Вращение ротора затруднено
Затрудненное вращение, препятствующее нормальному ускорению ротора, может быть вызвано большой нагрузкой электродвигателя или неисправностью его конструктивных частей. Большая нагрузка электродвигателя иногда является следствием неполадок в приводимой во вращение машине или механической передаче или же результатом ошибочных действий обслуживающего персонала. К первым из них относятся неисправности технологической машины: заклинивание ее, чрезмерное затягивание сальников (насоса), нарушение центровки валов электродвигателя и приводимой им во вращение машины, большое натяжение приводного ремня и прочее. Ко второй группе причин повышенной нагрузки относятся: большая нагрузка (камнедробилки, мельницы или мешалки), закрытие клапанов (компрессора) и так далее.
В перечисленных примерах вращающий момент электродвигателя может оказаться недостаточным для поворота вала машины, соединенной с электродвигателем, и для его необходимого ускорения. Токи в линейных проводах в этом случае одинаковы и соответствуют пусковому значению. Уровень шума обычный для пускового режима. При продолжительном включенном состоянии электродвигателя наблюдается повышенное общее нагревание обмоток статора и ротора. Низкое напряжение сети может еще больше затруднить пуск электродвигателя при увеличенной нагрузке. Для проверки предположения о большой нагрузке следует разъединить валы электродвигателя и приводимой им во вращение машины (если это возможно), нормальная работа электродвигателя без нагрузки может косвенно подтвердить правильность сделанного предположения.
Неисправности электродвигателя, вызывающие затрудненное вращение ротора, обычно связаны со значительным местным уменьшением зазора между статором и ротором. К наиболее часто встречающимся неисправностям, которые могут привести к задеванию ротором статора, относятся: повреждение или большой износ подшипников, перекос подшипниковых щитов, смещение подшипниковых стоек, деформация вала. Пуск электродвигателя, имеющего неисправности перечисленных конструктивных частей, затруднен также без нагрузки; при этом величина тока в линейных проводах, присоединенных к зажимам статора, одинакова. Нагревание обмоток при продолжительном включенном состоянии электродвигателя значительное, вибрации и шум повышенные.
Пусковой момент электродвигателя отсутствует
Отсутствие у асинхронного двигателя начального пускового момента вызывается обычно электрическими причинами, к ним относятся: а) обрыв в сети или нарушение контактов в пусковой аппаратуре; б) обрыв в одной фазной обмотке статора при соединении его обмоток звездой или в двух фазных обмотках при соединении их треугольником; в) обрыв в двух или трех фазных цепях ротора.
Вращающий момент в асинхронном двигателе образуется в результате взаимодействия вращающегося магнитного потока и токов многофазной обмотки ротора. Наличие обрывов в цепи статора или ротора нарушает одно из необходимых условий образования вращающего момента и делает невозможным пуск электродвигателя. При сгорании одного предохранителя или обрыве провода сети напряжение на зажимах электродвигателя становится однофазным. В этом случае ток в фазных обмотках статора (двух при соединении звездой и трех при соединении треугольником) достигает амплитудного значения одновременно, а через четверть периода становится равным нулю. Таким образом, однофазный ток в обмотках статора создает пульсирующий магнитный поток, при котором начальное значение пускового момента равно нулю, то есть при неподвижном роторе вращающий момент отсутствует.
Если при работе электродвигателя сгорит предохранитель или оборвется провод сети, то ротор будет продолжать вращаться, при номинальной нагрузке электродвигателя скорость вращения ротора немного уменьшится, а ток в проводах значительно увеличится. Правильно установленная тепловая защита электродвигателя в этом случае должна отключить его от сети. Отсутствие необходимой защиты может привести к значительному повышению температуры обмотки, разрушению изоляции и витковым замыканиям.
Признаком сгорания предохранителя или обрыва провода является нарушение симметрии напряжения на зажимах электродвигателя. Для выявления поврежденного провода целесообразно произвести измерение напряжения между проводами сети без соединения этих проводов с зажимами электродвигателя. Если имеется повреждение в проводе 2 – 2 (рисунок 1, а), то вольтметр, включаемый поочередно между точками 1 и 2, 2 и 3, показывает нуль, а между точками 1 и 3 – линейное напряжение.
Рисунок 1. Нахождение обрыва в линейном проводе измерением напряжения:
а – между линейными проводами; б – на зажимах электродвигателя
Поврежденный провод может быть определен также измерением напряжения на зажимах включенного электродвигателя. В этом случае напряжение между зажимом С2, присоединенным к поврежденному проводу 2 (рисунок 1, б), и зажимами С1 или С3 равно половине линейного, а между зажимами С1 и С3 равно линейному. Указанное соотношение напряжений между зажимами справедливо для соединения обмотки статора звездой и для соединения ее треугольником.
Измерение напряжения на зажимах электродвигателя следует производить при наибольшем сопротивлении реостата в цепи ротора с фазной обмоткой, а при короткозамкнутой обмотке необходимо ограничить время включения электродвигателя для уменьшения нагревания обмоток.
Если поврежденный провод определен, то необходимо проверить состояние предохранителей и исправность контактов пусковой аппаратуры. Следует иметь ввиду, что указанная разница между напряжениями на зажимах электродвигателя может быть и при исправной цепи от зажимов статора до вторичной обмотки трансформатора, тогда необходимо искать повреждение на первичной стороне трансформатора.
 |
| Рисунок 2. Нахождение обрыва в линейном проводе мегомметром |
Если линейное напряжение сети не превышает 220 В, то контроль напряжения можно выполнить лампой накаливания мощностью 40 – 60 Вт.
