/
Автор: Гольдберг О.Д.
Теги: электротехника электрические машины и аппараты электронно-и аппаратостроение электрические машины испытания
ISBN: 5-06-003840-8
Год: 2000
Текст
О.ДТольдбгрг
ИСПЫТАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
gj ВЫСШАЯ ШКОЛА.
О.Д.Гольдберг
ИСПЫТАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ИСПРАВЛЕННОЕ
Реком-ндовано
Министерством
обраловаяг*
Российской Федерации
я качестве учебника
для студентов вузов,
обучающихся
по электромеханическим
и электроэнергетическим
специальностям
Библиотека
СЕВМАШВТУЗА
IVlOCKDSl
•Высшая школа* 2000
УДК 621.313
ББК 31.261
Г 63
Рецензент: проф., д-р техн, наук Б.Л. Алиевский (МАИ)
Гольдберг О.Д,
Г 63 Испытания электрических машин. Учеб, для вузов. — 2-е
изд., ислр, — М.: Высш, птк., 2000. — 255 с.: ил.
ISBN 5-06-003840-8
Учебник состоит из двух разделов. В первом разделе приведены общие
методы нагытанпй элегтрячвеких машин, рассмотрены основные методы
измерений, вопросы испытания на нагревание, определения уровней шумов
и вибраций и специальные испытания. Во втором разделе приведена методика
испытаний отдельных видов электрических машин.
Второе издание (1-е — 1990 г.) полностью отражает требования стандар-
тов на методы испытаний электрических машин.
Для студентов электромеханических и электроэнергетических епециаль-
ногтей вузов.
УДК 621 313
ББК 31.261
ISBN 5-06-003840-8 © ГУП издательство «Высшая школа», 2000
Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Вы-
сшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без
согласия издательства запрещается.
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Настоящее второе переработанное я дополненное из-
дание учебника написано с учетом опыта обучения сту-
дентов по первому изданию книги, а также замечаний
работников промышленности.
Электрические машины занимают большое место
в развитии машиностроительного комплекса. Поэтому
повышение их качества, снижение расхода материалов
и повышение КПД — основные задачи современного
электромашиностроения.
Процесс создания электрической машины состоит из
двух основных этапов: проектирования и изготовления,
включающих в себя испытания.
Испытания электрических мяпгин проводят с целью
проверки соответствия их качества требованиям стандар-
тов или технических условий. Они необходимы также
после капитального или среднего ремонта машины. Для
осуществления этой цели необходимы программ и мето-
дики испытаний электрических машин. Программы ис-
пытаний электрических машин должны быть составлены
таким образом, чтобы можно было получить все показа-
тели я характеристики машин, установленные техничес-
кими условиями. Точность результатов испытаний в зна-
чительной степени зависит от методики испытаний. По-
этому в России действует более 25 государственных стан-
дартов только на методы испытаний электрических ма-
шин (см. приложение 1). Кроме того, ряд методов ис-
пытаний изложен в стандартах на отдельные виды элект-
рических машин.
Выпускник вуза по специальности «Электромеханика»
должен знать программы и методы испытаний элект-
рических машин. Поэтому цель настоящего учебника —
3
ознакомить студента со всем комплексом вопросов, свя-
занных с испытаниями электрических машин с учетом
действующих стандартов,
Курсы «Электрические машины», «Спецкурс электри-
ческих машин» и некоторые другие, входящие в учебный
план для студентов, обучающихся по специальностям
«Электромеханика», включают в себя лабораторные ра-
боты, стланные с испытаниями электрических машин.
Однако эти испытания преследуют другие цели. Они про-
водятся для лучшего освоения теоретических положений,
прививают студентам практические навыки обращения
с измерительными приборами, позволяют сравнивать ха-
рактеристики разных типов электрических машин. Поэто-
му помимо испытаний электрических машин, проводи-
мых в качестве лабораторного практикума, будущим ин-
женерам-электромеханикам необходимо изучить все воп-
росы, связанные с испытаниями и исследованиями элект-
рических машин при их проектировании и изготовлении
в полном соответствии с нормативными документами на
методы испытаний.
Автор считает приятным долгом выразить глубокую
благодарность рецензенту второго издания настоящего
учебника, проф., д-ру техн, наук Б.Л. Алиевскому, за
весьма ценные советы по совершенствованию книги.
Книга, естественно, не лишена недостатков, поэтому
с благодарностью будут приняты все критические замеча-
ния, которые можно направлять по адресу: 101430, Моск-
ва, ГСП-4, Неглинная ул„ д 29/14, издательство «Высшая
школа».
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Инженер-электромеханик обычно занят а одном из следующих
производственных процессов —проектировании, изготовлении и
эксплуатации электрических машин.
Проведение испытаний электрических машин необходимо на
всех этапах. На стадии проектирования проводят испытания ма-
кетных и опытных образцов электрических машин для проверки
соответствия выходных показателей и характеристик машины тре-
бованиям технического задания. На стадии изготовления испыта-
ния отдельных узлов машины (например, обмотки) проводятся
после завершения отдельных технологических операций. После
сборки машины испытания проводят для проверки соответствия
ее выходных показателей требованиям технических условий. При
эксплуатации электрические машины периодически подлежат те-
кущему или капитальному ремонту. После ремонта электрическая
машина также должна быть испытана.
Кроме того, в процессе доводки опытных образцов или пря
подготовке к проектированию новых серий электрических машин
необходимо проводить исследовательские испытания.
Советские ученые в годы первых пятилеток начали разработ-
ку н систематизацию методов испытаний и исследований электри-
ческих машин.
Методы промышленных испытаний электрических машин рас-
смотрены в книге Г. К- Жерве [3].
Важно отметить, что в многочисленных статьях по испытани-
ям и исследованиям электрических машин четко прослеживается
мысль о том, что разные методы однотипных испытаний дают
различные результаты. Вследствие этого уже в первых государ-
ственных стандартах на электрические машины, кроме раздела
«Технические требования», был введен обязательный раздел «Ме-
тоды испытаний».
Развитие методов испытаний электрических машин привело к
тому, что уже в 50-х годах начали разрабатываться государствен-
5
ные стандарты с рассмотрением лишь методов испытаний элект-
рических машин, Первым таким стандартом явился ГОСТ 7217
«Электродвигатели трехфазные асинхронные. Методы испыта-
ний». Далее было признано целесообразным иметь стандарт, ко-
торый определял бы методы испытаний, общие для большинства
видов электрических машин. Вслед за этим были разработаны и
изданы стандарты на методы испытаний машин постоянного тока,
трансформаторов, синхронных машин, электромашинных преобра-
вователей частоты и др.
Дальнейшее развитие стандартизации методов испытаний шло
по пути разработки стандартов на методы измерений или испы-
таний отдельных параметров. К ним относятся: испытания на на-
гревание и электрическую прочность изоляции, определения уров-
ня шума, потерь, КПД, момента инерции вращающейся части,
расхода охлаждающего газа, превышения температуры при за-
торможенном роторе, сопротивления обмоток без отключения об-
моток от сети и измерения сопротивления обмоток постоянному
току.
При разработке государственных стандартов учитывались
рекомендации Международной электротехнической комиссии
Испытания электрических машин на электромашиностроитель-
ных заводах являются частью общего технологического процесса.
Повышение производительности труда приводит к усиленной ав-
томатизации производственных процессов. Это в полной мере от-
носится и к испытаниям, Так, почти на всех электромашинострои-
тельных заводах испытания проводят на конвейерах. В последние
годы все больше испытаний осуществляется с использованием
ЭВМ. При этом ЭВМ не только управляет испытаниями, но и поз-
воляет оперативно анализировать результаты испытаний и на этой
основе осуществлять управление качеством изготовления элект-
рических машин.
Современное состояние вопроса, связанное с автоматизацией
испытаний, применением ЭВМ для управления процессом испы-
таний, анализа результатов и управления качеством выпускаемой
на электромашиностроительных заводах продукции, рассмотрено
в настоящем учебнике.
Особенно эффективно использование ЭВМ для оценки резуль-
татов приемо-сдаточных испытаний, диагностирования ходя техно-
логического процесса по результатам этих испытаний, анализа ре-
зультатов испытаний для решения ряда проблем, актуальных для
заводов-изготовителей электродвигателей и наконец, для управле-
ния качеством изготовления машин, применительно к наиболее мас-
совым электрическим машинам — асинхронным. Эти вопросы рас-
смотрены в гл. 8.
ОБЩИЕ
МЕТОДЫ
ИСПЫТАНИЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН
Электрические машины валяются электромеханическими преобразователями,
что позволяет изучение их работы базировать на исследовании модели обоб-
щенной электрической машины. Наличие у различных типов машин общих приз-
наков привело к тому, что ряд испытаний распространяется на все виды машин.
В связи с Ии целеембразм рассмотреть калшз обпрк ди веет видов малой.
ГЛАВА 1
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИСПЫТАНИЯ
1.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПОКАЗАТЕЛЯМ КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Качество электрической машины — совокупность ее свойств,
обусловливающих пригодность удовлетворять определенные по-
требности в соответствии с назначением.
Показателем качества электрической машины называется ко-
личественная характеристика ее свойств, входящих в состав ка-
чества.
Показатели качества разделяются на следующие группы: по на-
значению, надежности, технологичности, стандартизации и уни-
фикации, транспортабельности и безопасности, а также по эрго-
номический, эстетическим, патентно-правовым и экологическим
признакам. В перечисленных группах наиболее значимы в связи
с необходимостью проведения испытаний показатели назначения
и надежности. Показатели назначения определяют технические
возможности электрических машин, а также эффективность их
эксплуатации. В эту группу показателей входят, например, мощ-
ность, частота вращения, КПД и др. Показатели надежности ха-
рактеризуют свойства электрической машины сохранять во време-
ни в установленных пределах значения всех параметров, характе-
ризующих способность выполнять требуемые функции в заданных
режимах и условиях применения, технического обслуживания, ре-
монтов, хранения и транспортирования.
7
Отказ электрической машины — нарушение ее работоспособно-
сти по выполнению необходимых функций с сохранением значе-
ний заданных параметров в пределах, установленных нормативно-
технической документацией.
Надежность электрической машины — комплексное свойство,
включающее показатели безотказности, долговечности, ремонто-
пригодности и сохраняемости.
Безотказность — свойство электрической машины непрерывно
сохранять работоспособность в течение некоторого времени.
Долговечность — свойство электрической машины сохранять
работоспособность до наступления предельного состояния, после
чего она должна быть направлена либо в ремонт (средний или
капитальный), либо изъята из эксплуатации.
Ремонтопригодность — свойство электрической машины, заклю-
чающееся в приспособленности ее к предупреждению и обнаруже-
нию отказов и восстановлению работоспособности ее либо путем
проведения ремонта, либо путем замены отказавших комплектую-
щих элементов, например подшипников.
Сохраняемость — свойство электрических машин сохранять ра-
ботоспособность в течение (и после) ее хранения и (или) транс-
портирования.
Перечисленные свойства надежности электрических машин оце-
нивают количественно. Наиболее распространенными показателями
надежности являются: вероятность безотказной работы, китенсяв-
ность отказов, параметр потока отказов, наработка на отказ, ре-
сурс, срок службы, вероятность восстановления и др.
В стандартах на электрические машины сформулированы тех-
нические требования к показателям качества электрических ма-
шин. Большинство из них нуждается в проверке путем испыта-
ний электрических машин. К ним относятся требования по надеж-
ности, нагреву, энергетическим показателям (КПД, коэффициент
мощности), а также требования к электрической прочности изо-
ляции обмоток, механической прочности вращающихся частей ма-
шины, эксплуатационным показателям (таким, как максимальный,
начальный пусковой и минимальный моменты, начальный пуско-
вой ток, скорость нарастания напряжения возбуждения и др.), к
работе щеточного узла коллекторных машин постоянного и пере-
менного тока, способности выдерживать кратковременные пере-
грузки, длительной или кратковременной работе в анормальных
условиях, шумам и вибрациям, индустриальным радиопомехам.
По всем перечисленным, а также по ряду других требований
к качеству электрических машин в стандартах устанавливаются
количественные показатели качества, а также в ряде случаев до-
пуски на них. При испытаниях проверяют соответствие измерен-
ных или рассчитанных показателей качества требованиям стандар-
тов.
8
1.3, СТАНДАРТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИХ ПРОВЕДЕНИИ
Ствндартвзяцп методов нспытяний электрических машин. В стан-
дартах на электрические машины приводятся технические требова-
ния к показателям качества и программы испытаний для определе-
ния этих показателей. Разработана система стандартов на методы
испытаний электрических машин. Применяются стандарты на мето-
ды испытаний, являющиеся общими для всех видов электрических
машин. Так, например ГОСТ 11828 регламентирует отдельные ме-
тоды испытаний. ГОСТ 25000 устанавливает методы испытаний па
нагревание; ГОСТ 25941 — методы определения потерь и КПД;
ГОСТ 11929 — методы определения уровня шума; ГОСТ 12379 —
методы оценки вибрации; ГОСТ 12259 — методы определения
расхода охлаждающего газа; СТ 295 — методы определения момен-
та инерции вращающейся части; СТ 1107 — методы определения
сопротивлений обмоток без отключения машины от сети.
Кроме перечисленных стандартов, распространяющихся на все
виды электрических машин, разработаны стандарты на методы
испытаний отдельных видов электрических машин, имеющих на-
ибольшее распространение. ГОСТ 7217 устанавливает методы ис-
пытаний трехфазных асинхронных двигателей. ГОСТ 34784 — мето-
ды испытаний силовых трансформаторов. ГОСТ 10159 — методы
испытаний машин постоянного тока. ГОСТ 10169 — методы ис-
пытаний трехфазных синхронных машин. ГОСТ 17691 — методы
испытаний электромашинных преобразователей мощностью 250
кВт и выше.
Ряд испытаний электрических машин проводят только на пред-
приятиях электротехнической промышленности, например испыта-
ния на надежность. В этих случаях для стандартизации методов
испытаний разрабатывают отраслевые стандарты. Одним из таких
стандартов является ОСТ 16—0.801.373 «Машины электрические
вращающиеся средине свыше 56 до 355 габарита включительно.
Двигатели асинхронные. Надежность. Методы ускоренных испыта-
ний».
Согласно ГОСТ 183, различают следующие виды исптыаний:
приемочные, приемо-сдаточные, периодические, типовые н квали-
фикационные,
Приемочные испытания проводятся на опытном образце элект-
рической машины с целью приемки ее для серийного производства.
Программа этих испытаний — наиболее подробная.
Приемо-сдаточным испытаниям подвергают каждую электри-
ческую машину. Программы этих испытаний значительно короче,
9
чем приемочных, Цель их — установить пригодность каждой изго-
товленной машины к эксплуатация за минимально возможное вре-
мя испытаний.
Периодические испытания проводят в определенные, установ-
ленные стандартами или техническими условиями сроки. Цель их
убедиться в том, что в процессе производства качество электри-
ческих машин не изменилось существенно по сравнению с резуль-
татами приемочных испытаний. Поэтому программа периодических
испытаний близка к программе приемочных испытаний.
Типовые испытания проводят при изменении конструкции, ма-
териалов или технологии, если эти изменения могут оказать влия-
ние на характеристики машин, Программа типовых испытаний
практически совпадает с программой приемочных испытаний.
Квалификационные испытания проводят после изготовления
установочной серии машин.
Кроме перечисленных видов испытаний, являющихся промыш-
ленными, могут проводиться исследовательские испытания, цель
которых получить рекомендации для проектирования новых эле-
ктрических машин или их модернизации.
Техника безопасности при испытаниях электрических машин.
Испытания электрических машин требуют соблюдения многих
правил по технике безопасности. Ряд этих правил справедлив для
многих видов производства; к ним можно отнести требования по
безопасности при грузоподъемных и транспортировочных рабо-
тах, общие требования по электробезопасностн.
Вместе с тем при испытаниях электрических машин требуется
соблюдение ряда специфических требований по безопасности.
Основными правилами являются; необходимость ограждения
всех вращающихся частей электрических машин и сочлененных с
ними нагрузочных или других устройств, муфт и т. п. и защита от
прикосновения всех токоведущих частей не только в электриче-
ских машинах, но и в других элементах испытательной схемы.
Особое внимание следует уделять испытаниям обмоток на эле-
ктрическую прочность, так как здесь испытатели имеют дело с
высоким напряжением. Участок испытаний должен иметь постоян-
ное ограждение, сигнальные лампы и блокировку дверей в ограж-
дении, предупредительные плакаты. Сигнальные лампы должны
загораться до момента включения источника испытательного на-
пряжения, а при нарушении ограждения или открытой двери
включение источника испытательного напряжения становится не-
возможным,
Следует также иметь в виду, что, попадая со сборки па испы-
тательный стенд, электрическая машина включается впервые, по-
этому не исключено, что при этом из машины могут вылететь
случайно оставленные при ее изготовлении предметы. Это требует
удаления персонала из опасной зоны в период первого пуска ма-
шины.
