитального ремонта.

Процесс развития дефектов в межвитковой изоляции всыпных обмоток электрических машин можно представить следующим образом. Если изоляция не имеет технологических дефектов, то под действием температуры, вибрации, увлажнения, внешней среды и других факторов в течение времени происходит постепенное старение изоляции, выражающееся в ее усыхании, испарении летучих компонентов, потере эластичности, возникновении пор и трещинок. В наиболее «слабых» местах изоляции возникают местные дефекты, имеющие низкое значение напряжения пробоя. В моменты перенапряжений (атмосферных или коммутационных) в месте дефекта возникают искровые разряды, которые повторяются при каждом последующем перенапряжении, значение которого превышает напряжение пробоя места дефекта. Вследствие действия разрядов пробивное напряжение постепенно уменьшается до тех пор, когда в месте дефекта начинает возникать дуговой разряд от рабочего напряжения между витками. В этом случае происходит полное межвитковое замыкание и обмотка электродвигателя выходит из строя.

В связи с тем, что пробивное напряжение в месте дефекта после 1-го пробоя достаточно большое, а перенапряжения в витках обмоток достигают значения пробивного напряжения не часто, с момента возникновения дефекта в изоляции до полного виткового замыкания проходит определенное время.

Значительный интерес представляют процессы повреждения изоляции обмоток погружных электродвигателей, еще недостаточно освещенные в технической литературе. У погружных электродвигателей, применяемых для привода электронасосов водоподъемных скважин, обмотки статоров наматывают проводом ПЭВВП, имеющим двухслойную изоляцию. Внешний слой изоляции, толщиной от 0,4 до 0,8 мм в зависимости от размера провода, изготовляют из поливинилхлоридного пластиката ПХ В-489, а внутренний — толщиной 0,05 мм — из эмальлака «винифлекс». Применяя двухслойную изоляцию разработчики старались повысить работоспособность провода, так как обмотки погружных электродвигателей работают в воде.

Результаты анализа повреждений изоляции поступающих в капитальный ремонт погружных электродвигателей показывают, что 72,6% повреждений изоляции относится к пробоям в пазах и в лобовых частях. Следует отметить, что износ радиальных подшипников погружных электродвигателей приводит к задеванию активной стали ротора за статор и, как следствие, к повреждению изоляции в месте задевания. Поэтому можно предполагать, что 24,16% случаев отказов изоляции обмоток вызвано чрезмерным износом подшипников электродвигателей.

В связи с тем, что электрическая прочность является одним из основных показателей работоспособности изоляции обмоток, для выяснения причин и механизма развития дефектов в изоляции была определена электрическая прочность изоляции обмоток 48 погружных электродвигателей, поступивших в капитальный ремонт. Кроме того, были проведены исследования работоспособности изоляции 80 макетов обмоток, намотанных проводом ПЭВВП. Испытания показали, что у всех 48 электродвигателей повреждение изоляции в процессе эксплуатации имело место только у одной из фаз, две другие фазы имели достаточно работоспособную изоляцию, пробивное напряжение которой превышало 2 кВ. Результаты определения электрической прочности изоляции обмоток этих электродвигателей иллюстрирует гистограмма, показанная на рис. 3.

Рис. 3. Гистограмма распределения пробивного напряжения изоляции погружных электродвигателей

Исследование работоспособности 80 макетов обмоток в течение 21 тыс. ч работы в условиях, имитирующих условия работы обмоток погружных электродвигателей, позволило установить основную причину пробоя изоляции обмоток — развитие местных дефектов, имеющихся в изоляции. Этот вывод подтверждается тем, что пробивное напряжение изоляции поврежденных макетов (при исключении места повреждения) превышало 5 кВ, а изоляция проводов большинства неповрежденных макетов обмоток после наработки 12 тыс. ч выдерживала без пробоя испытательное напряжение 10 кВ.

Было установлено, что пробой изоляции обмоток статоров, как правило, вызван не общим старением, а развитием местных дефектов в изоляции, которые возникают при изготовлении провода (посторонние включения) и механическими повреждениями при намотке обмоток. Вследствие развития местных дефектов в поливинилхлоридном слое изоляции возникают каналы и трещины, через которые поступает вода ко 2-му слою изоляции из эмальлака. В связи с тем, что эмальлак не приспособлен к работе в воде, через определенное время совместное действие воды, напряжения и температуры разрушает и этот изоляционный слой.