Поврежденный провод может быть выявлен также мегомметром или омметром. С этой целью при отключенном пускателе соединяют провода у зажимов электродвигателя С1, С2 и С3 в общую точку (рисунок 2) и проверяют сопротивление линии между контактами 1 – 2, 1 – 3 и 2 – 3 пускателя. В случае обрыва провода 2 – С2 сопротивление между контактами 1 – 2 и 2 – 3 будет большим, равным сопротивлению изоляции проводов, а сопротивление между контактами 1 – 3 будет близким к нулю (сопротивление двух последовательно соединенных проводов 1 – С1 и С3 – 3).
Обрыв в одной из фазных обмоток статора при соединении их звездой переводит электродвигатель в однофазный режим со всеми рассмотренными ранее особенностями. Определение поврежденной фазной обмотки вольтметром без нарушения схемы присоединения электродвигателя к сети может быть выполнено только при доступной нулевой (общей) точке фазных обмоток. В этом случае производят измерение фазного напряжения между зажимами С1 – 0, С2 – 0 и С3 – 0. При обрыве в фазной обмотке С2 – 0 (рисунок 3, а) напряжение между зажимами С1 – 0 и С3 – 0 будет равно половине линейного напряжения, а между зажимами С2 – 0 значительно больше, примерно 0,87 линейного напряжения. При доступной и недоступной нулевой точке поврежденную фазную обмотку можно выявить измерением сопротивления между зажимами статора электродвигателя с помощью омметра или мегомметра. Если имеется обрыв в обмотке С2 – 0 (рисунок 3, б), сопротивление между зажимами С1 – С2 и С2 – С3 будет большим, равным сопротивлению изоляции обмоток, а сопротивление между зажимами С1 – С3 будет малым, равным удвоенному сопротивлению фазной обмотки. При этом способе определения поврежденной фазной обмотки можно не нарушать схему соединения электродвигателя с сетью, но измерение сопротивления необходимо производить при разомкнутом пускателе. Определение поврежденной фазной обмотки можно также выполнить вольтметром или лампой накаливания, если изменить схему соединения электродвигателя с сетью так, чтобы поочередно подводить однофазное напряжение через вольтметр или лампу к двум зажимам электродвигателя. При наличии обрыва в фазной обмотке С2 – 0 (рисунок 3, в) стрелка вольтметра не будет отклоняться, а лампа не будет светиться, если напряжение подведено к зажимам С1 – С2 или С2 – С3, и стрелка вольтметра будет отклоняться, а лампа светиться, если напряжение подведено к зажимам С1 – С3 неповрежденных фазных обмоток.
Рисунок 3. Нахождение обрыва в фазной обмотке, соединенной звездой при нулевой точке:
а – доступной, б и в - недоступной
При соединении фазных обмоток треугольником вращающийся магнитный поток создается и при обрыве в одной фазной обмотке, что обеспечивает наличие начального значения пускового момента электродвигателя. Однако работа при так называемом открытом треугольнике имеет некоторые особенности и будет рассмотрена ниже в параграфе 5.
Если фазная обмотка статора, имеющая обрыв, установлена, то для дальнейшего исследования необходима, как правило, разборка электродвигателя, чтобы получить доступ к соединениям катушек обмотки. Определение места повреждения можно выполнить, пользуясь вольтметром, лампой накаливания или омметром. К поврежденной фазной обмотке (рисунок 4, а) подводят однофазное напряжение (можно через исправную фазную обмотку при недоступной нулевой точке – рисунок 4, б) и измеряют напряжение на соединениях катушек. Величина подведенного напряжения (при вынутом роторе) должна быть около 0,15 номинального. В случае обрыва в одной катушке вольтметр покажет на концах этой катушки полное напряжение сети (рисунок 4, а, б), а на концах исправных катушек – нуль. При наличии обрывов в нескольких катушках напряжение, измеренное поочередно на концах каждой катушки, будет равно нулю, а напряжение на всех катушках равно напряжению сети.
Рисунок 4. Определение поврежденной катушечной группы:
а – при включении в сеть одной фазной обмотки; б – при включении в сеть двух фазных обмоток; в – при общей точке сети и вольтметра
Для ускорения работы можно выявить сначала катушечную группу с поврежденной катушкой путем измерения напряжения на соединениях катушечных групп, а затем проверить напряжение на соединениях отдельных катушек этой катушечной группы.
Таким же образом для определения поврежденной катушечной группы может быть использована лампа накаливания, при соединении проводов лампы с концами поврежденной катушечной группы лампа будет светиться.
Можно значительно облегчить проверку, если один провод вольтметра или лампы вместе с проводом от сети подвести к зажиму поврежденной фазной обмотки, а вторым проводом от вольтметра поочередно касаться мест соединения катушечных групп, начиная с противоположного конца обмотки (рисунок 4, в). При переносе места присоединения вольтметра через поврежденную катушечную группу стрелка вольтметра перестанет отклоняться (а лампа не будет светиться). Второй вариант проверки удобнее, так как позволяет ограничиться переключением только одного провода вольтметра; кроме того, в случае наличия обрывов в нескольких катушечных группах этот способ дает возможность обнаружить первую поврежденную катушечную группу. Для выявления повреждения остальных катушечных групп необходимо соединить проводом концы обнаруженной поврежденной катушечной группы и продолжить проверку; стрелка вольтметра перестанет отклоняться (а лампа перестанет светиться) при переносе провода от вольтметра через второе место обрыва.