10
Испытания при повышенной частоте вращения могут привести
в случае аварии к тяжелым разрушениям и человеческим жерт-
вам. В связи с этим такие испытания следует проводить в блин-
дажах или специальных боксах. Если же это невозможно, то пер-
сонал должен быть удален из опасной зоны.
Имеется некоторая специфика и в пожарной безопасности, по-
этому следует применять лишь «сухиеэ огнетушители. Пенные ог-
нетушители недопустимы, так как струи этих огнетушителей эле-
ктропроводки и могут создать опасность поражения электриче-
ским током.
Очень важна для исключения несчастных случаев при испыта-
ниях электрических машин установка видимых разрывов в цепях
высокого и низкого напряжения и блокировка временных, пере-
носных и постоянных ограждений.
1.3. ТРЕБОВАНИЯ К ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРИБОРАМ.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Требования к измерительным приборам. При испытаниях эле-
ктрических машин возникает необходимость в измерении электри-
ческих и неэлеггрическнх величин. ГОСТ 11828 «Машины элект-
рические вращающиеся. Общие методы испытаний» опреде-
ляет требования к измерительным приборам и способам измере-
ния. Для измерения электрических величин (напряжения, тока,
мощности, сопротивления с помощью мостов и т. п.) при частотах
до 400 Гц включительно должны применяться электроизмеритель-
ные приборы класса точности не ниже 0,5, а для измерения со-
противления изоляции обмоток — класса точности не ниже 2,5.
При частотах свыше 400 Гц класс точности измерительных при-
боров должен быть не ниже 2,5. Необходимая точность измерений
достигается при условии, что приборы, коэффициенты трансфор-
мации измерительных трансформаторов тока и напряжения выби-
раются таким образом, чтобы измеряемые значения параметров
электрических машин находились в пределах 30... 95% шкалы при-
боров. При определении мощности трехфазных машин способом
двух ваттметров измеряемые токи и напряжения должны быть не
ниже 30% от номинальных токов и напряжений применяемых
ваттметров.
Если при испытаниях измерения производятся более чем од-
ним прибором, то отсчеты по всем приборам для каждого изме-
рения рекомендуется производить одновременно. Эту рекоменда-
цию особенно важно соблюдать при измерении сопротивления ме-
тодом вольтметра и амперметра, а также мощности трехфазных
машин методом двух ваттметров.
При проведении приемо-сдаточных испытаний машин массово-
го выпуска стремятся максимально механизировать и автоматизи-
11
ровать процесс испытаний, используя автоматические схемы изме-
рений. В этих случаях допускается применение отдельных элект-
роизмерительных приборов с классом точности не ниже 1,5 при
условии, что максимальная погрешность измерения не должна
превышать 8% от значения допускаемого отклонения на контроли-
руемый параметр. Для измерения частоты до 60 Гц в этих слу-
чаях допускается применение частотометров класса точности не
ниже 2,0, а для измерения более высоких частот •—класса точно-
сти 2,5.
Методы измерения неэлектрических величин. В процессе испы-
таний электрических машин приходится определять и неэлектри-
ческяе величины, которые могут быть измерены как электрически-
ми, так и неэлектрическими способами.
Устройство для измерения неэлектрических величин электриче-
ским способом состоит из датчика и измерительного блока, вклю-
чающего в себя усилитель, измерительный прибор и блок пита-
ния. Усилитель в ряде случаев может отсутствовать. В некоторых
случаях усилитель состоит из предварительного (катодного или
эмиттериого повторителя) и основного блоков Такое разделение
имеет место при установке датчиков на расстоянии от измеритель-
ного блока. В этом случае длинные кабели могут являться источ-
ником помех. Катодный повторитель с большим входным и малым
выходным сопротивлениями располагается вблизи датчика, а
длинвый кабель подключается к низкоомной нагрузке повторите-
ля, не оказывая заметного влияния иа передачу сигнала к основ-
ному усилителю. Измерительные приборы со стрелочными или
цифровыми вадикаторами (показывающие приборы) обладают
тем преимуществом, что позволяют получить результат непосред-
ственно в момент измерения. Регистрирующие приборы (самопис-
цы, осциллографы и магнитографы) требуют дополнительной руч-
ной или машинной обработки. Недостаток показывающих прибо-
ров в том, что они могут быть применены только для статических
или медленно изменяющихся процессов. В ряде случаев поэтому
целесообразно использовать как показывающие, так и регистри-
рующие приборы.
В качестве датчиков применяются резистивные, емкостные, пье-
зоэлектрические, электромагнитные, электронные (механотроны)
или гальваномагнитные преобразователи механических величин в
электрические.
Методы измерения вращающих моментов. Эти измерения могут
быть непосредственными или косвенными.
Из уравнения движения
+ , (1.1)
at
где М — вращающий момент иа валу двигателя; Мс —момент со-
противления механизма, приводимого в движение; Л1Д—динами-
12
ческий момент; J — момент инерции вращающихся масс;--------
di
ускорение ротора двигателя, следует, что вращающий момент дви-
гателя можно измерить статическим методом при Мд=0 и Ме—
= const; динамическим методом при разгоне двигателя при Afc =
^3 и методом суммарного момента (Afc-|-AfA), измеряя момент
реакции статора испытуемого двигателя.
Широко используется первый из перечисленных методов, од-
нако для определения механической характеристики асинхронного
двигателя применяют также второй и третий методы.
С помощью статического метода можно построить статическую
механическую характеристику двигателя M=f(n) по точкам, из-
меряя величину момента для нескольких значений частот п вра-
щения. Недостаток этого метода состоит в том, что при снятии от-
дельных точек механической характеристики, особенно при малой
частоте вращения, двигатель нагревается; при этом снижается
точность измерений.
При статическом методе определения вращающего момента ис-
пользуются моментомеры разных конструкций. Наибольшее рас-
пространение получили тормозные моментомеры. Они состоят из
тормозного устройства и измерителя момента. Тормозное устрой-
ство может быть фрикционным, гидравлическим, аэродинамиче-
ским, электромашинным, электромагнитным и др. Измерительные
устройства выполняются крутильными, маятниковыми, рычаж-
ными и компенсаторными.
Динамический метод определения вращающих моментов ос-
нован на измерении ускорения электродвигателя при разгоне от
неподвижного состояния до номинальной частоты вращения.
В этом методе для увеличения времени разгона на валу испытуе-
мого двигателя укрепляют маховик с большим моментом инерции.
Динамический момент определяют акселерометрмческим (с по-
мощью датчиков угловых ускорений), тахометрическим (с помо-
щью тахогенераторов или частотных датчиков) или угловым (с
помощью измерения углового перемещения) методами.
При использовании метода суммарного момента измеряют ре-
активный момент, действующий на статор испытуемого двигате-
ля. Результаты измерений могут быть записаны в виде осцилло-
грамм.
Среди различных тормозных устройств моментомеров наибо-
лее широкое распространение получили электромашиниые и эле-
ктромагнитные тормоза.
Электромашинные тормоза обычно имеют конструкцию балан-
сирных машин. Для этого серийная электрическая машина за-
крепляется в подшипниковых опорах н снабжается измерителем
момента. Ротор балансирной машины с помощью муфты скреп-
лен с валом испытуемого двигателя, а статор имеет возможность
13
поворачиваться в подшипниковых опорах, передавая измеритель-
ному устройству реактивный момент.
Особенно удобно использовать в качестве балансирной маши-
ну постоянного тока. Это объясняется значительным различием
механических характеристик Мт(п) машин постоянного тока в за-
висимости от видов тормозных режимов их работы. Эти характе-
ристики имеют разную степень «жесткости», что следует учиты-
вать при определении механических характеристик разных видов
электродвигателей. Так, для точного определения вида механиче-
Ряс, 1.1, Мехэничесме характери-
стики асинхронного короткозамкну-
того двигателя я машины постоянно-
го тока, работающей в режиме реку-
перативного торможения
Рис. 1.2, Механические характеристи-
ки асинхронного короткозамкнутого
двигателя и машины постоянного то-
ка. работающей в режиме динамиче-
ского торможения
ской характеристики Л!а(п) асинхронных короткозамкнутых дви-
гателей в неустойчивой части характеристики (от скольжения s=
= 1 до критического скольжения 5К₽» соответствующего макси-
мальному моменту) целесообразно нагружать испытуемый асин-
хронный двигатель с помощью балансирной машины постоянного
тока, работающей в режиме рекуперативного торможения при то-
ке возбуждения /B=const н напряжениях источника питания [/><
<и^<Оз<.ия (рис. 1.1). В этом случае удается снять любую
точку механической характеристики асинхронного двигателя в не-
устойчивой части характеристики. Вместе с тем, как видно на рис.
1.2, используя режим динамического торможения машины посто-
янного тока, работающей при /B=const и различных сопротивле-
ниях тормозных резисторов RHi<Ят<Ляз<^»п, не удается полу-
чить все точки характеристики в ее неустойчивой части, Это объ-
ясняется следующим. Если начинать определение точек механиче-
ской характеристики асинхронного двигателя от нулевого значе-
ния частоты вращения (с постепенным увеличением частоты вра-
14
щения), то удастся снять только часть механической характери-
стики (до точки Л). От К ко Ха снять механическую характери-
стику не представляется возможным, так как это область неустой-
чивой работы. Если же начинать определение точек механической
характеристики с наибольшей частоты вращения (постепенно по-
нижая ее), то после работы в точке М„ двигатель сразу перейдет
в точку Ль т. е. и в этом случае значительную часть механиче-
ской характеристики снять не удастся.
В качестве балансирной машины может быть также использо-
вана асинхронная машина с короткозамкнутым или с фазным ро-
тором в режимах противовключения и динамического торможе-
ния.
Для электрических машин малой мощности в качестве элект-
ромашинного тормоза часто используют гистерезисные машины
иля асинхронные с полым ротором.
Электромагнитные тормоза обычно выполняют в виде нес-
кольких электромагнитов, в разрывах магнитных цепей которых
вращается токопроводящий дисковый цилиндрический ротор, вы-
полненный из ферромагнитного или немагнитного материала.
Методы измерения частот вращения. Измерение частот враще-
ния осуществляется методами прямого преобразования, сравнения
или частотным методом.
Метод прямого преобразования заключается в том, что часто-
ту вращения определяют, используя известные зависимости цент-
робежной силы, вращающего момента, электрического напряже-
ния, давления и т. п. от частоты вращения.
При этом методе измерения применяют магнитные, магнито-
электрические, центробежные, гидравлические и пневматические
тахометры и асинхронные генераторы с полым ротором как изме-
рители угловой скорости.
Магнитные тахометры состоят из постоянного магнита, соеди-
няемого с валом испытуемого двигателя, немагнитного ротора, со-
члененного с пружиной и стрелкой, При вращении магнита в ро-
торе индуцируется ток, который, взаимодействуя с магнитным по-
током магнита, создает вращающий момент, пропорциональный
частоте вращения. Угол закручивания пружины, который фикси-
руется стрелкой прибора, определяет частоту вращения.
Магнитоэлектрические тахометры состоят из тахогенератора
постоянного тока, линяя связи и вольтметра, отградуированного
по частоте вращения. При постоянном магнитном потоке Ф ЭДС
тахогенератора Е пропорциональна частоте вращения, т. е.
Е^сФп, (1.2)
где с —постоянный коэффициент, определяемый конструктивными
параметрами тахогенератора.
Если пульсации напряжения, вызываемые коллектором, пре-
15
вытают допустимые значения, то применяют униполярные генера-
торы.
Тахометры, основанные на асинхронных генераторах с полым
ротором, имеют на статоре две обмотки, сдвинутые в пространст-
ве на 90°. Одна обмотка подключена к сети переменного тока,
другая — измерительная. Ротор выполнен в виде полого алюми-
ниевого цилиндра, вращающегося в зазоре между наружным и
внутренним статорами. При вращении ротора в нем наводятся пе-
ременные токи, которые создают поперечный магнитный поток.
Величина потока и наводимой этим потоком в измерительной об-
мотке ЭДС пропорциональна частоте вращения.
Центробежные тахометры используют зависимость величины
центробежной силы F от угловой частоты вращения о:
Р=т№, (1.3)
где т — масса вращающегося тела; I— расстояние от центра тя-
жести тела до осн вращения.
Гидравлический тахометр конструктивно представляет собой
диск с радиальными и осевыми каналами, заключенный в герме-
тически закрытую камеру, заполненную жидкостью. При враще-
нии диска и жидкости под действием центробежной силы увели-
чивается давление в камере. Давление жидкости измеряется гид-
равлическим манометром, шкала которого нелинейна и градуиру-
ется опытным путем в единицах частоты вращения.
Пневматический тахометр имеет следующую конструкцию.
Центробежный вентилятор вращается в конусе с кольцевой пере-
городкой, в которой имеется окно. У окна на осн установлена
пластина, связанная со стрелкой и спиральной пружиной. Угол
отклонения пластины пропорционален давлению воздушного по-
тока, а следовательно, частоте вращения испытуемого двигателя
и вентилятора тахометра.
Метод сравнения основан на сопоставлении измеряемой час-
тоты вращения с эталонной и более точен, чем метод прямого пре-
образования. Конструктивно тахометры, основанные на методе
сравнения, можно разделять на фрикционные, стробоскопические
и вибрационные.
Фрикционные тахометры работают на следующем принципе,
Оператор изменяет передаточное отношение фрикционного вариа-
тора до тех пор, пока редуцированпая частота вращения эталонно-
го двигателя не станет равной измеряемой частоте вращения.
Стробоскопические тахометры имеют ряд конструктивных ре-
шений. Наиболее удобны стробоскопы со световыми импульсами,
которыми периодически освещается торец вала испытуемого дви-
гателя. Частота сяетовых импульсов регулируется электронным
генератором таким образом, чтобы остановить вращение метки на
торце вала. Максимальная частота световых импульсов при этом
будет соответствовать частоте вращения.
16
В вибрационных тахометрах производятся сравнение измеряе-
мой частоты вращения с резонансной частотой вибраторов.
Частотный метод измерения состоит в преобравовании датчи-
ком измеряемой частоты вращения в частоту электрических им-
пульсов, измеряемых частотомером.
Тахометры могут иметь непосредственное соединение с испы-
туемым двигателем или быть бесконтактными. Для испытания
электродвигателей малой мощности используют бесконтактные
тахометры, так как они не создают нагрузку на валу испытуемо-
го двигателя, а следовательно, не искажают результаты испыта-
ний. В зависимости от типа примененного датчика тахометры мо-
гут быть индукционными, индуктивными, емкостными, радиоак-
тивными, фотоэлектрическими,
Методы измерения скольжения. Перечисленные методы изме-
рения частоты вращения не могут быть применены для определе-
ния скольжения асинхронной машины, поскольку ведут к большой
погрешности в измерениях. Это объясняется тем, что частота вра-
щения ротора асинхронных двигателей при номинальной нагруз-
ке близка к частоте сети (скольжение составляет несколько про-
центов). Поэтому даже незначительная погрешность в измерении
частоты вращения приведет к большой погрешности в определе-
нии скольжения. Необходимую точность в определении скольже-
ния $ можно получить, измеряя разность (пс—я), где пе — часто-
та вращения магнитного поля, а л —частота вращения ротора
s=100(ле — л)/ле. (1^)
Известно несколько способов измерения скольжения: ампер-
метром постоянного тока (для асинхронных двигателей с фазным
ротором), индукционной катушкой, стробоскопическим методом с
применением двухполюсного реактивного синхронного двигателя
и стробоскопическим методом с применением газоразрядной лам-
пы. Из перечисленных наиболее удобен и поэтому широко приме-
няется для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
стробоскопический метод с использованием газоразрядной лампы,
В этом методе на торце вала испытуемого двигателя укрепляется
диск с нарисованными на нем зачерненными секторами; количест-
во их зависит от числа пар полюсов двигателя. Диск освещается
газоразрядной лампой, питаемой напряжением той же частоты f\,
что н испытуемый двигатель.
В газоразрядных лампах свечение наступает тогда, когда при-
ложенное напряжение превышает определенное значение, назы-
ваемое порогом зажигания. Свечение является поляризованным,
т. е. в зависимости от направления тока светится один из элект-
родов. Для удобства проведения измерений целесообразно в цепь
лампы включать вентиль. Тогда диск будет освещаться только
одной вспышкой за период.