Проведенные исследования позволили выяснить процесс выхода из строя обмоток погружных электродвигателей при пробое изоляции. Вначале через место пробоя или механического повреждения изоляции начинает протекать ток, который постепенно нагревает изоляцию в месте пробоя. Нагретая изоляция разрушается, проходящий через место повреждения ток увеличивается, нагревает изоляцию расположенных рядом с дефектом витков обмотки и в их изоляции также возникают трещины. После определенного периода работы возникает витковое замыкание, ток в поврежденных витках быстро увеличивается, нагревает изоляцию по всей длине короткозамкнутых витков и она выходит из строя, спекаясь и растрескиваясь.

Важным элементом изоляционной конструкции погружных электродвигателей является изоляция мест соединения обмоток статора в звезду и мест соединения выводных проводов с токоподводящими кабелями. Она состоит из нескольких слоев липкой изоляционной ленты типа ПХЛ-20-0,2 и работает в воде. В связи с этим были проведены исследования работоспособности изоляционной ленты ПХЛ-20-0,2 при разных режимах работы погружных электродвигателей. Работоспособность изучалась на 108 местах соединений, изолированных лентой ПХЛ-20-0,2 в соответствии с техническими условиями на проведение изоляционных работ при изготовлении погружных электродвигателей. При исследовании в течение 13,8 тыс. ч работы изоляции мест соединений через каждые 2 тыс. ч измеряли токи утечки изоляции при изменении напряжения постоянного тока в диапазоне от 400 до 1800 В. Полученные результаты показали, что токи утечки через изоляцию мест соединений очень малы и при наработке 13,8 тыс. ч и напряжении 600 В не превышают 0,24 мкА для изоляции из трех слоев ленты ПХЛ-20-0,2 и 0,2 мкА — для изоляции из шести слоев. Абсолютные значения токов утечки изоляции мест соединений составляют не более 1% токов утечки изоляции обмотки статора и при определении технического состояния изоляции погружных электродвигателей могут не учитываться.

В результате был сделан вывод, что изоляция мест соединений обмотки статора, выполненная качественной изоляционной лентой ПХЛ-20-0,2 при соблюдении технологии проведения изоляционных работ, является достаточно надежным элементом изоляционной конструкции погружных электродвигателей и может работать продолжительное время без ухудшения диэлектрических свойств. Следует отметить, что у погружных электродвигателей дефекты изоляции мест соединений, еще встречающиеся в условиях эксплуатации, в преобладающем большинстве случаев возникают вследствие некачественной намотки изоляционной ленты и перегревания изоляции во время прохождения через место соединения больших токов при перегрузке электродвигателей и при коротком замыкании. Так, при повышении температуры изоляции от 15 до 50° С токи утечки увеличиваются в 10—15 раз.

Анализ повреждений электрических машин показывает, что изоляция обмоток является одним из наиболее важных элементов конструкции, ограничивающих работоспособность машин. Техническое состояние изоляции необходимо контролировать в процессе эксплуатации.

Измерение сопротивления изоляции электродвигателя

Современное электротехническое оборудование, как правило, содержит медные токопроводы, надежно защищенные изоляционной оболочкой. Используемые в промышленности и в быту электродвигатели не является исключением. Но для эффективной работы этих агрегатов важно следить за тем, чтобы изоляция проводников поддерживалась в идеальном состоянии и сохраняла свои защитные свойства.

Для чего нужна проверка сопротивления изоляции

Если регулярно не проверять сопротивление изоляции электродвигателей – через какое-то время она может высохнуть или сильно износиться и перестать выполнять свои защитные функции. А такое положение чревато серьезными последствиями, из которых короткое замыкание – самое неприятное. Следствием его нередко становится возгорание изоляции и других горючих материалов, постепенно перерастающее в полномасштабный пожар.