Для включения вольтметра (или лампы) целесообразно пользоваться острыми щупами (иглами), которыми прокалывают изоляцию в нужных местах до соединения иглы с проводом обмотки. После проверки необходимо восстановить изоляцию в местах проколов.
Устанавливать место повреждения обмотки целесообразно в электродвигателях начиная с мощности 50 кВт, когда технически возможен и экономически оправдан ремонт обмотки. В электродвигателе меньшей мощности с проволочной обмоткой статора лобовые части обмотки имеют вид кольцевого жгута, в котором трудно и не всегда возможно обнаружить соединения между катушками. Поврежденная обмотка обычно не подвергается ремонту, а заменяется новой. Только в отдельных случаях, когда состояние изоляции обмотки удовлетворительное и электродвигатель необходим для выполнения срочной работы, могут потребоваться определение места повреждения и ремонт обмотки электродвигателя меньшей мощности.
Для определения места обрыва в фазной обмотке может быть использован также мегомметр или омметр, при помощи которых измеряют сопротивление катушечных групп, а при возможности и отдельных катушек. Присоединение мегомметра (или омметра) производят щупами так же, как и вольтметра, в общих точках катушечных групп или катушек. Сопротивление целых катушечных групп очень мало, в то время как сопротивление катушечной группы, содержащей катушку с обрывом, будет большим, равным сопротивлению изоляции части обмотки. Применение мегомметра или омметра во многих случаях удобнее применения вольтметра (или лампы), так как не требует отдельного источника энергии.
При обрыве в двух или трехфазных цепях ротора симметрия линейных и фазных напряжений на зажимах статора не нарушается. Для того чтобы установит место обрыва, следует измерить напряжение на зажимах ротора включенного в сеть электродвигателя. Если вольтметр показывает одинаковое напряжение между зажимами обмотки ротора, то обрыв находится во внешней цепи ротора и необходимо проверить целостность соединительных проводов и реостата. Если же напряжение между двумя парами зажимов ротора или между всеми зажимами равно нулю, то повреждение находится внутри электродвигателя. В этом случае необходимо обратить внимание на состояние скользящего контакта между щетками и кольцами, на токоотводы от щеткодержателей к зажимам ротора и на соединение обмотки с контактными кольцами.
Обрыв в цепи ротора можно установить также при помощи мегомметра и омметра. Целесообразно выполнять проверку обмотки ротора и внешней цепи раздельно, для этого необходимо отсоединить внешнюю цепь от зажимов ротора и поочередно измерить сопротивление между зажимами ротора, а затем проводов внешней цепи. Большое сопротивление указывает на наличие обрыва в проверяемой цепи.
Дальнейшую проверку обмотки ротора с целью выявления мест обрыва в ней производят так же, как проверку обмотки статора.
Вращающий момент отсутствует в некоторых положениях ротора
Эта неисправность характеризуется тем, что при включении электродвигателя в сеть ротор занимает устойчивое неподвижное положение. Возможны две причины этого явления: а) неблагоприятное соотношение между числами пазов статора и ротора для данного числа полюсов электродвигателя; б) задевание ротором статора вследствие одностороннего магнитного притяжения.
Первая причина вызывает, как правило, несколько устойчивых неподвижных положений ротора. Если установить ротор в другое положение и повторно включить электродвигатель в сеть, то в большинстве случаев происходит поворот ротора на небольшой угол до следующего устойчивого положения. Описанное явление наблюдается в электродвигателе с короткозамкнутой обмоткой ротора, если с целью получения другой скорости вращения произведена замена обмотки статора и не соблюдено благоприятное соотношение чисел пазов статора и ротора для необходимого числа полюсов. В новых электродвигателях этот недостаток не встречается, так как при их изготовлении подбирают необходимое число пазов статора и ротора или выполняют скос пазов таким образом, чтобы исключить местные силы притяжения между статором и ротором, вызывающие устойчивое неподвижное положение ротора. Устранение этой причины устойчивого неподвижного положения ротора является трудной и не всегда выполнимой задачей. В некоторых случаях удается восстановить удовлетворительные пусковые характеристики электродвигателя, если разрезать в нескольких местах короткозамыкающие кольца или же уменьшить сечение отдельных стержней беличьей клетки ротора. Для более подробных рекомендаций необходимо получить консультации специалиста по электрическим машинам.
Устойчивое неподвижное положение ротора вследствие одностороннего магнитного притяжения, как правило, вызывается нарушением равномерности зазора между статором и ротором.
Уменьшенный вращающий момент при низкой скорости вращения ротора
Эта неисправность чаще всего имеет место в асинхронных двигателях с короткозамкнутой обмоткой ротора. Устойчивая скорость вращения при пуске электродвигателя под нагрузкой получается в несколько раз меньше номинальной. В большинстве случаев она составляет 1/7 часть номинальной скорости вращения.