сттмдтттвтузд
Пр я частоте вращения ротора, совпадающей с частотой пи-
тающего двигатель напряжения (синхронный двигатель), ротор
при освещении его газоразрядной лампой будет казаться непо-
движным. В асинхронных двигателях из-за скольжения зачернен-
ные секторы на диске будут казаться медленно вращающимися в
сторону, противоположную вращению вала ротора. Если измерить
за произвольно заданный промежуток времени t (в секундах) ко-
личество оборотов Лд сектора на диске, то скольжение
«=пд/(^Л>- (1-5)
°)
Если асинхронный двигатель имеет р пар полюсов (т. е. р^ 1),
то на диске следует вычертить не один, а р секторов (рис. 1.3).
Этим достигается большая яркость
изображения секторов на диске.
Для получения более четкого изо-
бражения секторов на вращающемся
диске питание газоразрядной лампы
желательно производить не синусои-
дальным напряжением, а таким напря-
жением, форма кривой которой имеет
сильно заостренную форму. Получить
такое напряжение проще всего, если
включить в цепь питания газоразряд-
ной лампы реактор с насыщенным
сердечником и индуктивное сопротивление.
Ряс. 1.3. Эскиз диска для из-
мерения скольжения стробоско-
пическим методом прн числе по-
люсов асинхронного двигателя
2р=4 (а) и 2р=6 (б)
(.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
И ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ
Эффективность автоматизации испытаний. При серийном и мас-
совом производстве естественно стремление максимально автома-
тизировать производственный процесс, который включает в себя
и этап испытания электрических машин. Исследования показали,
что трудоемкость контрольных операций составляет до 13% тру-
доемкости изготовления электродвигателей. Средние нормы вре-
мени на проведение приемно-сдаточных испытаний одной элект-
рической машины средней мощности составляет 3...35 ч (для раз-
ных типов машин). На проведение приемочных испытаний одной
электрической машины требуется 48 ...250 ч. Средние нормы вре-
мени на обработку результатов приемо-сдаточных испытаний од-
ной машины составляют 0,6 ...4 ч, а на обработку приемочных
испытаний — 40 ... 90 ч. Естественно, что столь' высокая тру-
доемкость проведения испытаний и обработки их результатов за-
ставляет искать пути автоматизации испытаний и использования
ЭВМ.
Автоматизация испытаний электрических машин позволяет по-
лучить объективные и достоверные результаты испытаний, уско-
18
рнть проведение контрольных измерений н повысить производи-
тельность труда.
ЭВМ используются не только для обработки результатов испы-
таний, но и при управлении процессом испытаний, статистическом
контроле и анализе результатов испытаний (не только при выбо-
рочном, но и при сплошном контроле).
Автоматизация приемо-сдаточных испытаний. Из всех видов
электрических машин наибольший объем выпуска имеют асин-
хронные низковольтные двигатели. Поэтому в первую очередь был
автоматизирован процесс испытаний асинхронных двигателей.
С этой целью разработаны и внедрены на всех электромашино-
строительных заводах типовые проекты испытательных конвей-
еров.
Для контроля обмоток статоров асинхронных двигателей при-
меняется автоматизированная станция, которая состоит из ста-
нины с многопознционной вращающейся планшайбой. На план-
шайбе предусмотрены плиты для установки испытываемых стато-
ров и устройства, задающие программу испытаний.
Процесс испытания статоров осуществляется следующим обра-
зом. В автоматическом режиме измеряется активное сопротивле-
ние обмотки и проверяется правильность маркировки выводных
проводов, испытывается изоляция обмоток иа электрическую проч-
ность относительно корпуса и между обмотками, импульсным на-
пряжением испытывается межвитковая изоляция. Производитель-
ность испытательной станции 100—120 статоров в час.
Для проведения приемо-сдаточных испытаний асинхронных
двигателей применяют конвейерные испытательные станции двух
видов и универсальные испытательные стенды. Станция представ-
ляет собой замкнутый прямолинейный транспортный конвейер со
встроенными механизмами и электрооборудованием. На конвейер-
ной станции автоматически производятся следующие операции:
контроль обрыва обмоток двигателя, контроль сопротивления изо-
ляция обмоток двигателя относительно корпуса и между обмотка-
ми, обкатка двигателя при номинальном напряжении, испытание
межвитковой изоляции при напряжении 1,3 иц, контроль тока и
потерь холостого хода и короткого замыкания, испытание изоля-
ции обмоток на электрическую прочность относительно корпуса
и между обмотками.
В процессе испытаний электродвигатели автоматически отбра-
ковываются. Производительность станции 100... 120 электродвига-
телей в час.
В автоматизированный комплекс контроля входит и установка
для контроля вибраций электродвигателей. Опа состоит из стенда
с приспособлениями для установки и присоединения испытуемого
электродвигателя, механизма подъема и спуска, конусными виб-
роопорами с вибропреобразователями, панелью управления, шка-
фа управления с виброизмерительными приборами, аппаратурой
19
управления, блоками защиты и сравнения, плавного разгона и тор-
можения, источника питания с регулируемым напряжением,
Контроль вибрации осуществляется автоматически. Измерения
производятся в двух точках под подшипниковыми щитами. Сиг-
налы вибропреобразователей поступают на вход электронного
блока сравнения. Производительность установки контроля виб-
рации от 85 тыс, до 200 тыс. электродвигателей в год.
Рис, 1.4, Блок-схема установки для проведения приемочных или периоди-
ческих испытаний асинхронных двигателей малой мощности с высотой оси
вращения 50 мм:
1 — яидужцкоивый регулятор; ! — испытуемы* ялек-гродяигатель; 3 — маховые кас-
сы; 4 — преобразователь частоты вращения; 5 — фотоечхтыаятель; в — графопострои-
тель; 7 — алектронко вычислительная машина: в — электрифицированная пишущая
машина: 9 — блок обработки; /С — блок салом*; 11— датчики тока и напряжения;
12 — блок питания; 13 — блок веятяляция; /4 — блок управления индукционным ре-
гулятором; 15 — блох управления испытуемым дня га гелем; IS — блок коммутация
Конвейерные автоматические станции типа КД2-8 предназна-
чены для испытаний асинхронных двигателей с высотами оси вра-
щения 71... 100 мм. Технические данные этой станции: время цик-
ла 30 с; установленная мощность 240 кВ-А; габаритные размеры
8520X3000X3400 мм.
Полученные на описанном автоматическом испытательном кон-
вейере результаты приемо-сдаточных испытаний могут быть под-
вергнуты анализу с помощью ЭВМ с целью управления техноло-
гическим процессом (подробно об этом см. в гл. 8).
20
Автоматизация приемочных и типовых испытаний. Известны н
с успехом применяются автоматизированные установки для испы-
таний электрических машин с использованием ЭВМ. Блок-схема
одной из таких установок, используемых для приемочных или пе-
риодических испытаний асинхронных двигателей с короткозамкну-
тым ротором малой мощности с высотой оси вращения 50 мм, при-
ведена на рис. 1.4,
Рис, 1.5. Блок-схема автоматизирован-
ной станнин для типовых, приемочных
в периодических испытаний асинхрон-
ных двигателей от 0,5 до 5,5 кВт:
I — дкелетчерехвй пульт; 3 — «лфввгг-
во-цифровоВ двсплев; 3 — ЭВМ; 4 — ве-
чвмющее устройство; S — устройство вво-
да с перфоленты; t — устройство еопря-
жени» е объектом; 7 — графопостроитель;
8 — датчик переменного напряжения; 9 —
датчик постоянного напряжения; 10— дат-
чик напряжения переменного токи; И —
датчик активной мощности; !3 — двтчи
реактивное мощности; 13 — датчик час-
тоты; /4 — датчик оборотов; is — «сон-
тываемая электрическая ывшввв
На установке автоматизированные испытания электродвигате-
ля проводятся по следующей программе: измерение сопротивления
обмоток; снятие характеристики короткого замыкания, механиче-
ской и рабочей характеристики и характеристики холостого хода.
Испытуемый двигатель 2 закрепляют на нагрузочной установ-
ке, предназначенной для’ совмещения вала двигателя с осью ма-
ховых масс 3, создающих динамическую нагрузку. Вал двигателя
соединяется также с валом датчика частоты вращения.
Снятие механических и рабочих характеристик производят в
процессе разгона электродвигателя. При этом сопротивление об-
моток соответствует установившейся температуре, полученной при
испытании на нагревание. Эта температура достигается автома-
тически в режиме короткого замыкания. Для проведения опыта
холостого хода электродвигатель отсоединяют от маховых масс.
Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) 7 в соответствии
с записанной программой осуществляет управление испытатель-
ным комплексом, переводит испытуемый электродвигатель в раз-
личные испытательные режимы, коммутирует измерители, прини-
мает информацию от измерителей электрических и неэлектриче-
ских величия, осуществляет необходимые вычисления и выдает об-
21
рэботанную информацию на печать. Измеритель электрических
величин посылает через соответствующие блоки в ЭВМ мгновен-
ные значения измеряемых величин через равные промежутки вре-
мени с большой частотой. В ЭВМ эти данные обрабатываются и
выдаются на электрифицированную пишущую машину 8 или на
графопостроитель. Для построения кривых используются дейст-
вующие значения измеренных электрических величин,
Ряс. 1.6. Блок-схема АСИ синхронных машин средней мощности:
1 — кажоплтель в« магяятвых днсквх (НМД): 2 —кяяал прямого доступ а * память; 3 —
основное оперативное тапомияающее устройство (ОЗУ); < —процессор; S — диспетчер; f —
дополи ктельЛе ОЗУ: 7 — графопостроитель (ГП); 8—магнитограф; S —общая шина; 10 —
дополеительвы! НМД; Н — накопитель на маглитной ленте; Ч — влфввитио-цнфропеча-
тающее устройство; 13—IS — устройство вводв-выводв е перфолент и перфокарт; tt — ал-
фаиятно цифровой дисплей (АЦД); 17 — консоль оператора; Г8 — мики-ЭВМ; 13 — устрой-
ство связи (УС); 30. 31 — малоканальные подсистемы «налогового и дискретного ввода
АКБ-АД; п. 73—малоканальные подсистемы аналогового я дкскретиого ввода АКБ-АД;
31 — акалого-цкфровые преобразователи (АЦП); 1S — подсистем интегрирования. 28— дат-
чижи, приборы, пульт управления; 27 — испытуемая ялектрвческаи матова
На рассмотренной автоматизированной установке приемочные
или типовые испытания одного двигателя без графопостроения
занимают 15 мин, а с графопостроением — 40 мин.
Автоматизированная станция для приемочных, типовых, и пе-
риодических испытаний разработана также для асинхронных
двигателей большей мощности (от 0,5 до 5,5 кВт). Процесс ав-
томатизации испытаний проводится в два этапа. Цель первого
этапа — повышение точности определения характеристик электро-
двигателей и сокращение малопроизводительного труда. На этом
этапе проводят испытания двигателей на нагревание и определи-
22
ют сопротивления обмоток при постоянном токе и в холодном со-
стоянии, характеристики холостого хода, рабочие, короткого замы-
кания и механическую, а также вероятность безотказной работы,
На втором этапе операции снятия показаний приборов заме-
нены обработкой информации на ЭВМ (рис. 1.5). В качестве дат-
чиков тока, напряженка, активной и реактивной мощности выбраны
преобразователи типов Е-824, Е-827 и Е849.
Для проведения испытаний электродвигателей на описанной
станции требуется только один оператор. Станция используется
на производственном объединении «Запэлектромаш».
Система автоматизированных испытаний (АСИ) синхронных
машин средней мощности (рис. 1.6) позволяет проводить испыта-
ния синхронных машин по программе ГОСТ 10169.
Для реализации АСИ разработан ряд алгоритмов и программ,
в том числе: аналитическое описание характеристики холостого
хода, определение параметров синхронной машины с использова-
нием диаграммы Потье, определение потерь в КПД, определение
переходных и сверхпереходных параметров из опыта внезапного
короткого замыкания (в.к.з.), определение гармонических состав-
ляющих сложных периодических функций и др.
Следует заметить, что аналогичные системы автоматизирован-
ных испытаний широко применяются за рубежом (США, Велико-
британия н др.).
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение понятию «качество электрических машин».
5. На какие группы можно разделить показатели качества?
3 Какие группы показателей качества требуют для проверки проведения
испытаний?
4. Какие основные технические требования к показателям качества, при-
водимые обычно в стандартах, требуют проверки путем испытания электрической
машины?
5. Почему необходимо стандартизонывать методы испытаний?
6. Какие стандарты на методы испытаний являются общими для всех видов
электрических машин?
7. Какие имеются стандарты на методы испытаний отдельных видов ма-
шин?
8. Какие виды испытаний устанавливает основной стандарт на электриче-
ские машины—ГОСТ 183?
9. В чем отличие приемочных испытаний от приемо-сдаточных?
10. Когда следует проводить периодические испытания?
11. В каких случаях необходимо проводить типовые испытанна?
12. Для чего нужны квалификационные испытания?
13. Какого класса точности электроизмерительные приборы следует приме-
нять при испытаниях?
14. Какая часть шкалы электро измерительных приборов должна использо-
ваться при намерениях для получения необходимой точности измерений?
15. Почему при использовании нескольких измерительных приборов реко-
мендуется производить отсчеты по ним одновременно?
16. Какие существуют методы измерения вращающего момента?
17. Из каких основных узлов состоят тормозные моментомеры?
18 Какова принципиальная конструкция электромагнитных тормозов?
23
19- На какой принципе освоаан динамический метод измерения вращающих
моментов и каким способом достигается увеличение времени разбега электро-
двигателя при использовании этого метода?
20. Что такое балансирная машина и как она используется в качестве зле-
ктромашииного тормоза?
21 Как можно получить механическую характеристику асинхронного дви-
гателя в ее неустойчивой части с помощью балансирной машины постоянного
тока?
22. Какие применяются методы измерения частоты врищения электрических
машин?
23. Основные типы тахометров и их принцип действия.
24. Почему любые методы измерения частоты вращения не могут быть ис-
пользованы для измерения скольжения асинхронных двигателей?
25. В чем заключается стробоскопический способ измерения скольжения
асинхронных двигателей?
2ё. Каким напряжением следует питать газоразрядную лампу при исполь-
зования стробоскопического метода измерения скольжения асинхронного дви-
гателя и почему?
27. Каковы основные принципы автоматизации испытаний электрических
машин?
28, Какова трудоемкость проведения и обработки результатов приемо-сда-
точных и приемных испытаний без автоматизации этих процессов н без приме-
нения ЭВМ?
29. Какие испытания можно проводить на автоматизированной станцня конт-
роля обмоток статоров?
30. Как устроены конвейерные испытательные станции и какие испытания
на них проводят?
31 Какова производительность конвейерных испытательных станций при
проведении приемо-сдаточных испытаний асинхронных двигателей?
32. Какие основные элементы входят в блок-схемы установок для автома-
тизированных приемочных испытаний асинхронных двигателей с применением
33. Какие испытания синхронных машин средней мощности позволяет про-
вести автоматизированная система, блок-схема которой приведена на рис. 1.6?
34, Какие два основных специфических требования по технике безопасности
следует выполнять при испытании электрических машин?
35. Какие требовании по технике безопасности надо выполнять прн иепы-
танин обмоток на электрическую прочность?
36. Какие меры безопасности надо принимать, когда электрическая маши-
на впервые включается на испытательной станции после участка сборки на за-
воде?
37. Какие меры безопасности надо принимать, испытывая электрические
машины при повышенной частоте вращения?
38. Какие огнетушители следует применять при испытании электрических
машин: «сухие» или пенные?
39. С какой целью устанавливаются видимые разрывы в целях высокого и
низкого напряжения и выполняются блокировки ограждений?
40. Что называется отказом электрической машины?
41. Каким количественным показателем надежности харяктернзуется безот-
казность работы электрической машины?
42. Дайте определение понятию «надежность электрической машины».
43. Дайте определение понятию «долговечность электрических машян».
44, Дайте определение понятию «ремонтопригодность электрических машин»,
45. Дайте определение понятию «сохраняемость электрических машин».
ГЛАВА 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД. ИСПЫТАНИЯ МАШИН
ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ
И КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПЕРЕГРУЗКЕ ПО ТОКУ
2,1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТУЕМЫМ МАШИНАМ.
СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПОТЕРЬ
Основные требоваап к испытуемым мшивши. Методы определе-
ния потерь и КПД вращающихся электрических машин регламен-
тированы ГОСТ 25941, основные предписания которого рассмат-
риваются в настоящей главе.