Именно поэтому организация и проведение измерений сопротивления изоляции электродвигателя – первостепенная задача служб, ответственных за поддержание электротехнического оборудования в рабочем состоянии. Ее своевременное проведение в соответствие с утвержденным рабочим графиком позволит избежать серьезных последствий (предотвратит выход из строя дорогостоящего оборудования).

Нормы сопротивления изоляции

Как и для других элементов электротехнического оборудования – для электродвигателей и схожих с ними по устройству машин постоянного тока предусмотрены предельные величины по проводимости защитной изоляции. Если реальный показатель оказывается при измерении ниже допустимого предела – агрегат снимается с эксплуатации.

Нормы для асинхронных двигателей

Согласно ПУЭ при измерении сопротивления изоляции обмоток электродвигателя следует учитывать специфику конструкции и заявленную мощность агрегата. Только после того, как учтены все эти факторы – можно начать измерять контролируемый параметр

С учетом этих факторов проверяемый показатель должен соответствовать следующим значениям:

• Для статорных обмоток – не менее 0,5 мОм;
• Для ротора двигателя – не менее 0,2 мОм;
• Показатель для термических датчиков не нормируется.

Дополнительная информация: Приблизительная оценка, нередко используемая в практике измерений, исходит из значения этого показателя не ниже 1мОм.

Его снижение до 0,5 мОм, например, свидетельствует о незначительных отклонениях от нормы, которые, тем не менее, со временем приводят к серьезным последствиям. При обнаружении существенного снижения этого показателя, вызывающий сомнение агрегат лучше всего отправить на обследование в специализированную мастерскую.

Нормы для машин постоянного тока

Методики проверки для машин постоянного тока несколько отличаются от уже рассмотренных процедур для асинхронных двигателей. Здесь сначала потребуется снять щетки из щеткодержателей (как вариант – подложить под их корпус кусочек изоляционного материала).

Проверка минимального сопротивления изоляции организуется между следующими узлами и элементами схемы:

• между всеми возбуждающими обмотками и коллектором;
• между щеткодержателем и основанием (корпусом) агрегата;
• между коллектором якоря и основанием;
• а также между возбуждающими обмотками и корпусом агрегата.

Важно! В ходе проверки катушки возбуждения электрически отключаются от других узлов и проверяются каждая по отдельности.

Допустимое сопротивление изоляции определяется рядом факторов, основные из которых – это рабочего напряжение агрегата и температура воздуха. При среднем показателе в 20°С оно соответствует следующим значениям:

1. при 220 Вольтах питания – 1,85мОм;
2. при 380 или 440 Вольтах – 3,7мОм;
3. в случае напряжения в 660 Вольт – 5,45 мОм (этот же показатель предусмотрен для высоковольтных машин на 6 кВ или 10 кВ).

Помимо рассмотренных узлов контролируется сопротивление бандажей. Оно меряется между им самим и корпусом, и, кроме того, между им и фиксируемой обмоткой двигателя. Это показатель не может быть менее 0,5 мОм.

Методы обследования

При проведении испытаний асинхронных двигателей статорные обмотки, включенные по схемам «звезда» или «треугольник» потребуется демонтировать и проверить все входящие в их состав катушки. Вслед за этим производятся замеры нужного параметра по отношению к корпусу и между собой. Для этого применяются различные методы, основные из которых перечислены ниже:

• Использование специального измерительного прибора – мегаомметра.
• Посредством вольтметра и аналогового амперметра.
• С применением измерительного моста или современного цифрового омметра.
• Испытание напряжением высокой величины.
• Использование обычного мультиметра.

Каждый из этих способов нуждается в подробном рассмотрении.

Мегаомметр

Проверка мегомметром проводится с соблюдением следующих условий:

• при питающем напряжении до 500 Вольт используется прибор с соответствующим номиналом;
• при больших напряжениях выбирается мегаомметр с рабочими значениями до 1000 Вольт.

Обратите внимание: Если электротехническое оборудование рассчитано на 600 Вольт – предписывается применять прибор на 2500 Вольт.

Проверки по отношению к корпусу двигателя и между обмотками осуществляются по очереди для каждой из цепей с разными выводами. При этом все остальные концы соединяются с корпусом агрегата. Те же процедуры для обмоток трехфазного двигателя, включенных звездой или треугольником, проводится для всех трех составляющих.