При пуске электродвигателя без нагрузки ротор обычно достигает номинальной скорости вращения и последующая нагрузка двигателя не осложняет его работы.
 |
| Рисунок 5. Механические характеристики для гармонических составляющих магнитного потока |
Указанные затруднения при пуске электродвигателя под нагрузкой обусловлены наличием тормозных моментов, вызванных высшими гармоническими составляющими магнитного потока в воздушном зазоре между статором и ротором. Кроме первой (основной) гармоники магнитного потока в зазоре имеются и его более высокие нечетные гармоники. В статоре трехфазной обмотки при симметричном трехфазном напряжении на зажимах электродвигателя третья и кратные трем гармоники (девятая, пятнадцатая и так далее) отсутствуют. Из высших гармоник наибольшее влияние на работу электродвигателя оказывает пятая и седьмая. Пятая и первая гармоники вращаются в противоположные стороны, поэтому создаваемые ими электромагнитные моменты имеют противоположные направления. На рисунке 5 электромагнитный момент первой гармоники показан линией 1 и пятой гармоники – линией 3. Седьмая гармоника вращается в ту же сторону, что и первая гармоника, но со скоростью в семь раз меньшей скорости вращения первой гармоники. Создаваемый ею электромагнитный момент показан линией 2.
Из приведенных механических характеристик для различных гармоник магнитного потока следует, что пятая гармоника магнитного потока оказывает тормозное действие во всем диапазоне скоростей вращения ротора, а седьмая гармоника увеличивает начальное значение пускового момента, но уменьшает вращающий момент электродвигателя в области скорости вращения ротора выше 1/7 номинальной. Эти тормозные моменты почти не влияют на величину максимального момента электродвигателя, так что нагрузка при вращающемся роторе не нарушает его нормальной работы.
Так же как и устойчивое неподвижное положение ротора, устойчивая низкая скорость вращения его обычно наблюдается после замены обмотки статора с целью получения другой скорости вращения. Иногда эта неисправность может быть устранена уменьшением шага обмотки. Шаг катушки обмотки в этом случае должен быть близким к 0,86 полюсного деления.
В электродвигателях с фазной обмоткой ротора в некоторых случаях наблюдается устойчивая скорость вращения ротора, равная половине номинальной. Эта неисправность вызывается появлением тормозного момента вследствие обрыва одной фазы ротора. Обрыв может быть в обмотке ротора, в проводе, соединяющем щетки с реостатом, и в реостате. Однако более вероятным является нарушение целости соединений отдельных элементов цепи ротора, поэтому прежде всего следует проверить все контакты, в том числе скользящие, в электродвигателе и в реостате. Место обрыва цепи можно установить одним из описанных ранее способов.
Уменьшенный вращающий момент
Уменьшение вращающего момента может иметь место у исправного электродвигателя и в случае повреждения одной из фазных обмоток статора при их соединении треугольником. Причины уменьшения вращающего момента у исправного электродвигателя обычно связаны с пониженным напряжением сети и иногда с большим сопротивлением цепи ротора (при фазной обмотке). В этом случае значение тока в линейных проводах одинаково, а уровень шума пониженный. При пониженном напряжении и номинальной нагрузке электродвигателя наблюдается повышенное нагревание его обмотки.
 |
| Рисунок 6. Механические характеристики электродвигателя |
Вращающий момент электродвигателя пропорционален магнитному потоку и току в обмотке ротора. Одновременно с уменьшением напряжения на зажимах электродвигателя уменьшается магнитный поток. Если скорость вращения ротора остается неизменной, то электродвижущая сила (э. д. с.) и ток в обмотке ротора также уменьшатся. В этих условиях вращающий момент электродвигателя зависит от напряжения во второй степени. Механические характеристики асинхронного двигателя для двух значений напряжения показаны на рисунке 6 (1 – для номинального; 2 – для уменьшенного в 1,73 раза).
Уменьшенное напряжение на обмотках электродвигателя может быть и при номинальном напряжении сети в случае ошибочного соединения фазных обмоток статора – звездой вместо треугольника. Например, если двигатель при соединении фазных обмоток треугольником предназначен для включения в сеть 220 В, то при соединении фазных обмоток звездой напряжение на зажимах электродвигателя должно быть 380 В и напряжение сети 220 В будет в 1,73 раза меньше необходимого. В рассмотренном примере максимальный и пусковой моменты электродвигателя уменьшаются в 3 раза и электродвигатель может работать только при значительно уменьшенной нагрузке, так как максимальный вращающий момент становится меньше номинального момента.
Обычно электродвигатель работает в таких условиях, когда нагрузка остается постоянной и мало изменяется, и тогда для создания номинального вращающего момента при пониженном напряжении на зажимах электродвигателя требуется большой ток ротора, увеличение которого происходит за счет уменьшения скорости вращения ротора. Это уменьшение скорости вызывается понижением напряжения сети и зависит от сопротивления цепи ротора. При малом сопротивлении (например, замкнутая накоротко фазная обмотка ротора) уменьшение скорости вращения незначительно, а при большом сопротивлении (например, беличья клетка ротора электродвигателя небольшой мощности) становится очень заметным.
Увеличенному току в обмотке ротора соответствует увеличенный ток в обмотке статора. С увеличением тока происходит интенсивное преобразование электрической энергии в тепловую и значительное повышение их температуры. Таким образом, повышенное нагревание обмоток и уменьшенная скорость вращения ротора при номинальной нагрузке являются косвенными признаками пониженного напряжения на зажимах электродвигателя.