При испытаниях для определения потерь и КПД электрическая
машина должна быть в исправном состоянии и работать с уров-
нями вибраций и шумов, не превышающих норму. Подшипники,
подпятники, коллекторы, контактные кольца и щетки машины сле-
дует приработать и начинать испытания при установившейся тем-
пературе опор (подшипников, подпятников). В случае, если не-
посредственное измерение температуры опор невозможно, машина
должна до начала испытаний проработать без нагрузки при номи-
нальной частоте вращения в течение времени, указанного в табл.
2.1.
Таблица 2.1
Мощность машнм, «Вт (кВ А) Продолжительность вращения наппш. нив
при периодических яслытааиае их е под- ширинками качение или приемо-сдаточных велытаииях с подшнпвнжама скольжения при прией о-сдаточ- ных яспынямях нх с подлипши как к ка» чеиия -
До 1 10 5
1 ... 10 30 15
10 ...100 60 30
100 ...1000 120 60
Свыше 1000 240 120
При приемо-сдаточных испытаниях машин на автоматизирован-
ных конвейерах для обеспечения необходимого ритма испытаний при
их массовом производстве допускается (хотя и за счет снижения
точности измерения) уменьшить время обкатки машин перед из-
мерением потерь: для машин до 10 кВт —до I мин; для машин
мощностью 10... 100 кВт —до 2 мин. Следует, чтобы щетки на кол-
лекторах находились в положении, соответствующем условиям
эксплуатации машины; однако при определении потерь в стали
щетки необходимо поставить на линию геометрической нейтрали
25
(если это допускает конструкция машины). Устройства дляавто-
матического регулирования напряжения иля частоты вращения,
не являющиеся неотъемлемыми частями машины, следует из дей
ствня вывести, При определении потерь и КПД имеет значение
температура окружающей среды; поэтому, чтобы не вносить по-
правок в измеренные значения отдельных потерь и КПД, рекомен-
дуется проводить такие испытания при температуре окружающей
среды 1О...ЗО’С.
Составляющие потерь. В электрических машинах можно выде-
лить следующие составляющие потерь: Рмех— механические; Ре —
в стали (к ннм же можно отнести добавочные потери холостого
хода); Рм — электрические в основных обмотках; Р,-на возбуж-
дение; Рщ —электрические в щетках; Рд —добавочные при на-
грузке.
Определения перечисленных составляющих известны из курса
«Электрические машины»; однако для нахождения потерь при ис-
пытаниях необходима конкретизация этих определений.
Механические потери обусловлены трением всех видов во вра-
щающейся машине, в частности; в подшипниках, подпятниках и
уплотнениях вала (для герметичных машин), щеток на коллекто-
рах и контактных кольцах, вращающейся части машины о среду,
заполняющую полость машины, в каналах вращающейся части,
обусловленные работой вентиляторов, водяных и масляных насо-
сов и всяких иных механизмов, приводимых в действие от вала
испытуемой машины и предназначенных только для обслуживания
этой и.ашины.
Потерн в стали и добавочные потери холостого хода обуслов-
лены гистерезисом и вихревыми токами при перемагничивании
сердечника якоря, а также вихревыми токами на поверхностях
сердечников от разного рода пульсаций магнитного поля при от-
сутствии нагрузки машины и вихревыми токами во всех прочих
частях машины, активных и конструктивных, потоками рассеяния
при холостом ходе.
Электрические потери в основных обмотках равны произведе-
нию PR, где R — суммарное сопротивление обмотки якоря и дру-
гих обмоток, соединенных последовательно с якорем; / — ток в це-
пи обмотки якоря, Сопротивление обмоток измеряется при посто-
янном токе и приводится пересчетом к расчетной рабочей темпе-
ратуре; эти температуры составляют 75°С —для классов изоля-
ции А, Ей В и 1 !5°С— для классов изоляции F и И.
В случае, когда измерение сопротивления практически невоз-
можно из-за малого его значения, допустимо вычисление его по
геометрическим размерам соответствующей обмотки, а случаях,
если измерить сопротивление не представляется возможным из-за
механической недоступности (например, в обмотке короткозамк-
нутого ротора асинхронного двигателя), применяются косвенные
методы определения потерь в таких обмотках. Так, потери в об-
26
мотке короткозамкнутого ротора Рщ определяют хак произведе-
ние электромагнитной мЬщности Р»м (передаваемой со статора на
ротор) на скольжение:
Ри2=Р,кз. (2.1)
Электромагнитная мощность Р»м вычисляется как разность между
подводимой мощностью Pi и потерями в стали Рс (включая до-
бавочные потери при холостом ходе) и основными потерями в об-
мотке статора Рщ:
P^Pi-Pe-P^. (2.2)
Потери на возбуждение равны произведению /»’/? (Я* — со-
противление цепи обмотки возбуждения) и создаются током /»
возбуждения как в самой обмотке возбуждения, так и в постоян-
но соединенных с нею сопротивлениях, предназначенных для ре-
гулирования или ограничения тока возбуждения. Если обмотка
возбуждения питается непосредственно от напряжения на выво-
дах возбуждаемой машины, то потери на возбуждение вычисля-
ются как произведение этого напряжения на ток возбуждения.
Электрические потери в щетках выделяются в переходных кон-
тактах щеток на коллекторе или контактных кольцах и равны
произведению тока на падение напряжения в переходном слое
условно принимаемое не зависящим ни от тока, ни от полярно-
сти контакта и равное на один контакт; для угольных и графит-
ных щеток Д(/=1 В, для металлоугольиых или металлографитных
щеток AU=0,3 В.
Добавочные потери при нагрузке связаны в основном с вих-
ревыми токами в активных и конструктивных частях машины от
полей рассеяния, создаваемых током нагрузки. Оценить точно эти
потери достаточно сложно, а порой невозможно. Поэтому для
всех электрических машин (кроме мощных асинхронных) эти по-
тери оцениваются приближенно в процентах от отдаваемой мощ-
ности (для генераторов) и от подводимой (для двигателей) в со-
ставляют в машинах постоянного тока некомпенсированных и кол-
лекторных переменного тока—1,0%, постоянного тока компенси-
рованных, синхронных (до 100 кВ«А) и асинхронных бесколлек-
торных —0,5%.
При нагрузках, отличных от номинальных, добавочные потери
устанавливают пропорционально квадрату тока в рабочей об-
мотке.
Для синхронных машин свыше 100 кВ-А добавочные потери
определяют опытным путем вместе с основными потерями в цепях
рабочих обмоток; сумму этих потерь называют потерями коротко-
го замыкания.
Добавочные потери при нагрузке могут быть получены нахож-
дением потребляемой и отдаваемой мощности или методом взаим-
27
ной нагрузки путем вычитания из измеренных полных потерь сум-
мы остальных составляющих потерь.
Для машин постоянного тока добавочные потерн при больших
частотах вращения (в продолжительном режиме работы), отли-
чающихся от номинальной в 1,5; 2; 3 и 4 раза, следует находить
умножением добавочных' потерь при номинальной частоте враще-
ния соответственно на коэффициенты 1,4; 1,7; 2,5 и 3,2.
Потерн и КПД электрических машин определяются непосред-
ственным или косвенным методом. Метод непосредственного опре-
деления менее точен, чем косвенный, поэтому его рекомендуют
применять лишь для электрических машин с относительно малым
значением КПД — не более 85%. Недостаточная точность этого
метода объясняется большей относительной погрешностью при со-
поставлении близких по величине параметров (подводимой и от-
даваемой мощности) и некоторой нестрогостью следующего вы-
нужденного требования ГОСТ 25941 «Испытание для определе-
ния КПД непосредственными методами должно проводиться
при температуре машины по возможности более близкой к той,
которая достигается в конце периода работы, установленного но-
миналъным режимом. Не следует вводить никаких поправок на
изменение сопротивления обмоток от нагревания».
В связи с большей точностью косвенного метода его можно
применить и для электрических машин со значениями КПД ме-
нее 85%.
МЕТОДЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО И КОСВЕННОГО
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ И КПД
Методы непосредственного определения потерь и КПД, Для
непосредственного определения потерь и КПД используют следую-
щие методы.
Метод измерения механической мощности. Механическая мощ-
ность на валу машины определяется как произведение измерен-
ного вращающего момента на угловую частоту вращения. Эта
мощность в случае двигателя является отдаваемой, а в случае ге-
нератора — подводимой.
Вращающий момент находят с помощью динамометра, а при
испытании двигателя также с помощью электромагнитного, меха-
нического или гидравлического тормоза,
Метод измерения электрической мощности. Он применяется
при необходимости определить потери и КПД агрегата, состоя-
щего, как минимум, из двух механически соединенных машия
(двигатель — генератор). С помощью электроизмерительных при-
боров находят подводимую и отдаваемую мощность агрегата; раз-
ность их определяет полные потери в машинах, составляющих аг-
регат.
28
Метод тарированной вспомогательной машины. Испытуемая ма-
шина соединяется с тарированной; в зависимости от того, двига-
телем или генератором является испытуемая машина, тарирован-
ная машина должна быть соответственно генератором или двига-
телем. Тарирование вспомогательной машины, т. е. определение
ее подводимой и отдаваемой мощности, производится (для повы-
шения точности) методом отдельных потерь.
При испытании двигателя КПД находят как отношение сум-
мы мощности, отдаваемой тарированной машиной, и потерь в ней
к мощности, подводимой к испытуемой машине. При испытании
генератора КПД определяется как отношение мощности, отдавае-
мой испытуемой машиной, к разности между мощностью, подво-
димой к тарированной машине, и потерями в ней.
При всех перечисленных методах непосредственного определе-
ния КПД его находят по формуле
^(Рз/Pj 100, (2.3)
где Pt и Pj —соответственно подводимая и отдаваемая мощно-
сти.
Методы косвенного определения потерь я КПД. Косвенный ме-
тод определения потерь и КПД, называемый также методом от-
дельных потерь, основан на том, что опытным или расчетным пу-
тем находят отдельно каждый вид потерь, суммируют их, а КПД
рассчитывают по формуле
1=(1 -Pj/Pt) 100=11 -Ps/(P3+PB)] <2-4)
где Pt —сумма потерь.
Известны следующие методы косвенного определения потерь
и КПД.
Метод взаимной нагрузки. Две одинаковые машины соединя-
ются механически и электрически таким образом, что одна из них
работает в режиме двигателя и передает всю развиваемую ею
механическую мощность второй машине, работающей в режиме
генератора и возвращающей всю генерируемую ею электрическую
мощность первой машине. Тогда сумма потерь в одной машине
может быть определена по формуле
Р2)/2. (2.5)
Метод динамометра или тарированного двигателя. Испытуемая
машина приводится во вращение динамометром или тарирован-
ным двигателем с номинальной частотой вращения и возбуждает-
ся от независимого источника. Этот способ применяют для машин
постоянного тока и синхронных для определения потерь в стали
в механических, а также суммы основных потерь в обмотке яко-
ря и добавочных потерь синхронных машин мощностью свыше
100 кВ-А.
29
При использовании для измерений динамометра искомые поте-
ри находят произведением вращающего момента на частоту вра-
щения.
Сумму потерь в стали и механических определяют следующим
образом. Вращая испытуемую машину с помощью тарированного
двигателя при разомкнутой обмотке якоря, регулируют ток воз-
буждения от наибольшего напряжения (при котором производит-
ся испытание межвитковой изоляции на электрическую проч-
ность) до напряжения, соответствующего остаточному намагни-
чиванию при разомкнутой обмотке возбуждения. Измеряют мощ-
ность, подводимую к тарированному двигателю, и все потери в
нем.
Разделение суммы потерь на потери в стали и механические
производят так же, как при способе вращения в режиме ненагру-
женного двигателя,
Сумма основных электрических потерь в обмотке якоря и до-
бавочных потерь синхронной машины мощностью свыше 100 кВ-А
определяется следующим образом. Регулируя ток возбуждения,
изменяют ток в замкнутой накоротко обмотке якоря испытуемой
машины от значения не менее 125% номинального тока до значе-
ния, соответствующего остаточному намагничиванию при разомк-
нутой обмотке возбуждения. При этом измеряется мощность, под-
водимая к тарированному двигателю, и другие величины, необ-
ходимые для определения потерь в нем,
Сумму механических, основных электрических в обмотке яко-
ря, в переходных контактах щеток и добавочных потерь определя-
ют, вычитая из мощности, подводимой к тарированному двигате-
лю, все потери в нем. При необходимости выделить из этой сум-
мы механические потерн следует построить зависимость потерь
от квадрата тока в цепи якоря; нижняя прямолинейная часть по-
строенной зависимости, экстраполированная на нулевое значение
тока цепи якоря, отсекает на оси ординат механические потери.
Если из оставшихся потерь требуется выделить добавочные поте-
ри в синхронной машине, следует немедленно после окончания
опыта измерить температуру обмотки якоря. Тогда основные эле-
ктрические потери в обмотке якоря можно рассчитать, как произ-
ведение количества фаз на квадрат тока в цепи якоря и на со-
противление одной фазы, приведенное к измеренному значению
температуры. Добавочные потерн можно получить, вычтя из сум-
мы потерь (основных и добавочных) основные потери.
Метод непогруженного двигателя. Этим способом можно опре-
делить потери в стали и механические в машинах всех видов,
допускающих вращение в режиме ненагруженного двигателя. Ис-
пытуемую машину вращают вхолостую с номинальной частотой
пря изменяемом напряжении от значения, при котором обычно
снимается характеристика холостого хода, ио не менее 110% но-
минального напряжения, и до наименьшего напряжения, обеспе-
30
чивающего устойчивое вращение с этой частотой. При испытании
машин переменного тока напряжение должно быть практически
синусоидальным и симметричным,
В асинхронных машинах, работающих в режиме холостого хо-
да, коэффициент мощности имеет малые значения. Поэтому для
повышения точности измерений потребляемой мощности рекомен-
дуется применять специальные ваттметры, которые предназна-
чены для измерения коэффициента мощности при низких зна-
чениях.
В крупных машинах переменного тока с большими маховыми
массами трудно добиться успокоения стрелок приборов схемы из-
мерения мощности. В таких случаях допускается измерение мощ-
ности заменить измерением энергии, израсходованной за опреде-
ленный промежуток времени. При этом предпочтительно опреде-
лить продолжительность заданного количества оборотов диска
счетчика.
Необходимое в этом опыте постоянство частоты вращения до-
стигается в машинах переменного тока поддержанием постоянст-
ва частоты приложенного напряжения, а в машинах постоянного
тока —регулированием тока возбуждения. Возбуждение синхрон-
ных машин и машин постоянного тока при любой системе воз-
буждения должно производиться от независимого источника.
В машинах постоянного тока со смешанным возбуждением после-
довательную обмотку следует отключать. В синхронных машинах
возбуждение следует регулировать так, чтобы при каждом значе-
нии приложенного напряжения потребляемый ток был минималь-
ным.
При проведении опыта в машинах постоянного тока измеряют
приложенное напряжение, потребляемый ток и частоту вращения,
а в машинах переменного тока, кроме того, — частоту и подводи-
мую мощность.
Для определения искомой суммы потерь в стали и механиче-
ских следует вычесть из измеренной подводимой мощности основ-
ные электрические потери, создаваемые в обмотках рабочей цепи
машины потребляемым при опыте током, и потери в переходных
контактах щеток. При расчете основных электрических потерь,
равных произведению квадрата тока в рабочей цепи машины на
ее сопротивление, последнее должно быть измерено немедленно
по окончании опыта.
Разделение суммы потерь в стали и механических на состав-
ляющие производят, строя зависимость суммы потерь в стали и
механических (Рс4-РМех) от квадрата приложенного напряжения
(рис. 2.1). Нижняя прямолинейная часть построенной зависимо-
сти, экстраполированная на нулевое значение приложенного на-
пряжения, отсекает на оси ординат механические потери, так как
прн напряжении, равном нулю, потерн в стали также равны
нулю.
31
В машинах постоянного тока с номинальным напряжением ни-
же 100 В сумму потерь в стали и механических строят в зависи-
мости от квадрата ЭДС в якоре.
Методы самоторможения и калориметрический. Эти методы
достаточно сложны и имеют ограниченную область применения —
лишь для гидрогенераторов с вертикальным валом. Поэтому под-
робно эти методы не рассматриваются.
При использовании метода самоторможения испытуемая ма-
шина подвергается свободному выбегу и затормаживается поте-
рями в ней или какой-либо на-
Рис. 2.1. Разделение суммы потерь в
стали в механических ва составляю-
щие;
—яиряжеявв (ЭДС) холостого хо-
да; 1 - (РС+РЯ„)=/(*М; 1 - (Ре+
+р„„)-^(ад
тодом.