Имеющиеся в схеме элементы, постоянно подсоединенные к корпусу агрегата (защитные конденсаторы или изолированные обмотки, например) на время испытаний отсоединяются. Для измерений, проводимых с электродвигателями, обмотки которых имеют водяное охлаждение, потребуется прибор с защитным экраном. Его зажимы перед снятием показаний присоединяются к стационарному или переносному заземляющему устройству. По завершении измерений с каждой из проверяемых цепей снимается остаточный заряд путем прикосновения ее к заземленному корпусу машины.

Измерительный мост и цифровой омметр

Измерения по этой методике поводятся согласно прилагаемой к приборам инструкции. Схема измерительного моста содержит два постоянных резистора и один переменный. Они соединены таким образом, что образуют два своеобразных «плеча» в виде 2-х цепочек На незанятое место во второй половинке включается сопротивление, которое нужно измерить.

В диагональ моста включен стрелочный измерительный прибор. Изменяя величину переменного сопротивления оператор добивается баланса двух цепочек, когда через плечи течет одинаковый ток. Искомое сопротивление определяется из соотношения, в которое подставляются значения трех

сопротивлений (2-х постоянных и одного переменного, полученного в результате измерений).

Цифровой омметр – это современный электронный прибор, позволяющий измерять сопротивление в широких пределах (фото справа).

Использование амперметра плюс вольтметр

Достаточно точно найти искомые значения для обмоток можно методом измерения напряжения и тока. С этой целью придется проделать следующие операции:

1. Подключить между центральной жилой обмотки двигателя и его корпусом вольтметр, а последовательно в эту цепочку установить амперметр.
2. Подать на полученную схему небольшое напряжение, а затем измерить ток и напряжение в ней.
3. По классической формуле R=U/I определить сопротивление.
4. Проделать те же операции, постепенно повышая напряжение до предельного значения.
5. На основе полученных данных рассчитать среднеарифметический показатель.

Затем нужно проделать те же операции для других обмоток и элементов электродвигателя.

Использование повышенного переменного напряжения

Для проведения таких испытаний потребуется повышенное напряжение, получаемое с линейного преобразователя (трансформатора). Последний оснащен устройством регулировки, позволяющим получать нужный уровень испытательного потенциала. Кроме того, в схему установки входит выключатель с видимым разрывом и устройство токовой защиты. С его помощью трансформатор автоматически отключается при пробое в цепях вторичной обметки или при разрушении изоляционной защиты.

Время приложения напряжения при проведении испытаний выбирается равным 1-ой минуте для основной изоляции и 5 минутам – для межвитковой. Кратковременное приложение высоковольтного потенциала на сказывается на состоянии изоляции (не ухудшает ее защитных свойств).

Важно! Повышать напряжение до 1/3 испытательной величины можно произвольно, не учитывая динамику процесса.

По достижении этого уровня его следует наращивать плавно, со скоростью, позволяющей снимать показания со стрелочных шкал визуально. При тех ж операциях с электрическими машинами время наращивания напряжения от 1/2 до максимального значения не может быть менее 10 секунд.

Мультиметр

С помощью мультиметра точно измерить изоляцию обмоток двигателя не получится. При его наличии удается только приблизительно оценить ее качество. Другими словами – в данном случае можно убедиться только в том, что нет короткого замыкания, например. О снятии точных значений искомого показателя в этой ситуации не может быть и речи.

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.

Дополнительная информация: Существенное влияние на состояние защитной оболочки оказывает и перегрев двигателя, работающего во внештатном режиме.

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.

Потери асинхронного электродвигателя.

В асинхронном двигателе, являющемся трёхфазным, возникает два типа потерь. Вот эти потери:

1. Постоянные или фиксированные потери.

2. Переменные потери.

Постоянные или фиксированные потери

Постоянными потерями называют такие потери, которые остаются постоянными в нормальном режиме работы асинхронного двигателя. Такие потери могут быть легко получены путём проведения теста без нагрузки трёхфазного двигателя. Эти потери подразделяются на следующие виды:

1. Потери железа или потери сердечника.

2. Механические потери.

3. Потери трения щёток.