Пониженное напряжение может быть следствием общей большой нагрузки электрической сети. Проверка напряжения производится непосредственным изменением его вольтметром на зажимах электродвигателя. Пределы допускаемого отклонения напряжения указаны в статье "Повышенное нагревание частей электродвигателя".
Если обмотка статора имеет шесть выводных концов, то по внешнему виду соединенных фазных обмоток можно определить, звездой или треугольником выполнено соединение. В коробке зажимов выводы обмотки статора располагаются в два ряда, в одном ряду концы обмоток, в другом – их начала (рисунок 7). Начала и концы отдельных фазных обмоток смещены относительно друг друга. Для соединения фазных обмоток звездой все зажимы нижнего ряда объединяют перемычками, а зажимы верхнего ряда включают в сеть (рисунок 7, а). При соединении треугольником объединяют перемычками попарно зажимы верхнего и нижнего рядов и к общим точкам фазных обмоток подводят провода сети (рисунок 7, б).
Рисунок 7. Расположение выводов фазных обмоток статора и перемычек для соединения: а – звездой; б - треугольником
В некоторых электродвигателях выводы выполнены свободными гибкими проводами, пропущенными через два или три отверстия корпуса.
В одном из двух отверстий размещаются начала фазных обмоток, в другом – их концы. Для соединения звездой следует объединить выводы одного отверстия в общую точку, а для соединения треугольником необходимо установит принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам и соединить попарно выводы из обоих отверстий.
В каждом из трех отверстий размещаются начало и конец разных обмоток. Треугольник получается путем соединения попарно выводов каждого отверстия, а для соединения звездой необходимо установить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам и объединить в общую точку три вывода (по одному из каждого отверстия).
Для постоянной скорости вращения в устойчивой области механической характеристики (от нулевой нагрузки до максимального вращающего момента) при увеличенном активном сопротивлении обмотки ротора получается уменьшенный вращающий момент. Это объясняется тем, что в указанных условиях электродвижущая сила обмотки ротора остается постоянной и ток уменьшается. Если нагрузочный момент сохраняется постоянным, то при увеличении активного сопротивления цепи ротора должна уменьшаться скорость вращения ротора для сохранения тока неизменным в его обмотке.
Иногда эта закономерность используется для регулирования скорости вращения ротора с фазной обмоткой или для улучшения работы электропривода при кратковременных больших увеличениях нагрузки.
Если повышенное активное сопротивление цепи ротора не предусмотрено схемой электропривода, то вызываемое им уменьшение вращающего момента (или при постоянной нагрузке уменьшение скорости вращения ротора) снижает производительность приводимой электродвигателем машины.
Выявить причину уменьшения вращающего момента можно измерением сопротивления участка цепи ротора, состоящего из соединительных проводов между зажимами электродвигателя и реостатом и остающейся постоянно включенной частью реостата, или же измерением напряжения на этом участке роторной цепи. При измерении напряжения не требуется разъединять цепь ротора.
Для уменьшения сопротивления роторной цепи необходимо приблизить реостат к электродвигателю или увеличить сечение проводов между зажимами ротора и реостата.
Работа электродвигателя в случае обрыва в одной фазной обмотке статора при соединении треугольником сопровождается повышенным шумом и вибрацией. Величина тока в линейных проводах различна, ток в линейном проводе, присоединенном к неподвижным обмоткам, значительно больше тока в других проводах. Так как энергия подводится только к двум фазным обмоткам, то при номинальной нагрузке электродвигателя ток в неповрежденных фазных обмотках будет больше номинального, что вызовет повышенное нагревание этих обмоток. Температура поврежденной фазной обмотки ниже температуры двух других обмоток, и это может быть использовано для ее выявления, так же как различие тока в линейных проводах. На рисунке 8, а показано включение электродвигателя в сеть при наличии обрыва в фазной обмотке С2 – С5. В этом случае показания амперметров А2 и А3 будет в 1,73 раза меньше, чем амперметра А1.
Рисунок 8. Нахождение обрыва фазной обмотки при помощи:
а – амперметра; б - мегомметра
Проверку обмотки статора можно легко выполнить, если к зажимам электродвигателя выведены 6 концов фазных обмоток. Тогда путем проверки сопротивления отдельных фазных обмоток одним из известных способов, например мегомметром (рисунок 8, б) или омметром, можно выявить поврежденную фазную обмотку. При наличии однофазного напряжения 220 В можно воспользоваться вольтметром или лампой накаливания. Если соединения фазных обмоток выполнены внутри электродвигателя, то обрыв можно обнаружить путем измерения сопротивления между зажимами. Из трех измерений две величины сопротивления будут одинаковы, а третья – между зажимами с поврежденной фазной обмоткой – вдвое больше. Можно также поочередно подводить через амперметр однофазное пониженное напряжение к двум из трех зажимов обмотки статора. Ток между зажимами с поврежденной обмоткой будет вдвое меньше тока между другими зажимами.
Если выявлена поврежденная фазная обмотка, то дальнейшее нахождение места обрыва производится, как указано в параграфе 2 (смотрите рисунок 4).
Вращающий момент электродвигателя пульсирующий
Этот недостаток сопровождается значительным шумом и вибрацией электродвигателя и может быть вызван неправильным включением обмотки статора, обрывом или коротким замыканием в цепи ротора. При неправильном соединении отдельных фазных обмоток величина тока в линейных проводах различна, иногда она превышает номинальное значение даже без нагрузки двигателя.