грузкой, поддающейся достаточ-
но точному измерению. Потери
определяются отрицательным ус-
корением самоторможения в мо-
мент прохождения частоты враще-
ния через номинальное значение.
P^—Cn^dnldt. (2.6)
где Р — потери, Вт; пк — номи-
нальная частота вращения,
об/мин; C=4nV/3600 — посто-
янная самоторможения, Дж.
При использовании калори-
метрического метода потери в
испытуемой машине определяют
по количеству теплоты, создавае-
мого потерями в машине. Потери
вычисляются как произведение
расхода охлаждающей среды на
ее теплоемкость и на превышение ее температуры с учетом тепло-
ты, рассеиваемой в окружающую среду, Потери могут быть также
определены путем определения тарировочной характеристики,
представляющей зависимость превышения температуры охлажда-
ющей среды от потерь, выделяемых в машине, при условии, что
потери могут быть измерены непосредственно электрическим ме-
11 ИСПЫТАНИЯ МАШИНЫ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ
И КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПЕРЕГРУЗКЕ ПО ТОКУ
Испытания машины при повышенной частоте вращения. Про-
верка механической прочности вращающихся частей машины —
одно из ответственных испытаний электрических машин. ГОСТ
183 устанавливает величину повышенной частоты вращения при
испытаниях, которая в большинстве случаев превышает на
20% предельную номинальную частоту вращения. Повышенная
32
частота вращения выдерживается в течение 2 мин, затем плавно
понижается до полной остановки машины. После окончания ис-
пытаний необходимо провести тщательный осмотр всех вращаю-
щихся частей машины: коллектора, контактных колец, бандажей,
обмоток и т. п., проверить биение коллекторов или контактных
колец.
Если испытания машины проводятся в режиме генератора, то
необходимая повышенная частота вращения создается приводным
двигателем. При испытании в режиме двигателя повышение час-
тоты вращения достигается для коллекторных машин постоянного
или переменного тока изменением сопротивления цепи обмоток
возбуждения или напряжения, подводимого к якорю, для бескол-
лекторных машин переменного тока (асинхронных, синхронных) —
повышением частоты питающего напряжения.
Нарушение механической прочности вращающихся частей ма-
шины более вероятно, если машина находится в нагретом состоя-
нии, поэтому если в программу входит испытание на нагревание,
то оно должно предшествовать испытанию при повышенной час-
тоте вращения.
Можно провести испытание при повышенной частоте враще-
ния нескольких машин, механически соединенных в агрегат.
В этом случае одна из машин агрегата должна работать в режи-
ме двигателя.
Многоскоростные двигатели с несколькими номинальными час-
тотами вращения испытываются при повышенной частоте враще-
ния по отношению к наибольшей номинальной частоте вращения.
В целях безопасности испытателей частоту вращения при ис-
пытании следует измерять дистанционными методами.
Испытания машины при кратковременной перегрузке по току.
Кратковременные перегрузки по току возможны во всех типах
электрических машин. Влияние на механическую прочность уз-
лов машины таких перегрузок проверяется во время испытаний.
Для бесколлекторных машин переменного тока кратковремен-
ная перегрузка по току может привести к ослаблению крепления
лобовых частей обмоток и нарушению места соединений секций
обмоток. Эти машины испытываются полуторакратным номиналь-
ным током в течение 2 мин (при непосредственном охлаждении
обмоток — в течение 1 мин).
Наибольшую опасность представляет кратковременная пере-
грузка по току для машин постоянного тока, в результате кото-
рой возможно ухудшение коммутации и нарушение паяных соеди-
нений, в частности петушков коллектора. Обычные машины по-
стоянного тока испытываются полутора кратным номинальным то-
ком в течение 1 мин, а возбудители с кратностью предельного на-
пряжения к номинальному 1,6 — двукратным номинальным током
в течение 1 мин.
Испытания при кратковременной перегрузке по току следует
? I •кйерг О. Д. 33
проводить на нагретой машине, поэтому их лучше осуществлять
после испытания на нагревание.
Кратковременная перегрузка но току проводится при понижен-
ном напряжении и даже в режиме короткого замыкания.
В машинах постоянного тока со смешанным возбуждением и
последовательной обмоткой, включенной встречно параллельной,
при перегрузке током вероятно недопустимое повышение частоты
вращения, для предотвращения которого при испытаниях отклю-
чают последовательную обмотку.
Следует иметь в виду, что ухудшение коммутации при кратко-
временной перегрузке по току не опасно при условии ее восстанов-
ления в том же классе после окончания испытания.
Вопросы для самопроверки
1. Капле требования предъявляют к электрической машине перед испыта-
ниями ее для определения потерь и КПД?
2. Для чего нужна предварительная обкатка электрической машины?
3. Какой должна быть температура окружающей среды при определении
потерь и КПД электрических машин?
4, Какие слагаемые входят в сумму потерь электрических машин?
5. Какие два принципиально различных метода применяются для опреде-
ления КПД электрических машин?
6. До каких номинальных значений КПД электрических машин можно поль-
аоваться непосредственным методом определения КПД?
7. Какие три метода применяются для непосредственного определения
КПД?
8. В чем заключается метод взаимной нагрузки при косвенном определении
потерь я КПД?
9. В чем заключается метод динамометра или тарированного двигателя
при косвенном определения потерь и КПД?
10. В чем заключается метод ненагруженного двигателя при косвенном оп-
ределении потерь и КПД?
11. Ках произвести разделение суммы потерь в стали к механических, полу-
ченных на опыта ненагружениого двигателя на составляющие?
12. Для расчета основных электрических потерь в обмотках электрических
машин каким должно приниматься сопротивление обмотки?
13. В чем заключается метод самоторможения, используемый для косвенно-
го определения потерь и КПД?
14. В чей заключается калориметрический метод, используемый для косвен-
ного определения потерь и КПД?
15, Какова цель испытания электрических машин при повышенной частоте
вращения?
16. На сколько процентов повышается при испытаниях частота вращения
машины сверх номинальной я в течение какого времени она выдерживается,
как затем понижается f
17. Как получить повышенную частоту вращения при испытания электриче-
ских двигателей?
18. Как получить повышенную частоту вращения при испытания электри-
ческих генераторов?
19. В какой последовательности следует проводить испытания при повы-
шенной частоте вращения, на нагревание, электрической прочности корпусной
к межвнтковой изоляции?
20. На что может повлиять кратковременная перегрузка по току в бескол-
лекторных машинах переменного тока?
34
21. На что может повлиять кратковременная перегрузка по току в мата-
ках постоянного тока?
22. Каковы кратность тока и продолжительность его воздействия при ис-
пытаниях обычных электрических машин?
23. Какова должна быть последовательность испытаний на кратковремен-
ную перегрузку по току н ва нагревание?
24, Допустимо ли в процессе испытаний пря кратковременной перегрузке
по току машин постоянного тока некоторое ухудшение коммутация, если после
окончания испытаний она восстановится в том же классе?
ГЛАВА 3
ИСПЫТАНИЕ НА НАГРЕВАНИЕ
3,1. УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ НА НАГРЕВАНИЕ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Условия испытания на нагревание. Тепловое состояние элект-
рической машины при работе с номинальной нагрузкой я в номи-
нальном режиме имеет решающее значение для оценки резуль-
татов ее испытаний и исследований. Цель испытания на нагре-
вание-проверка соответствия температуры различных частей ма-
шины требованиям стандартов или технических условий, а при
исследованиях — определение зависимости температуры машины
от изменения нагрузки или других параметров, влияющих на теп-
ловое состояние машины. Поэтому испытаниям на нагревание под-
вергают все вида электрических машин. ГОСТ 25000 устанавли-
вает методы испытаний на нагревание, а ГОСТ 183 определяет
предельные длительно допускаемые превышения температуры ча-
стей электрических машин при различных способах измерения тем-
пературы.
В табл. 3.1 приведены предельные длительно допускаемые тем-
пературы (°C) частей электрических машин с изоляционными ма-
териалами классов нагревостойкости А, Е, В, F и Я. В дополнении
к приведенным данным следует отметить, что превышение темпе-
ратуры неизолированных обмоток, непрерывно замкнутых на се-
бя, и сердечников или других стальных частей, не соприкасаю-
щихся с изолированными обмотками, не должно достигать значе-
ний, которые создавали бы опасность повреждения этих элемен-
тов и соседних с ними частей.
При проектировании электрических машин или их модерниза-
ции проводят исследования тепловых полей, измеряют расходы и
скорости охлаждающих газов или жидкостей, соответствующих
разным вариантам конструкции-или системы охлаждения.
Испытания на нагревание следует пронодить при температуре
охлаждающей среды, соответствующей требованиям стандартов
Или технических условий на конкретные виды электрических ма-
шин.
2*
35
Во время испытаний необходимо контролировать: электриче-
ские величины, частоту вращения, температуру и давление охлаж-
дающей среды, температуру обмоток и других частей машин. При
испытании отклонения параметров режима от установленных зна-
чений не должны превышать следующих величин:
Ток, %............................................
Напряжение, % .......................... . . . .
Ток возбуждения, % ..............................
Частота вращения, % .............................
Температура охлаждающей жидкости, °C.............
Температур* охлаждающего газа, °C ........ .
Давление газа, МПа...............................
Расход охлаждающей жидкости, %............... .
±3,0
±2,0
±1,0
±0,5
±1.0
±0,01
±10,0
Режимы работы электрических машин. Электрические машины
могут работать в различных номинальных режимах. ГОСТ 183
классифицирует все возможные режимы их работы.
Рве. 3.1. Кривые взмевевия Р, &Р в в при работе
электрической машины в продолжительном (в) и
кратковременном (б) вомияалъных режимах
Режим 81— продолжительный номинальный (рис. 3.1, а), дли-
тельность N которого такова, что при неизменных мощности Р
нагрузки и потерях ДР превышения температур 0Иакс всех частей
машины над практически неизменной температурой охлаждаю-
щей среды достигают практически установившихся значений. Под
термином «практически установившаяся температура* понимается
температура в, измерение которой не превышает ГС в течение часа
при условии, что нагрузка машины и температура охлаждающей
среды остаются практически неизменными, а под термином «прак-
тически неизменная температура охлаждающей среды» понимается
температура среды, изменяющаяся не более чем на ГС в час для
газообразной охлаждающей среды и 0,5°С для жидкой.
Режим 82— кратковременный номинальный (рис. 3.1, б).
В этом режиме периоды неизменной нагрузки чередуются с пери-
36
блина ЗА методой тер- молриемннков 60/100/125 •J f е X 80/100/т— 80/100/— 1 1 1
Та ШЛЯ методом со- □ротмвлевня 80/100/125 70/85/125 70/85/125 70/85/— 90/110/135 90/110/135 U* 2 е е ос 1
методом м е ы я о 1 к 1 If с ю о ' 1 1 1 90/110/135 80/110/125
1 методом 1 терма- приемни- ков 60/70 1 1 1 1
Класс AfE 1 t а а м is !” 60/70 U5 1ft « Г*» г-« Г-» О С? О ю СО СО 1 C8/S9 60/75
методом □ s. н h ж 1 m tft 1/3 <© JO о о о m LO со 1 65/80 60/75
Части электрических машин Обмотки переменного тока машин мощ- ностью 5000 кВ-А и выше или с длиной сердечника 1 и н более иомотки переменною тока машин мшц- ностыо менее 5000 кВ-А или с длиной сер- дечника менее 1 и Обмотки возбуждения машин, кроме ука- занных а п. 3, 4 и 5 настоящей таблицы Якорные обмотки, соединенные с коллек- тором Обмотки возбуждения неяенополюсных машин с возбуждением постоянным током Однорядные обмотки возбуждения с ого- ленными поверхностями Обмотки возбуждения малого сопротив- ления, имеющие несколько слоев, и ком- пенсационные обмотки
Номер со 1Л
37
3.1 а ох 1/3 сч
1-
§ % Я i V 3 ыолрмеш 1 О' о о «5
1 Класс B/F/H методом са- аротмьлення 1 |
Я из ех из еч 100
5 о X а <и с о о со с? о о4 ф е 5 с 4 Г
методой терма- приемни- ков 1 80/75
Класс Л/г I 5 t Я сопротив- ления 1 1
методом терма- метрв 60/75 60/75 60/70
Частя влектрлтесаах машян Изолированные обмотки, непрерывно замкнутые на себя 1 Сердечники я другие стальные части, со- прикасающиеся с изолированными обмот- ками Коллекторы и контактные кольца неза- щищенные и защищенные
•g ж из во
одами отключения маши-
ны. При этом периоды
нагрузки настолько непро-
должительны, что превы-
шения температур всех
частей машины не успева-
ют достичь установивших-
ся значений, а периоды
пауз столь продолжитель-
ны, что все части машины
успевают остыть до темпе-
ратуры, отличающейся от
температуры окружающей
среды не более чем на
±3°С (т. е. машина нахо-
дится в практически хо-
лодном состоянии). Про-
должительность периодов
работы 10, 30, 60 и 90 мин,
но она может быть и
меньше.
Режим S3 — повторно-
кратковременный номи-
нальный (рис. 3.2, о).
В этом режиме цикл рабо-
ты равен сумме рабочего
периода N и паузы R. Ха-
рактеризуется режим про-
должительностью вклю-
чения (ПВ), выражаемой
в процентах и равной от-
ношению продолжитель-
ности рабочего периода к
продолжительности пол-
ного цикла:
пв=(Оц) 100,
(3.1)
где tn— продолжитель-
ность полного цикла.
Стандартными счита-
ются ПВ = 15; 25; 40 и
60%. Продолжительность
цикла обычно принимает-
ся равной 10 мин. В пе-
риод паузы машина долж-
на быть отключена и ос-
ЗВ
таиовлена. Испытания проводятся до достижения практически пов-
торяющейся температуры частей машины, т. е. такой температуры в
моменты включения или отключения, изменение которой не превы-
шает 2°С в 1 ч.
Режим S4 — повторно-кратковременный номинальный с часты-
ми пусками (рис. 3.2, б). В этом режиме в отличие от режима S3
количество циклов составляет от 30 до 360 в час, продолжитель-
ность пуска D соизмерима с длительностью рабочего периода N.
Режим S5 ~ повторно-кратковременный номинальный с часты-
ми пусками и электрическим торможением (рис. 3.3, о). В этом
режиме каждый рабочий период заканчивается отключением ма-
шины и ее влектрическим торможением длительностью F.
Ряс. 3,2, Кривые изменения Р, АР и 0 при работе элект-
рической машины в повторно-кратковременном (а) я
повторно-кратковременном с частыми пусками (б) но-
минальных режимах
Режим S6 — перемежающийся номинальный (рис. 3.3, б). В
нем рабочие периоды с неизменной номинальной кратковременной
нагрузкой чередуются с периодами V холостого хода. Характери-
зует режим относительная продолжительность нагрузки (ПН),
являющаяся отношением продолжительности рабочего периода N
к продолжительности /ц полного цикла:
ПН=(№)100, (3,2)
где /ц — продолжительность полного цикла.
Обычными считаются ПН, равные 15; 25; 40 и 60%, а продол-
жительность одного цикла составляет 10 мин.
Режим S7 — перемежающийся номинальный с частыми ревер-
сами и электрическим торможением (рис, 3.4, а), В нем каждый
рабочий период заканчивается электрическим торможением, а за-
39
Ряс. 3.3. Кривые изменения Р, &Р я 9 при работе электри-
ческое машины в повторно-кратковременном с частыми пус-
ками я электрическим торможением (а) я перемежающемся
(б) номинальных режимах
0
Р
Рис. 3.4. Кривые изменения Р, АР, 0 и п при работе электрической машины в
перемежающихся с частыми реверсами и электрическим торможением (а) в с
двумя и более частотами вращения (б) номинальных режимах
тем без перерыва производится реверс и начинается следующий
рабочий период. В этом режиме число реверсов 30 ... 360 в час.
Режим S8 — перемежающийся номинальный с двумя частотами
вращения и более (рис. 3.4, б). Он состоит из непрерывного чере-
дующихся циклов (количество циклов в час — 30; 60; 120 и 240),
каждый из которых имеет несколько рабочих периодов М, Ni, Ns
с различными частотами п вращения и соответствующими нагруз-
ками.
Если электрическая машина предназначена для работы в не-
скольких номинальных режимах, то испытания проводят в режи-
мах, с наибольшими превышениями температуры отдельных ча-
стей.
Испытание машины на нагревание в режиме S2 проводят при
условии, что к началу испытания все части машины находятся в
практически холодном состоянии. Во всех других режимах испыта-
ния на нагревание можно начинать независимо от теплового со-
стояния частей машины.