Потери железа или потери сердечника

Данные потери также можно подразделить на гистерезисные потери и потери вихревого тока. Потери вихревого электрического тока минимизируются за счёт использования наслоения на сердечнике. Раз применяется наслоение на сердечнике, область уменьшается, и поэтому увеличивается сопротивление, вследствие чего уменьшаются вихревые токи.

Гистерезисные потери минимизируются при помощи кремнистой стали высокого качества. Потери сердечника зависят от частоты поступаемого напряжения. Частота статора всегда является подающейся частотой, f, а частота ротора является проскальзыванием, умноженным на подающуюся частоту, (sf), которая всегда меньше частоты статора.

Частота статора составляет 50 герц. Частота ротора составляет около 1,5 герц. Так происходит потому, что в нормальном рабочем состоянии проскальзывание составляет 3%. Отсюда потери сердечника ротора очень малы по сравнению с потерями сердечника статора, и ими обычно пренебрегают при рабочих состояниях.

Механические потери и потери трения щёток

Механические потери имеют место быть в подшипнике, потери трения щёток возникают в асинхронном двигателе с обмотанным ротором. Эти потери составляют ноль на старте. По мере того, как возрастает скорость, данные потери увеличиваются. В трёхфазных двигателях скорость обычно остаётся постоянной. Отсюда следует, что и данные потери почти остаются постоянными.

Переменные потери

Эти потери также называются потерями меди. Данные потери происходят из-за электрического тока, идущего по обмоткам статора и ротора. Когда нагрузка меняется, данный электрический ток также изменяется, а потому и потери эти тоже претерпевают изменения. Поэтому их и назвали переменными потерями. Их можно получить при помощи проведения теста с заблокированным ротором трёхфазного двигателя.

Основная функция асинхронного двигателя состоит в том, чтобы преобразовывать электрическую энергию в механическую энергию. В течение данного преобразования одной энергии в другую, энергия проходит через различные этапы. Данная энергия, проходящая через разные ступени, отображается на диаграмме течения энергии.

Как известно, на входе трёхфазного асинхронного двигателя трёхфазная подача. Так что эта трёхфазная подача идёт на статор трёхфазного электродвигателя.
Допустим, Pin = электрическая энергия, которая идёт на статор трёхфазного двигателя,
VL = линейное напряжение, поступающее статору трёхфазного двигателя,
IL = линейный ток,
Cos = коэффициент мощности трёхфазного двигателя.
Вход электрической энергии на статор, Pin = 3VLILcos.

Часть этой энергии на входе используется для поддержки потери статора, которыми являются потери железа статора и потери меди статора. Сохраняющаяся энергия (электроэнергия на входе – потери статора) идёт на ротор как вход на ротор.
Так что вход на ротор, P2 = Pin – потери статора (потери меди статора и потери железа статора). Теперь ротор должен преобразовать этот вход на ротор в механическую энергию, но этот завершённый вход не может быть преобразован в механический выход, поскольку он должен поддерживать потери ротора.

Бывает два типа потерь ротора, а именно потери меди и потери железа. Потери железа зависят от частоты ротора, которая очень мала, когда ротор вращается. Поэтому этим обычно пренебрегают. Так что можно сказать, что ротор имеет лишь потери меди. По этой причине вход на ротор должен поддерживать эти потери меди. После этой поддержки, оставшаяся часть входа ротора, P2 преобразовывается в механическую энергию, Pm.

Допустим, Pc будет потерями меди ротора,
I2 будет током ротора в рабочем состоянии,
R2 – сопротивлением ротора,
Pm – общая производимая механическая энергия.
Pc = 3I22R2
Pm = P2 – Pc

Теперь эта создаваемая механическая энергия идёт на нагрузку за счёт вала, но появляются некоторые механические потери, такие как потери трения и потери сопротивления воздуха. Так что общая воспроизводимая механическая энергия должна быть подана на поддержание этих потерь.

Поэтому выход образуемой энергии идёт на вал, который в конечном итоге подаёт её нагрузке, Pout.
Pout = Pm – механические потери (потери трения, а также потери, связанные с сопротивлением воздуха).
Pout зовется энергией вала. Также его называют полезной энергией.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.