Неправильное соединение фазных обмоток чаще всего встречается в электродвигателях, имеющих шесть выводов при соединении их звездой или треугольником (в зависимости от напряжения сети). В процессе ремонта возможно неправильное внутреннее соединение фазных обмоток статора и при наличии только трех выводов (для одного линейного напряжения).
На рисунке 9 показано правильное (а) и неправильное (в) соединение фазных обмоток статора звездой, а на рисунке 10 – правильное (а) и неправильное (в) соединение треугольником. Обозначения на этих схемах даны в соответствии с ГОСТ 183-74. Начало и конец первой фазной обмотки обозначены соответственно С1 и С4, второй фазной обмотки – С2 и С5 и третьей фазной обмотки – С3 и С6.
Рисунок 9. Соединение фазных обмоток звездой:
а – правильное включение обмоток; б – правильное расположение магнитных осей фазных обмоток; в – неправильное включение обмоток; г – неправильное расположение магнитных осей обмоток
Рисунок 10. Соединение фазных обмоток треугольником:
а – правильное включение обмоток; б – правильное расположение магнитных осей фазных обмоток; в – неправильное включение обмоток; г – неправильное расположение магнитных осей обмоток
Для соединения фазных обмоток звездой обычно концы С4, С5 и С6 обмоток объединяют в общую точку, а начала С1, С2 и С3 присоединяют к сети (рисунок 9, а). Направление магнитных осей фазных обмоток для этого случая показано на рисунке 9, б. Можно также выполнить соединение звездой, объединяя в общую точку начала С1, С2, С3 обмоток и включая в сеть их концы С4, С5 и С6.
На рисунке 9, в показано соединение обмоток звездой, когда фазная обмотка С1 – С4 "перевернута", а на рисунке 9, г – направление магнитных осей фазных обмоток для этого случая.
Для соединения фазных обмоток треугольником объединяют конец одной фазной обмотки с началом другой, например конец С4 первой обмотки с началом С2 второй обмотки, конец С5 второй обмотки с началом С3 третьей обмотки и конец С6 третьей обмотки с началом С1 первой обмотки (рисунок 10, а). Направление магнитных осей фазных обмоток показано на рисунке 10, б. Сеть присоединяют к общим точкам обмоток.
На рисунке 10, в показано соединение обмоток треугольником, когда фазная обмотка С2 – С5 "перевернута", а на рисунке 10, г – направление магнитных осей фазных обмоток для этого случая.
Соединение треугольником может быть выполнено и при другом порядке объединения начал и концов фазных обмоток, например – С1 – С5, С2 – С6 и С3 – С4.
Для правильного включения фазных обмоток следует начала и концы соединить по схеме, приложенной к двигателю, либо по маркировке концов обмоток в соответствии с изложенным. Если эти данные отсутствуют, то правильность соединения фазных обмоток может быть проверена индуктивным методом или же путем нескольких пробных включений в сеть после соответствующих изменений соединения фазных обмоток.
Первый из этих способов является наиболее простым и удобным. Сначала необходимо разъединить все фазные обмотки и мегомметром, омметром или контрольной лампой определить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам. Одновременно следует произвольно выбрать начала фазных обмоток и начало первой фазной обмотки обозначить Н1, конец ее – К1 и соответственно второй и третьей фазных обмоток Н2 – К2 и Н3 – К3. Затем к одной фазной обмотке присоединяют источник постоянного тока (рисунок 11); так как активное сопротивление обмоток небольшое, то источником постоянного тока может служить аккумулятор напряжением 2 – 4 В. В момент включения или отключения рубильника в двух других фазных обмотках наводится электродвижущая сила. Ее направление определяется полярностью концов фазной обмотки, присоединенной к источнику постоянного тока, и производимой операцией – включением и отключением рубильника. Если к принятому началу Н1 первой фазной обмотки присоединяется плюс аккумулятора, то при отключении рубильника на соответствующих началах других обмоток получается также плюс. Таким образом, пользуясь милливольтметром, можно установить начала и концы двух других фазных обмоток в соответствии с принятым началом и концом первой фазной обмотки. При очень большом отклонении стрелки милливольтметра необходимо последовательно с фазной обмоткой включить реостат R для уменьшения тока. После того как установлены начала и концы фазных обмоток, целесообразно произвести четкую маркировку их в соответствии с ГОСТ 183-74.
Рисунок 11. Определение начал и концов фазных обмоток индуктивным методом
При методе пробных включений двигателя в сеть сначала также нужно установить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам и сделать условные обозначения начал и концов этих обмоток. Для уменьшения нагревания электродвигателя целесообразно включать его на пониженное напряжение. Иногда можно воспользоваться возможностью соединения фазных обмоток статора звездой, если напряжение сети соответствует соединению обмоток треугольником. Таким образом, можно соединить в общую точку условные концы К1, К2 и К3 фазных обмоток (рисунок 12, а), а условные начала Н1, Н2 и Н3 этих обмоток включить в сеть. Если при таком включении наблюдается описанная вначале параграфа неисправность электродвигателя, то равновероятны три варианта расположения магнитных осей обмоток (рисунок 12, б). В этом случае поочередно меняют местами выводы фазных обмоток, пока не будет обеспечен нормальный пуск электродвигателя и одинаковые значения тока в линейных проводах. При этом соединении в общей точке находятся все действительные начала (или концы) фазных обмоток, что позволяет произвести маркировку их в соответствии с ГОСТ 183-74.