Испытания на нагревание заканчиваются для режима S1 при
достижении практически установившейся температуры; для S2—
после окончания нормальной длительности режима; для режимов
S3, S4 и S5 — по достижении в местах измерений практически по-
вторяющейся температуры в конце рабочих периодов и пауз (из-
мерения температуры при испытаниях в режимах S3, 54 и S5 про-
изводят после истечения половины последнего периода работы);
для режимов S6, S7, S8 — после достижения в местах измерения
практически повторяющейся температуры в конце соответствую-
щей части цикла.
При испытании на нагревание в режимах работы S4, S5, S7 и
S8 коэффициент инерции должен быть номинальным. Величина
коэффициента инерции оказывает существенное влияние на ре-
зультаты испытаний. Под коэффициентом инерции понимают от-
ношение суммы моментов инерции вращающейся части двигателя
и приводимого механизма к моменту инерции вращающейся части
двигателя.
12. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И ОХЛАЖДАЮЩИХ СРЕД
Методы измерения температуры отдельных частей электриче-
ских машин. Температура отдельных частей электрических машин
может быть измерена заложенными термоприемниками, встроен-
ными термоприемннкамн, термометром и методом сопротивления.
Метод заложенных гермоприемников. Термоприемниками, ко-
торые закладываются при изготовлении электрической машины,
могут служить термометры сопротивления, полупроводниковые
терморезисторы, термопары. Они обычно закладываются в места
машины, где ожидаются наибольшие температуры. Термометры
41
сопротивления конструктивно выполняются пластинчатыми или
цилиндрическими. Пластинчатые закладываются в пазы машин, а
цилиндрические применяются для измерения температуры охлаж-
дающей среды. Для изготовления термометров сопротивлений ис-
пользуют медь и платину. Эти металлы обладают рядом важных
свойств, необходимых для термометров сопротивлений — стабиль-
ным температурным коэффициентом сопротивления и линейной
зависимостью сопротивления от температуры. Для температур до
200®С пригодны медные термометры сопротивления, для более вы-
соких температур {до ббО^С)—платиновые. При 0°С термометры
имеют сопротивления 10, 50 или 100 Ом ± 0,2%.
Характерная особенность терморезисторов— значительное из-
менение их сопротивлений с повышением температуры. Материа-
лом для изготовления металлических терморезисторов служат
платина, медь, никель, вольфрам. Медные и никелевые терморе-
зисторы изготовляют из калиброванного микропровода в стеклян-
ной изоляции. Ассортимент полупроводниковых терморезисторов
достаточно велик: при 20°С они имеют диапазон сопротивлений
0,3 ... 3300 кОм при относительно небольших размерах. Сущест-
венный недостаток терморезисторов по сравнению с термометрами
сопротивления — большой разброс их характеристик, что требует
градуировки каждого терморезнстора.
Термопары —наиболее распространенный вид термоприемни-
ков. Для электрических машин применяют стандартные хромель-
алюминиевые и хромель-копелевые термопары, первые создают ЭДС
0,04 мВ на ГС, а вторые—0,07 мВ на ГС. Применяют также
нестандартные термопары из медьконстантана с ЭДС 0,04 мВ на
ГС, поскольку их легче изготовить из уже изолированных прово-
лок. Для обеспечения необходимой точности измерения температу-
ры с помощью термопар из медьконстантана следует градуировать
не менее двух образцов термопар из каждой изготовленной партии.
Это вызвано колебанием в широких пределах свойств медной н
константановой проволок.
Сопротивления термопар зависят не только от свойств материа-
лов и их сечения, но и от длины термопар, Поэтому к измеритель-
ным приборам, предназначенным для измерения ЭДС термопар,
предъявляются особые требования. Милливольтметры должны об-
ладать высокой чувствительностью и большим внутренним сопро-
тивленвем (не менее чем в 100 раз превышающим сопротивление
термопары и соединительных проводов). Целесообразно проводить
измерения техническими потенциометрами, поскольку при этом по-
казания не зависят от сопротивлений термопар; предпочтителен
компенсационный метод измерения ЭДС термопар.
Величина ЭДС термопары пропорциональна разности темпера-
тур в месте спая и на противоположном конце, поэтому для опре-
деления температуры в месте спая необходимо точно измерить
температуру в конце выводов проводников термопар. Обычно ее
42
измеряют с помощью термометра, а холодные спав термопар ре-
комендуется помещать в термостат, обеспечивающий точность под-
держания температуры ±0,5°С в 1 ч. Термопара. может быть при-
менена и для измерения температуры вращающейся части электри-
ческой машины, например коллектора. Для этого измерительная
часть термопары выполняется в виде двух игл, вмонтированных в
любой удобный изоляционный материал. Такие щупы прикладыва-
ют плотно к измеряемой вращающейся части электрической маши-
ны незамедлительно после ее остановки.
Метод встроенных термоприемников. В отличие от метода за-
ложенных термоприемников, когда термоприемники закладывают-
ся при изготовлении электрической машины я служат для контро-
ля температуры как при испытаниях, так и во время ее эксплуа-
тации, в рассматриваемом методе термоприемники встраиваются в
отдельные части электрической машины лишь на время испытаний.
Термоприемниками могут служить термометры сопротивлений,
термореэисторы или термопары.
Метод термометра. Этот метод позволяет определять темпера-
туру поверхности в точке приложения термометра. Под термином
«термометр» понимают не только лабораторные стеклянные тер-
мометры расширения — ртутные или спиртовые, с ценой деления
не более ГС, но и любые переносные термоприемники, в том числе
и термометры сопротивления.
При использовании термометров расширения элемент, соприка-
сающийся с измеряемой частью машины, следует обернуть оловян-
ной или алюминиевой фольгой и плотно прижать к нагретой по-
верхности машины. При наличии переменных магнитных полей в
месте измерений следует применять спиртовые термометры, так
как в ртутных могут индуцироваться вихревые токи, вызывающие
нагрев ртути. Теплочувствительные элементы термометра следует
теплоизолировать от охлаждающего воздуха и выбирать продол-
жительность измерений с учетом инерционности термометра.
Для измерения температуры вращающихся частей машины
возможны два способа передачи измерительного сигнала —через
контактную пару щетка — кольцо или бесконтактный. При этом
дополнительная погрешность не должна превышать 2°С.
Среди бесконтактных способов передачи сигналов о тепловом
состоянии вращающейся части машины привлекают внимание два
способа, использующие низкотемпературные фотоэлементы я сверх-
высокую частоту (СВЧ). В настоящее время промышленностью
выпускаются фотоэлектрические пирометры. Для СВЧ применяют-
ся СВЧ-резонаторы, встраиваемые в место измерения температу-
ры. При изменении температуры меняется резонансная частота
резонатора, что фиксируют приемники этого излучения, которые
Могут быть отградуированы в градусах.
Метод сопротивления. Широко используется для определения
среднего превышения температуры изолированных обмоток элек-
43
трических машин; основан на изменении сопротивления обмотки
от ее температуры.
Для определения превышения температуры обмотки над темпе-
ратурой охлаждающей среды измеряют сопротивление обмотки
при постоянном токе а практически холодном и в нагретом состоя-
ниях.
Превышение температуры обмотки над температурой охлажда-
ющей среды можно определить по формуле
ДВ=»Я - д -rj - Э <3-3>
\ о J
где Он, &! — соответственно температура обмотки э нагретом и в
практически холодном состоянии; 0о — температура охлаждающей
среды; 0 —температура, к которой отнесен температурный коэф-
фициент сопротивления материала а; гв, г» — соответственно со-
противление обмотки в нагретом и в практических холодном сос-
тоянии.
При температуре 0=15°С температурный коэффициент меди
а=0,004 = 1/250; тогда 1 /а—0= 235,
Для медной обмотки превышение температуры может быть оп-
ределено по формуле
ДО=(г. - rj (235 4- ах)/гх+&х - »0. (3.4)
Для алюминиевой обмотки
А»=(/-и - rz) (245 4- »х)/гх+0Х - »0. (3.5)
При испытаниях электрических машин на нагревание использу-
ют все указанные методы и средства измерения температур. Одна-
ко для измерения температуры отдельных частей электрических
машин применяют лишь некоторые из них. Так, для подшипников
или подпятников скольжения удобны методы встроенных термо при-
емников или термометра. Этими методами измеряют температуру
вкладышей или опорных сегментов и температуру масла.
Если подшипники или подпятники имеют принудительную смаз-
ку, то температуру масла следует измерять на выходе из подшип-
ника или подпятника.
Для подшипников и подпятников качения температуру измеря-
ют иа неподвижных частях методом термометра, пристраивая на
время термопары.
Для измерения температуры коллектора или контактных колец
применяют метод термометра.
Измерение температуры щеток возможно только методом тер-
мометра. Для этого в теле щетки высверливают отверстие (как
можно ближе к контактной поверхности) и закладывают в него
термопару.
Для измерения температуры сердечника и других частей, соп-
рикасающихся с обмотками, используют метод термометра; при
44
этом широко используются термометры расширения и термопары.
При измерении температуры обмоток используют метод сопро-
тивления, методы встроенных или заложенных термоприемников.
Предпочтительно измерение температуры обмотки прово-
дить в процессе испытаний машины. Если это невозможно,
тогда измерения следует производить сразу после отключе-
ния машины. Первое измерение температуры после отключе-
ния машины должно быть произведено четко через 30 с — для
машин мощностью до 50 кВт (кВ А), через 90 с — для ма-
шин от 50 до 200 кВт (кВ А); для машин большей мощности
максимально допустимое время до проведения измерения пос-
ле отключения машин согласовывают между собой изготови-
тель и потребитель. После первого измерения должно произ-
водиться еще несколько по возможности через одинаковые
промежутки времени; при этом интервал между измерениями
не должен превышать времени, прошедшего от момента
отключения машины до момента первого измерения темпе-
ратуры. За результат принимают наибольшее значение темпе-
ратуры.
Если по каким-либо причинам не удается провести первое из-
мерение температуры ие позднее предписанного времени, то допу-
скается экстраполяция измеренных значений температуры на мо-
мент времени первого измерения после отключения машины. При
этом по оси ординат удобнее откладывать логарифмы превышения
температуры.
При использовании метода сопротивления для измерения тем-
пературы обмотки может оказаться невозможным проведение пер-
вого измерения сопротивления в практически холодном состоянии
обмотки. Тогда допускается измерение сопротивления в состояния
практически теплового равновесия обмотки с охлаждающей сре-
дой. Такое состояние наступает, когда среднее арифметическое зна-
чение температуры, определенное по измерителям температуры,
установленным в разных частях машин, в частности на ее поверх-
ности, не изменяется более чем на 1°С за 4 ч, а изменение сопро-
тивления обмотки за это время составляет не более 0,5%.
Методы измерения температуры охлаждающих и окружающих
сред. Охлаждающая среда может быть газообразной и жидкой.
При естественном воздушном охлаждении машины понятия ох-
лаждающая и окружающая среды совпадают. В этом случае тем-
пературу воздуха измеряют несколькими термометрами с ценой
деления не более 1 К. Термометры располагают вокруг машины
на уровне половины ее высоты и на расстоянии 1—2 м от машины,
защитив их от облучения теплом и воздействия потоков воздуха;
проще всего этого достигают, помещая измеряющую часть термо-
метра в сосуд, заполненный машинным маслом.
При охлаждении машины по замкнутому циклу газом или
жидкостью температуру охлаждающего вещества измеряют на
45
входе и выходе машины. При охлаждении машины воздухом, под-
водимым извне или по замкнутому циклу с внешними охладителя-
ми, за температуру холодного воздуха принимают температуру
охладителя на входе в машину, а за температуру нагретого возду-
ха—его температуру на выходе из машины. Аналогично опреде-
ляется температура холодной и нагретой жидкости при жидкост-
ном охлаждении машины и ее частей.
Во всех случаях точность измерения температуры охлаждаю-
щих в окружающих сред должна быть не менее 1°С.
3.3. НЕПОСРЕДСТВЕННЫЕ И КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
НАГРЕВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Непосредственные методы определения нагрева электрических
машин. Эти методы дают наиболее правильные результаты н поэ-
тому предпочтительны.
Особое внимание следует уделить испытанию на нагревание
асинхронных двигателей, проектируемых с высоким использовани-
ем материалов. Это приводит к тому, что превышения температу-
ры асинхронных двигателей всегда близко к предельно допустимо-
му и, следовательно, требует тщательного контроля при испыта-
ниях.
Напряжение при испытании асинхронных двигателей должно
быть номинальным. Испытания проводят в номинальном или дру-
гом заданном режиме работы. Обычно ток асинхронных двигате-
лей, соответствующий номинальной полезной мощности, определя-
ют после испытания на нагревание; поэтому он может несколько
отличаться от номинального тока двигателя, записанного в ката-
логе, ТУ или ГОСТе. Превышение температуры обмотки двигателя
должно быть определено при номинальной мощности. Для получе-
ния требуемого результата проводят испытания на нагревание не-
посредственным методом при номинальном токе, а затем пересчи-
тывают результаты испытаний на номинальную мощность по фор-
муле
ДЭ==(///я)’ДВв, (3.6)
где АО — искомое значение превышения температуры обмотки
двигателя; АОи—превышение температуры обмотки двигателя при
номинальном токе; 7 — ток двигателя, соответствующий номиналь-
ной полезной мощности; /н —номинальный ток двигателя.
При этом полезная мощность может отличаться от номиналь-
ной не более чем на 5%.
Для машин мощностью свыше 10 000 кВ-А рекомендуется про-
водить испытания при нескольких значениях нагрузки от 0,6 до
номинальной. Если невозможно проводить испытания при номи-
нальной нагрузке, то рекомендуется проводить испытания при не-
скольких значениях нагрузки, начиная от 0,6 от номинальной и
46
кончая максимально возможной. Затем по результатам испытаний
можно построить зависимость превышения температуры активных
частей машины от квадрата тока в обмотке или от потерь в ней и
экстраполировать эту зависимость до превышения температуры,
соответствующей номинальной нагрузке. Напряжение при этих
испытаниях не должно отличаться от номинального более чем на
5%.
Если проведение испытаний при номинальном напряжении и
номинальной нагрузке невозможно (например, из-за недостаточ-
ности мощности источников питания), то допускается проводить
испытания при номинальном напряжении и пониженном токе или
при пониженном напряжении и номинальном токе, В первом случае
пониженное значение тока Ц должно быть не менее полученного
из неравенства
<3-7>
где /о — ток холостого хода. А; /н — номинальный ток, А.
Проводят испытания на нагревание в двух режимах — при токе
/] я токе холостого хода Iq. Для этих режимов определяют превы-
шение температуры обмотки статора и потери в ней, соответству-
ющие температуре испытаний.
По результатам испытаний находят коэффициент
/г=(Л%-ДМ(Ри,-/^), (3.8)
где A<h, Ли —превышение температуры, °C, и потери, Вт, в обмот-
ке статора при токе /и ДОо, Рио —превышение температуры, °C, и
потери, Вт, в обмотке статора при токе Zo-
Искомое превышение температуры при номинальном напряже-
нии и номинальном токе ДОн определяют по формуле
д&„=(Л»0-НРи1)/11 “^1/(2354-^1, (3.9)
где tB — температура охлаждающего воздуха, °C.
Испытание при номинальном токе и пониженном напряжении
допускается проводить при токе холостого хода двигателя, не пре-
вышающем 40% от номинального тока. В этом случае проводят
испытания на нагревание в трех режимах при номинальном токе
я пониженном напряжении при холостом ходе и номинальном нап-
ряжении при холостом ходе.
В первом и втором режимах определяют коэффициент k, а с
учетом третьего режима искомое превышение температуры — по
формуле (3.9).
Машины постоянного тока и синхронные допустимо испыты-
вать в режиме двигателя или генератора.
Косвенные методы определения нагрева электрических машин.
Эти методы как менее точные следует применять лишь в случаях,
когда использование непосредственного метода невозможно.
47
Для определения превышения температуры обмоток и электро-
технической стали синхронных машин с косвенным охлаждением
обмотки статора проводят испытания на нагревание в четырех про-
должительных режимах холостого хода и короткого замыкания:
короткое замыкание при номинальном токе якоря; холостой ход
при номинальном напряжении; холостой ход без возбуждения и
холостой ход при напряжении 1,2±0,05 номинального напряжения
(для машин с номинальным напряжением до 6,3 кВ), для машин с
номинальным напряжением 3 кВ и выше последний из перечислен-
ных режимов поддерживают при разомкнутой нейтрали.
Искомое превышение температуры обмотки или стали статора
(якоря) Д0а при номинальных значениях напряжения, тока якоря
я коэффициента мощности определяют по формуле
Д&и=Д&14-Д&2-&&3, (3.10)
где Дй|, Л<>2. Д#з —- соответственно превышения температуры об-
мотки или стали якоря в первых трех режимах, °C.
Для определения превышения температуры обмотки возбужде-
ния при номинальном токе возбуждения следует построить график
зависимости превышения температуры этой обмотки в функции
потерь на возбуждение для всех четырех режимов испытаний и
экстраполировать эту зависимость на номинальный ток возбужде-
ния.
Для синхронных машин с непосредственным охлаждением об-
мотки якоря (статора) косвенный метод испытания на нагревание
сводится к проведению испытаний в следующих четырех режимах:
короткое замыкание при токе возбуждения, равном току возбуж-
дения при холостом ходе и номинальном напряжении; короткое за-
мыкание при номинальном токе якоря (статора); холостой ход
при номинальном напряжении якоря и холостой ход без возбужде-
ния. Превышение температуры обмотки якоря (статора) и стали
при номинальных значениях напряжения, тока и коэффициента
мощности ДОн можно определить по формуле
дВ„=д%-|-д&3-де4, (3.11)
где Д#2» ДОз и Д^4 — соответственно превышения температуры об-
мотки якоря или стали во втором, третьем и четвертом режимах.
Для определения превышения температуры обмотки возбужде-
ния при номинальном токе возбуждения следует построить зависи-
мость превышений температуры обмотки возбуждения в первом,
втором и четвертом режимах в функции потерь на возбуждение в
этих режимах, экстраполировать эту зависимость до номинального
тока возбуждения и к полученному результату добавить разность
превышений температуры в первом и третьем режимах.
Косвенное испытание синхронных генераторов и двигателей на
нагревание может быть проведено в режиме синхронного компен-
сатора двумя способами.
48
Первый способ. Испытания на нагревание проводят при номи-
нальных напряжении н токе якоря. Если при этом ток возбуждения
больше допустимого, то необходимо провести дополнительно три-
четыре испытания на нагревание при номинальном напряжении,
но при токах якоря, меньших номинального (в том числе один
опыт с током якоря, соответствующим номинальному току возбуж-
дения) . Превышение температуры обмотки якоря, соответствующее
номинальному току, может быть определено экстраполяцией зави-
симости превышения температуры обмотки якоря в функции тока
якоря, построенной по результатам этих испытаний.
Второй способ. Испытания в режиме синхронного компенсатора
проводят при номинальных напряжении и токах якоря и возбужде-
ния. Здесь возможны два варианта. Если потери в стали равны
или меньше суммы основных и добавочных потерь в обмотке якоря,
то превышения температур обмоток якоря и возбуждения равны
значениям, полученным при опыте. Если потери в стали больше
суммы основных и добавочных потерь, то следует в результаты
испытаний на нагревание внести поправки. Для этого проводит
дополнительно два испытания на нагревание в режиме холостого
хода при пониженном напряжении, соответствующем напряжению
при номинальных токах якоря и возбуждения и при номинальном
напряжении, По разности превышений температур обмотки якоря
в этих испытаниях вносят поправку в результаты основных испы-
таний, Для внесения поправки в величину превышения температу-
ры обмотки возбуждения следует построить зависимость превыше-
ния температуры в этой обмотке от потерь в ней. Поправка равна
разности ординат точек, одна из которых получена во втором до-
полнительном испытании, а .другая — соответствует тому же току
возбуждения на графике, полученном по результатам первого
дополнительного испытания.
Для машин постоянного тока косвенные методы испытаний на
нагревание включают испытания в следующих режимах: короткое
замыкание при номинальном токе якоря; холостой ход при номи-
нальном напряжении и холостой ход без возбуждения. Испытания
во втором и третьем режимах допускается проводить с поднятыми
щетками. Искомое превышение температуры Лвч обмотки, стали
якоря или обмотки возбуждения при номинальной нагрузке можно
определить по формуле
Д&„!=Д&1-4-Д»я—Д»8, (3.12)
где ЛОг, Д<Ь; Мз — соответственно превышения температуры об-
мотки, стали якоря или обмотки возбуждения в первом, втором и
третьем режимах.
Превышение температуры обмотки возбуждения равно сумме
превышений ее температуры в режимах холостого хода и короткого
замыкания при токе возбуждения, соответствующем номинальному
режиму.
49
Вопросы для самопроверки
1. Какова основная цель проведения испытаний на нагревание?
2. Какое допускается длительное превышение температуры изолированных
обмоток электрических машин мощностью менее 5 МВ'А при классе нагрево-
стойкости изоляция Е, в случае измерения температуры обмоток методом со-
противления?
3. Какое допускается длительнное превышение температуры изолированных
обмоток электрических машин мощностью мевее 5 МВ-А пря классе нагрево-
стойкости изоляции В, в случае измеревия температуры обмоток методом со-
противления?
4. Какое допускается длительное превышение температуры изолированных
обмоток электрических машин мощностью менее 5 МВ А при классе нагрево-
стойкости изоляции F, в случае измерения температуры обмоток методом со-
противления?
5. Какое допускается длительное превышение температуры для коллекто-
ров и контактных колец при разных классах нагревостойкостн изоляции?
6. Какой должна быть температура охлаждающей среды при испытании
электрических машин на нагревание?
7. Какие параметры необходимо контролировать при проведении испытаний
на нагревание?
8, В каких номинальных режимах могут работать электрические машины?
9. Какие особенности проведения испытаний на нагревание накладывает
вид номинального режима (31... S8)?
10. Перечислить стандартизованные методы измерения температуры от-
дельных частей электрических машин и охлаждающих сред.
11. Что используется в качестве заложенных термо пр нем и икон?
12. Как конструктивно выполняются термометры сопротивления?
13. В чем заключается характерная особенность терморезисторов я иэ ка-
ких материалов они изготовляются?
14. Из каких материалов изготовляют термопары?
15. Какова техника измерений температуры с помощью термопар?
16, Чем отличается метод встроенных термоприемников от метода заложен-
ных термоприемнихов?
17. Что понимается под термином «термометр* при методе термометра и
какова техника измерений при использовании этого метода?
18. Пра измерении температуры вращающихся частей машины какие при-
меняются способы для передачи измерительного сигнала?
19. На чем основан метод сопротивлений?
20. Если нет возможности определить температуру обмотки в процессе ис-
пытания машины, то как рекомендуется ее определять?
21. Какая рекомендуется методика измерения температуры охлаждающей и
окружающей среды?
22. Какому методу испытания на нагревание следует отдать предпочтение:
непосредственному или косвенному?
23. В чем особенность непосредственного метода испытания на нагревание
для машин мощностью свыше 10 000 кВ-А?
24. При косвенном методе испытания на нагревание синхронных машин
большой мощности в каких длительных режимах холостого хода и короткого
замыкания проводят испытания в как потом пересчитывают результаты этих
испытаний иа номинальный режим?
25. Какие два способа могут быть использованы для косвенных испытаний
еянхроииых машин на нагревание, если использовать их работу в режиме син-
хронного компенсатора?
26. При косвенных методах испытания на нагревание машин постоянного
тока в каких режимах следует проводить испытания?
27. В каких четырех режимах следует испытать иа нагревание синхронную
машину с непосредственным охлаждением обмотки якоря (статора) для косвен-
ного определения превышения ее температуры.
50
ГЛАВА 4
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТОК И ИЗОЛЯЦИИ.
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ
4.1. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТОК И ИЗОЛЯЦИИ
Технические требования к измерениям. Сопротивления обмоток
электрических машин определяются только при постоянном токе,
поскольку явления, возникающие при протекании переменного
тока, могут исказить результаты измерений; одновременно с изме-
рением сопротивления обмотки следует измерять ее температуру,
так как величина сопротивления обмотки зависит от температуры
в момент измерения (принято измерять сопротивление обмотки в
практически холодном состоянии, т. е. температура обмотки не
должна отличаться от температуры окружающей среды более чем
на ±3°С) и при измерении сопротивлений обмоток необходимо
устранить влияние сопротивления проводов и приборов, применяе-
мых для измерения сопротивления обмотки, на результаты измере-
ний.
Основные технические требования к измерению сопротивлений
обмоток изложены для электрических машин малой мощности (до
1 хВт) в ГОСТ 16264, а для машин средней и большой мощности —
в ГОСТ 11828 и ГОСТ 10159.
Методы измерения сопротивлений обмоток. Измерять сопротив-
ления обмоток рекомендуется одним из следующих методов; вольт-
метра и амперметра; одинарного или двойного моста и омметра
логометрической системы.
Методы измерения сопротивлений обмоток с помощью одинар-
ного моста и омметра логометрической системы дают наименее
точные результаты, поэтому применять их при определении срав-
нительно малых сопротивлений (до 1 Ом) не следует. Метод ом-
метра логометрической системы может быть применен только при
приемно-сдаточных испытаниях машин с относительно большим
сопротивлением обмоток, Достоинство метода в том, что он позво-
ляет быстро получить результаты измерений по шкале стрелочного
прибора. Вообще измерение сопротивлений должно проводиться с
высокой точностью ± (0,4 .. .1) %.
Метод двойного моста неудобен тем, что для получения боль-
шой точности требуется высокочувствительный гальванометр ста-
ционарной установки. Однако в большинстве случаев желательно
иметь переносное измерительное устройство.
Наиболее удобен для измерения сопротивлений обмотки метод
вольтметра и амперметра (рис. 4.1), причем желательно приме-
нять приборы класса точности 0,2.
Вольтметр 2 присоединяют с помощью хорошо заточенных
стальных игл непосредственно к выводам измеряемой обмотки /,
51
Рис. 4.1, Электрическая
схема для определения
сопротивления обмоток
методой вольтметра и
аклерметра
чтобы исключить падение напряжения в переходных контактах
проводников цепи тока. Во избежание повреждения вольтметра 2
его следует подключать лишь по достижении установившегося то-
ка и отключать рубильником 5 после окончания измерения. Одна-
ко отсчеты измеренных величин по амперметру 6 и вольтметру 2
следует производить одновременно.
Источником 4 постоянного тока могут служить аккумулятор-
ная батарея, генератор постоянного тока,
сеть постоянного тока или статический
выпрямитель. Во всех случаях напряже-
ние от источника постоянного тока долж-
но быть стабильным.
Значение постоянного тока, регулируе-
мое с помощью резистора 3, при измере-
нии сопротивлений обмоток не должно
превышать 20% номинального тока об-
мотки при длительности его протекания
не более 1 мин. Если известна плотность
/ тока, протекающего по обмотке при из-
мерении, можно определить скорость
адиабатического повышения температу-
ры (°С/с) медной обмотки
Д8/Д/=у2/200. (4.1)
Для алюминиевых обмоток в знаменателе вместо 200 следует
поставить число 86. Эта скорость за время измерения сопротивле-
ния не должна превышать 1°С/с,
Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть больше из-
меряемого сопротивления не менее чем в 100 раз; в противном слу-
чае следует внести поправку в результаты измерения по формуле
(4.2)
где г — истинное значение сопротивления обмотки, Ом; U — изме-
ренное падение напряжения, В; / — измеренный ток, А; га — сопро-
тивление вольтметра, Ом.
При проведении измерений каждое сопротивление необходимо
измерить не менее трех раз, Если измерения проводятся методом
вольтметра и амперметра, то их необходимо выполнять при раз-
личных значениях тока, а при измерениях с помощью моста каж-
дый раз следует нарушать равновесие моста. За истинное значе-
ние сопротивления принимается среднеарифметическое измерен-
ных значений. При этом результат отдельного измерения не дол-
жен отличаться от среднего более чем на ±0,5%.
В многофазных обмотках на доску зажимов машины могут
быть выведены начала и концы всех фаз и даже выводы от части
фазы, В этих случаях следует измерять сопротивления в каждой
фазе или части фазы. Если обмотка трехфазной машины соединена
52
внутри машины наглухо в звезду или в треугольник, то следует
измерить сопротивления между всеми тремя выводными прово-
дами.
При соединении обмоток фаз в звезду сопротивление (Ом) об-
мотки фазы
Г = (.Г 31 4"г12 — (4.3)
где гз|, Г!2 и г2Э~ сопротивления, измеренные соответственно меж-
ду выводами СЗ и С/; С1 и С2; С2 и СЗ, Ом.
При соединении обмоток фаз в треугольник сопротивления об-
моток (Ом) фаз
г\~^Гцг •гз1(г 12+г23~га1) —(ги4"ги —гз1^2» (4-4)
г2=2гиг31/(ги-{-г31 -г,2) -Ом+гз!-г12)/2, (4.5)
г3 = 2г31г13/(г314- г 12 ~ гм) - (г31 + и, - г33)/2. (4.6)
Если разница в измеренных значениях сопротивлений r3i, Гц,
Ги не превышает 2% (при соединении обмоток фаз в звезду) или
1,5% (при соединении обмоток фаз в треугольник), то сопротивле-
ние одной фазы можно определить по упрошенным формулам.
При соединении обмоток фаз в звезду
r=ru/2, (4.7)
а при соединения обмоток фаз в треугольник
г=Зги/2, (4.8)
где ги — среднеарифметическое значение трех сопротивлений, из-
меренных между линейными выводами, Ом.
Для измерения температуры обмотки можно применять встро-
енные или заложенные термоприемники, а также метод термомет-
ра. При этом термоприемники или термометры следует устанавли-
вать не позднее чем за 15 мин до начала измерений н защищать
от воздействия окружающей среды, Количество термоприемников
или термометров должно быть от одного до четырех. Для машин
мощностью до 10 кВт (кВ-А) достаточно одного термоприемника,
а для машин мощностью свыше 1000 кВт (кВ-А) — не менее четы-
рех (при равномерном распределении внутри машины). За темпе-
ратуру обмотки следует принимать среднеарифметическое изме-
ренных значений.
Иногда невозможно непосредственно измерить температуру
обмоток машины. Тогда следует выдержать машину в нерабочем
состоянии в течение времени, достаточном для охлаждения всех
частей машины до температуры окружающей среды, н затем изме-
рить сопротивление, При этом температура окружающей среды не
должна меняться более чем на ±5°С. За температуру обмоток в
53
этом случае следует принимать температуру окружающей среды а
момент измерения сопротивления.
При непосредственном жидкостном охлаждении обмоток сопро-
тивление измеряют при циркуляции жидкости, добиваясь, чтобы
разница температур жидкости на входе н выходе не превышала
1СС. За температуру обмотки принимают среднюю температуру
охлаждающей жидкости на входе и выходе.
Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно кор-
пуса машины и между обмотками. Величина сопротивления изоля-
ции обмоток электрических машин — важный интегральный пока-
затель состояния изоляции обмотки. Однако она не позволяет уве-
ренно судить о надежности изоляции обмотки, поскольку отказ
обычно происходит в той части обмотки, где электрическая проч-
ность изоляции минимальна, а величина сопротивления изоляции
всей обмотки может не быть коррелярована с электрической проч-
ностью части изоляции.
Сопротивление изоляции обмотки существенно зависит от тем-
пературы и влажности. На его величину также оказывают влияние
загрязнение и запыленность токопроводящей пылью.
Влияние температуры вызывает необходимость измерять сопро-
тивление изоляции обмотки несколько раз — в практически холод-
ном состоянии испытуемой машины (до начала других испытаний
по программе); в нагретом состоянии — при температуре обмоток,
близкой к температуре режима работы, в котором проводилось ис-
пытание; до и после испытания изоляции обмоток на электриче-
скую прочность.
Измерение сопротивления изоляции производится мегаоммет-
ром: при измерениях в машинах на номинальное напряжение до
500 В применяются мегаомметры на 500 В, а при более высоком
поминальном напряжении — мегаомметры на 1000 В, Для высоко-
вольтных машин на номинальное напряжение свыше 6000 В, со
значительной емкостью по отношению к корпусу применяют мега-
омметры на 2500 В с моторным приводом.
Нормы на допустимую минимальную величину сопротивления
изоляции машин устанавливают в стандартах или технических ус-
ловиях на конкретные виды машин, обязательно оговаривая темпе-
ратуру, при которой производится измерение.
Если измерения сопротивления изоляции мегаомметром пока-
зывают очень малое ее значение, то можно перейти на измерение
ее с помощью омметров или мостов. При этом возможна предвари-
тельная диагностика причин снижения сопротивления изоляции,
для чего каждое измерение выполняют дважды, меняя направле-
ние тока через изоляцию, Полученные по результатам таких изме-
рений разные значения сопротивлений свидетельствуют о том, что
причина понижения сопротивления изоляции —ее увлажнение,
которое устраняется сушкой обмотки. При получении одинаковых
результатов измерений можно констатировать, что понижение со-
54
противления изоляции произошло вследствие загрязнения или за-
пыления токопроводящей пылью, Эта причина устраняется продув-
кой машины сжатым воздухом или протиркой чистой ветошью.