Рисунок 12. Проверка правильности соединения фазных обмоток методом пробных включений: а – соединение обмоток звездой в соответствии с условным обозначением начал и концов обмоток; б – неправильное расположение магнитных осей фазных обмоток
В электродвигателе с фазной обмоткой ротора проверка правильности соединения фазных обмоток статора может быть выполнена трансформаторным методом; предварительно должна быть установлена принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам статора и выполнено соединение их звездой (рисунок 12, а) по условной маркировке начал и концов, как описано ранее. После этого подают на обмотку ротора трехфазное напряжение, соответствующее указанному для ротора на паспортном щитке электродвигателя, и вольтметром измеряют напряжение между условными началами фазных обмоток (рисунок 13). Если три измеренные напряжения различны, то необходимо отключить обмотку ротора от источника электроэнергии и поменять местами начало и конец фазной обмотки статора, у которой получаются два одинаковых (меньших) значения напряжения. После этого необходимо снова проверить напряжение между свободными концами фазных обмоток статора. Целесообразно повторить эти измерения для трех-четырех положений ротора. При правильном соединении фазных обмоток статора в звезду и исправных обмотках напряжение между установленными началами фазных обмоток С1, С2 и С3 будет одинаковым.
Рисунок 13. Определение начал и концов фазных обмоток статора при включении в сеть обмотки ротора
Если при пробном пуске подобрано такое соединение фазных обмоток, при котором разница между значениями тока в линейных проводах получается наименьшей, но эти токи не одинаковы и при пуске электродвигателя наблюдается повышенный уровень шума и вибраций, то следует предположить, что неправильно включена одна или несколько катушек фазной обмотки с наибольшим значением тока. На рисунке 14 показана схема двухслойной обмотки, у которой катушечная группа Н1 – К1 включена неправильно. Если у электродвигателя ротор с фазной обмоткой, то выявление указанной неисправности может быть выполнено трансформаторным методом. Для этого необходимо включить обмотку ротора в трехфазную сеть соответствующего напряжения (для ротора) и измерить фазные напряжения на обмотке статора; меньшее напряжение будет на фазной обмотке с неправильно включенными катушками.
Рисунок 14. Схема трехфазной двухслойной обмотки с неправильно включенной катушечной группой
При наличии параллельных ветвей в фазных обмотках неправильное включение группы катушек приводит к образованию короткозамкнутого контура (смотрите рисунок 1, а, в статье "Повышенное нагревание частей электродвигателя"), который значительно нагревается при включении электродвигателя в сеть.
 |
| Рисунок 15. Выявление неправильно включенной катушечной группы |
Для выявления неправильно включенной катушечной группы можно произвести измерение напряжения на последовательно соединенных катушечных группах. Для этого обмотку статора включают в трехфазную сеть, к зажиму исследуемой фазной обмотки присоединяют один провод от вольтметра и вторым проводом касаются мест соединений катушечных групп (рисунок 15). Показание вольтметра будет нарастать при увеличении количества правильно включенных катушечных групп, на которых измеряется напряжение, и уменьшится при переходе через неправильно включенную катушечную группу. В большинстве случаев для выполнения этого исследования требуется разобрать электродвигатель, чтобы получить доступ к соединениям между катушечными группами. Описанный способ определения неправильно включённой группы основан на измерении напряжения на катушечных группах, уравновешивающего электродвижущую силу (э. д. с.), наводимую в обмотке статора основным (вращающимся) магнитным потоком, поэтому ротор должен находиться внутри статора. При вынутом роторе основной магнитный поток будет значительно ослаблен. Фазная обмотка ротора должна быть разомкнута, а при короткозамкнутой обмотке ротора пониженное напряжение на зажимах статора должно быть таким, чтобы ток не превышал номинального значения; обычно величина этого напряжения составляет 0,3 – 0,4 номинального.
Если пульсация вращающего момента вызвана несимметрией обмотки ротора, то ток в линейных проводах также пульсирует. Частота пульсации тока статора соответствует частоте скольжения. При увеличении нагрузки, следовательно и скольжения, частота пульсации тока и вращающего момента также увеличивается. Так как эта частота небольшая, то происходят колебания скорости вращения ротора даже при малой нагрузке электродвигателя. Колебания скорости вращения сопровождаются вибрацией и шумом низкого тона, частота которых также повышается с увеличением скольжения. Описанное явление может быть вызвано обрывом в стержнях или в одной из фаз обмотки ротора. В составной беличьей клетке нарушение контакта чаще всего происходит в местах соединения стержней с кольцами вследствие плохой пайки или сварки. Иногда наблюдается отрыв стержней от короткозамыкающих колец под действием центробежной силы или силы, возникающей из-за неодинакового температурного удлинения стержней. Разрыв стержней в пазовой части обычно встречается в литых беличьих клетках.
При фазной обмотке ротора нарушение контакта возможно в различных частях роторной цепи: а) в щеточном аппарате, б) в контактах реостата, в) в соединениях щеткодержателей с реостатом, г) в соединениях обмотки с контактными кольцами, д) в соединениях лобовых частей обмотки. В старых типах электродвигателей аварийным местом был механизм замыкания контактных колец и подъема щеток.
Для того чтобы убедиться в наличии плохого контакта или обрыва в цепи ротора электродвигателя небольшой мощности, необходимо включить одну фазную обмотку статора на пониженное напряжение и медленно поворачивать ротор; одновременно необходимо наблюдать за величиной тока в обмотке статора. При исправной обмотке ротора ток в линейном проводе будет почти постоянным по величине, небольшие его колебания вызываются наличием пазов статора и ротора. В случае плохого контакта или обрыва в цепи ротора ток будет изменяться в зависимости от положения ротора, полный цикл этого изменения зависит от количества полюсов электродвигателя.
Плохие контакты стержней беличьей клетки с короткозамыкающими кольцами или элементов в цепи ротора с фазной обмоткой могут быть обнаружены при тщательном осмотре мест соединения элементов обмотки.
Наличие обрыва стержня или плохого контакта стержня с короткозамыкающими кольцами может быть установлено следующим образом. Ротор 1 немного выдвигают из статора 2 (рисунок 16) и предохраняют от поворачивания, например путем установки небольших деревянных клиньев в зазоре между статором и ротором. Обмотку статора включают на пониженное напряжение 0,2 – 0,3 номинального и поочередно на каждый паз ротора накладывают тонкую стальную пластинку 3, касающуюся двух зубцов. Когда пластинка перекрывает пазы со стержнями без обрывов, она притягивается и вибрирует с частотой 100 Гц. Если пластинка перекрывает паз, в котором расположен поврежденный стержень, то притяжение и вибрация пластинки будет значительно слабее.
Рисунок 16. Нахождение обрыва стержня обмотки ротора
Плохой контакт в соединениях лобовых частей фазной обмотки ротора можно определить путем измерения напряжения, так как при плохом контакте увеличивается его сопротивление. Для того чтобы обнаружить плохой контакт в хомутиках, необходимо измерить напряжение на каждом соединении лобовых частей обмотки. Постоянный ток можно подвести непосредственно к лобовым соединениям, как указано на рисунке 17. Источником постоянного тока служит аккумулятор 1, величина тока регулируется реостатом 2 и измеряется амперметром А. Присоединение проводов от аккумулятора к стержням обмотки производится пружинными зажимами 3. Измерительная цепь состоит из милливольтметра mV и двух щупов 4. Величина тока устанавливается такой, чтобы отклонение стрелки милливольтметра соответствовало 2/3 всей шкалы.
Рисунок 17. Нахождение недоброкачественных паек хомутиков обмоток ротора
Для того чтобы ускорить процесс измерения, можно присоединить аккумулятор к кольцам ротора и производить измерения напряжения на хомутиках двух фазных обмоток. При этом отклонение стрелки милливольтметра для обмоток разных фаз будет происходить в противоположные стороны, и поэтому при переходе с одной обмотки на другую верхний и нижний щуп нужно поменять местами. После пересоединения одного из проводов аккумулятора к третьему кольцу можно измерить напряжение на лобовых соединениях третьей фазной обмотки. Места плохих контактов выявляются по повышенному напряжению на них, контакты могут считаться удовлетворительными, если напряжение на них не более 1,1 среднего значения напряжения на контактах.
В некоторых случаях несимметрия фазной обмотки ротора вызывается наличием короткозамкнутого контура. Если короткозамкнутый контур имеется только в одной фазной обмотке, то при разомкнутой обмотке ротора пусковой момент отсутствует и эта неисправность проявляется в местном нагревании короткозамкнутого контура. Если короткозамкнутый контур включает в себя две фазные обмотки ротора, то вращающий момент образуется и при разомкнутом пусковом реостате. В этом случае короткозамкнутый контур может быть образован как непосредственным замыканием проводников обмотки, так и в результате повреждения изоляции между фазными обмотками и магнитопроводом ротора. Непосредственный контакт между проводниками может быть между хомутиками лобовых соединений, между проводниками в пазу при укороченном шаге, а также между кольцами, щеткодержателями или соединительными проводами. Установить наличие короткозамкнутого контура в цепи ротора можно описанным ранее методом определения обрывов в цепи ротора. Для этого необходимо включить обмотку статора на однофазное пониженное напряжение, медленно поворачивать ротор и наблюдать за величиной тока в обмотке статора. При наличии в цепи ротора короткого замыкания будут наблюдаться значительные колебания в цепи ротора. Целостность изоляции между обмоткой и магнитопроводом проверяют мегомметром. Если внешний осмотр и измерение сопротивления изоляции обмотки не позволяют установить место короткого замыкания, то следует проверить нагревание обмотки заторможенного ротора при включенном электродвигателе в сеть. Напряжение на зажимах электродвигателя не должно превышать половины номинального при разомкнутом реостате в цепи ротора. Короткозамкнутые контуры цепи ротора нагреваются значительно сильнее остальных частей обмотки; это можно обнаружить, если коснуться к ним рукой (при отключенной от сети обмотке статора).
Иногда ротор приходит во вращение при разомкнутом реостате и при исправной обмотке вследствие образования вращающего момента от гистерезиса и вихревых токов. Величина этого вращающего момента мала, но все может оказаться достаточной для вращения ротора без нагрузки. При включенном электродвигателе в сеть никаких ненормальностей не наблюдается и при легком торможении ротор останавливается.
Источник: Деро А. Р., "Неполадки в работе асинхронного двигателя" – Ленинград: "Энергия", "Библиотека электромонтера", Выпуск 444, 1976 – 96с.