Большинство электрических машин имеет несколько обмоток е
отдельными выводами. В этих случаях измерение сопротивления
изоляции следует проводить для каждой цепи обмотки, имеющей
выводы, При этом все остальные цепи должны быть электрически
соединены с корпусом машины, Все устройства, в том числе и за-
щитные конденсаторы, постоянно соединенные с корпусом машины,
на время измерения сопротивления их изоляции должны быть от-
ключены от корпуса машины.
При измерении сопротивления изоляции обмотка заряжается и
поэтому по окончании измерений ее надо разрядить, соединив
электрически с заземленным корпусом машины. Иначе она может
стать источником поражения людей при прикосновении к выводным
проводам машины. Время разрядки должно быть достаточно боль-
шим: для машин мощностью до 1000 кВт (1000 кВ-А)—не менее
15 с, для машин большей мощности — не менее 1 мин; при исполь-
зовании мегаомметра на 2500 В продолжительность соединения
обмотки с корпусом не должна быть менее 3 мин.
4.2. ИСПЫТАНИЕ электрической прочности изоляции
ОСМОТОК
Общие требования. Электрическая прочность изоляции обмотки
в значительной степени предопределяет надежность электрической
машины. Поэтому испытания электрической прочности обмоток
машины обязательны в любой программе —полной или сокращен-
ной,
При изготовлении электрической машины испытания для про-
верки электрической прочности изоляция проводятся несколько
раз: после укладки обмотки в пазы или намотки катушек, пропит-!
ки обмотки и окончательной сборки машины. Испытательные на-
пряжения для пооперационного контроля в процессе изготовления
машины устанавливают обычно заводы-изготовители, а испыта-
тельные напряжения для готовых машин предписывает ГОСТ 183
(табл. 4.1).
На рис. 4.2 приведена электрическая схема установки для ис-
пытания электрической прочности изоляции обмоток.
В программе испытаний электрических машин проверка элек-
трической прочности изоляции должна проводиться после тех ис-
пытаний, которые могут нарушить электрическую прочность изо-
ляции. К ним следует отнести: измерение сопротивления изоляций
обмоток, испытания при повышенной частоте вращения, при крат-
ковременной перегрузке (по току или моменту), испытание син-
хронной машины при внезапном коротком замыкании; изоляции
обмоток выпрямленным напряжением и др. Если проводились ис-
55
Та бли па 4.1
Непер Электрическая машин ял ее часть Дейстчуюпие лшчевнв яспытктельяого ь* пр я же- них, В
1 Машины мощностью менее 1 кВт (кВ-А) на номинальное напряжение ((7.) ниже 100 В (аа исключением указанных в в. 4—7 настоя- щей таблицы) 2U.+500
2 Машины мощностью от 1 кВт (кВ-А) в выше на номинальное напряжение ниже 100 В (за исключением указанных в п. 4) 2W.+1000
3 Машины: мощностью до 1000 кВт (rB-А) (аа исклю- чением перечисленных в п. 1, 2 н 4—7) мощностью от 1000 кВт (кВ-A) и выше (за исключением указанных в п. 4—7) на номи- нальное напряжение; до 3300 В включительно св. 3300 до 6600 В вкл. св. 6600 до 17 000 В вкл. свыше 1700 В 2(7,-1-1000, но не менее 1500 2U„+1000 2,5(7. 2 (/«+3000 по согласованна с заказ- чиком
4 Обмотки возбуждения машин постоянного тока с независимым возбуждением 2(7.4-1000, но не менее 1500
5 Обмотки возбуждения синхронных машин: генераторы, двигатели и компенсаторы, пус- каемые специальны мн пусковыми двигателями, а также машины, предназначенные для непо- средственного пуска с обмоткой возбуждения, замкнутой на сопротивление, не превышающее десятикратное сопротивление обмотки возбуж- дения пря постоянном токе или на источник своего питания; предназначенных для пуска с обмоткой воз буждения, замкнутой на сопротивление, значе- ние которого равно нли более десятикратного сопротивления обмотки, нли с разомкнутой об- моткой возбуждения независимо от того, сек- пионирована она или нет 10(7», но не менее 1500 и не более 3500 (£7. — поминальное напряжение возбуждения яли возбу- дителя) 1000 плюс двукратное максимальное действую- щее значение напряже- ния, но не менее 1500
6 Вторичные обмотки асинхронных двигателей, не находящихся непрерывно в короткозамкну- том состоянии: для двигателей, допускающих торможение противовключением для двигателей, не предназначенных для торможения противовключением 4£7и+1000 2(7.,+1000 (/и — номинальное на- пряжение вторичной об- мотки
56
Продолжение табл, 4.1
Номер Элемричееям мяшявя ал* ее чяеть ДеЯстеуюшее еяячевиа иепытетелмого в а пряже- имя, В
7 Возбудителя для синхронных двигателей, если во время пуска они заземлены или от- ключены от обмоток возбуждения. Обмотки возбудителей с независимым возбуждением 21/,+1000, во не менее 1500
пытания иа нагревание, то испытание изоляции лучше проводить
непосредственно после него.
Методика испытания электрической прочности изоляции обмо-
ток относительно корпуса и между собой. Испытания проводят на-
Ряс, 4.2. Электрическая схема
установки для испытания элект-
пряжением переменного тока частотой
50 или 60 Гц (часть машин экспортно-
го исполнения изготовляют на частоту
60 Гц). При проведении испытаний не-
обходимо следовать данной методике
к соблюдать требования к установке.
Испытательное напряжение к об-
мотке подается от однофазного транс-
форматора 3 (см. рис. 4.2), который
выполняется слабо насыщенным, а его
мощность должна быть достаточной
для пробоя изоляции обмотки (если ее
электрическая прочность недостаточ-
на). Практика показывает, что мощ-
ность трансформатора должна выби- .......................
раться исходя из соотношения 1 кВ-А рнчеёкой прочности изоляции
на 1 кВ номинального напряжения. i обмоток
Для машин мощностью до 1000 кВт
(кВ>А) и напряжением до 3 кВ включительно можно использовать
измерительный трансформатор напряжения. Степень насыщения
трансформатора определяется по его характеристике холостого
хода. Отклонение тока холостого хода от линейной зависимости не
должно превышать 10% (при испытательном напряжении). В цепь
первичной обмотки трансформатора 3 включен амперметр 1.
Испытательное напряжение не должно прикладываться к обмотке
мгновенно, так как большая крутизна фронта волны может вызвать
пробой изоляции и при этом возникают волновые явления, приво-
дящие к коммутационным перенапряжениям. Поэтому рекоменду-
ется начинать испытания не более чем с половинного значения
испытательного напряжения и поднимать его ступенями, не пре-
вышающими 5% его окончательного значения, используя резистор
57
2. Время подъема напряжения от половинного значения до полного
не должно быть меньше 10 с.
Полное испытательное напряжение следует выдерживать в те-
чение I мин, после чего его плавно снижают до половинного значе-
ния н отключают.
Для электрических машин относительно небольшой мощности
(до 15 кВт) при массовом производстве необходимость сравнитель-
но медленного подъема испытательного напряжения и выдержива-
ния его в течение 1 мин служит тормозом для автоматизации и
ускорения испытаний, использования испытательного конвейера.
Поэтому для таких машин допускается проводить испытания изо-
ляции обмоток относительно корпуса и между обмотками всего в
течение 1 с, но повышенным на 20% напряжением (по отношению
к стандартизованному испытательному напряжению). При этом
для исключения коммутационных перенапряжений испытательное
напряжение включается сразу от постоянно включенного источни-
ка с помощью автоматических устройств.
Измерение испытательного напряжения нельзя производить на
первичной стороне испытательного трансформатора с последую-
щим пересчетом по коэффициенту трансформации, так как это мо-
жет привести к недопустимой ошибке. Измерения следует выпол-
нять только на вторичной стороне испытательного трансформатора
при помощи электростатического вольтметра 4 (см. рис, 4.2) или
измерительного трансформатора напряжения.
Испытательное напряжение на вторичной обмотке трансформа-
тора должно быть как можно ближе к синусоидальному. Для уст-
ранения влияния неизбежного отклонения испытательного напря-
жения от синусоидального на результаты испытаний для высоко-
вольтных машин (на номинальное напряжение 6 кВ и выше) мощ-
ностью более 2000 кВ-А рекомендуется включать параллельно объ-
екту испытаний шаровой разрядник, устанавливаемый на пробив-
ное напряжение, но не более чем на 10% превышающее испыта-
тельное напряжение. Пробой искрового промежутка свидетельст-
вует о недопустимом отклонении от синусоидальной формы испы-
тательного напряжения. В цепь разрядника включают защитное
сопротивление для ограничения тока короткого замыкания при
пробое искрового промежутка разрядника.
Испытание изоляции относительно корпуса проводят поочеред-
но для каждой цепи машины, имеющей выводы начала и конца.
При этом все остальные цепи, не подвергающиеся в данный момент
испытанию, должны быть соединены с корпусом машины. Источ-
ник испытательного напряжения подключают к одному из выводов
испытуемой обмотки, а второй провод источника надежно присо-
единяют к заземленному корпусу машины. Аналогично испытыва-
ется изоляция между обмотками.
Если многофазная обмотка соединена наглухо внутри машины,
ее следует испытывать относительно корпуса целиком.
58
Результаты испытаний изоляции обмотки относительно корпуса
машины и между обмотками считаются удовлетворительными, если
во время испытаний не произошло пробоя изоляции или пробоя по
ее поверхности. При этом пробой по поверхности следует отличать
от поверхностных скользящих разрядов или явления короны, про-
падающих при некотором снижении напряжения и вновь появляю-
щихся примерно при том же напряжении. В случае пробоя по по-
верхности повреждается наружный слой изоляции и поэтому су-
щественно снижается напряжение.
В высоковольтных машинах напряжением 3 кВ и выше, кроме
испытаний изоляции переменным напряжением, целесообразно ис-
пытывать электрическую прочность изоляции обмотки статора
(якоря) выпрямленным напряжением, равным 1,6 действующего
переменного напряжения, с одновременным измерением тока утеч-
ки. Выпрямительное устройство может иметь одно- или двухполупе-
рнодную схему выпрямления, поскольку для этих испытаний допу-
стима переменная составляющая в кривой напряжения. По харак-
теру изменения тока утечки в функции времени можно судить о
степени увлажнения обмотки и особенно об электрической прочно-
сти лобовых частей обмотки.
При испытании напряжение рекомендуется поднимать не ме-
вее чем тремя ступенями, одна из которых должна соответствовать
половине испытательного напряжения, другая —полному испыта-
тельному напряжению. На каждой ступени напряжение надо вы-
держивать в течение I мин, а ток утечки измерять через каждые
15 с. Подъем напряжения от ступени к ступени следует произво-
дить плавно в течение 10 с. После окончания испытаний необходи-
мо разряжать каждую обмотку на корпус не менее 5 мин.
Для машин на напряжение 17 кВ и выше иногда применяют
испытания изоляции комбинированным напряжением, представля-
ющим собой выпрямленное напряжение, полярность которого ме-
няется с низкой частотой.
Методика испытания электрической прочности межвитковой
изоляции. Проверка электрической прочности межвитковой изоля-
ции имеет важное значение для электрических машин, прежде
всего для асинхронных низковольтных двигателей у которых отка-
зы из-за межвитковых замыканий достигают 90% от общего коли-
чества отказов. Испытания электрической прочности межвитковой
изоляции для разных типов машин отличают некоторые особен-
ности.
Согласно стандарту межвитковая изоляция обмоток в течение
3 мив должна выдерживать при холостом ходе напряжение, пре-
вышающее на 30% номинальное. Однако для низковольтных асин-
хронных двигателей такая проверка оказывается недостаточной —
при их эксплуатации величины коммутационных напряжений могут
быть значительно выше. Поэтому заводы-изготовители низковольт-
ных асинхронных двигателей для более эффективного контроля
Б9
межвитковой изоляции дополнительно применяют приборы, осно-
ванные на использовании высокой частоты или импульсного на-
пряжения. В асинхронных двигателях с фазным ротором при ис-
пытаниях ротор должен быть неподвижен, а его обмотка разомк-
нута. В машинах постоянного тока при испытаниях электрической
прочности межвитковой изоляции необходимо следить за тем, что-
бы напряжение между коллекторными пластинами не превысило
допустимой величины и не вызвало круговой огонь на коллекторе;
следовательно, испытательное напряжение следует повышать по-
степенно, контролируя состояние коллекторно-щеточного узла.
Машины с последовательным или параллельным возбуждением
следует испытывать при независимом возбуждении. Повышать ча-
стоту вращения машин постоянного тока сверх допустимой при
испытании межвитковой изоляции не следует.
В синхронных машинах (кроме турбо- и гидрогенераторов) ис-
пытания межвитковой изоляции должны проводиться при напряже-
нии, соответствующем номинальному току возбуждения, но не ме-
нее 130% от номинального значения.
Если испытуемая обмотка расположена на вращающейся части
машины, то испытание межвитковой изоляции следует проводить
после испытания при повышенной частоте вращения.
Вопросы для самопроверки
1. От каких факторов зависит величина сопротивления изоляции обмотки?
2, Почему сопротивление изоляции обмоток электрических машин следует
измерять несколько раз в процессе выполнения полной программы испытаний?
3. Какими приборами производят измерения сопротивления изоляции?
4. Почему в нормах на величину сопротивления изоляции обязательно
указывают температуру, при которой должно производиться измерение?
5. Каким способом можно диагностировать причины снижения сопротивле-
ния изоляции обмотки?
6. Как следует измерять сопротивление изоляции, если машина имеет не-
сколько обмоток с отдельными выводами?
7. Почему после окончания процесса измерения сопротивления изоляции об-
мотку надо разрядить, соединив электрически с заземленным корпусам машины?
Каким при этом должно быть время разряда?
8. При изготовлении электрической машины электрическая прочность изо-
ляции обмотки проверяется несколько раз. С какой целью это делается?
9. Какие документы регламентируют величины испытательных напряжений
для пооперационного контроля электрической прочности обмоток машины в про-
цессе ее изготовления н для готовых машин?
10. После каких испытаний следует проводить проверку электрической проч-
ности изоляции обмоток машины?
11. От какого источника должно подаваться напряжение при испытании
электрической прочности изоляции обмотки и какие основные требования предъ-
являются к этому источнику?
12. Какова процедура подачи на обмотку, выдержки и снятия испытатель-
ного напряжения?
13. Почему нельзя подавать на обмотку испытательное напряжение мгно-
венно?
И. Какой величины должны быть испытательные напряжения для испы-
тания готовых электрических машин мощностью до 1 кВт (кВ-А)?
60
15. Каной величавы должны быть испытательные напряжения для испыта-
ния готовых низковольтных электрических машин мощностью до 1000 кВт
(яВ’А)?
16. Почему не допускается измерять испытательное напряжение на первич-
ной обмотке испытательного трансформатора с последующим пересчетом его с
учетом коэффициента трансформации?
17. Как допускается проводить испытания изоляции обмоток на электриче-
скую прочность для электрических машин мощностью до 15 кВт при нх массо-
вом производстве и использовании испытательного автоматизированного конвей-
ера?
18 Как можно устранить влияние неизбежного отклонения испытательного
напряжения от синусоидального на результаты испытаний высоковольтных ма-
шин?
19 Что следует сделать с цепями, не подвергающимися в данный момент
испытаниям, при испытании изоляции одной из цепей электрической машины
относительно корпуса?
20 С какой целью в высоковольтных машинах напряжением 3 кВ и выше
электрическую прочность изоляции обмоток испытывают переменным и выпрям-
ленным напряжением?
21 Какова процедура испытания электрической прочности изоляции обмот-
ки выпрямленным напряжением?
22 Как осуществляется испытание электрической прочности изоляции ком-
бинированным напряжением?
23. Как согласно стандарту проводится проверка электрической прочности
межвитковой изоляции?
24 Какие дополнительные испытания электрической прочности межвитковой
изоляции проводятся для низковольтных асинхронных двигателей?
25. Какие меры предосторожности надо соблюдать прн испытания электри-
ческой прочности изоляции машин постоянного тока?
26 Как следует проводить испытания межвитковой изоляции в синхронных
машинах?
27 Почему измерения сопротивлений обмоток требуется проводить только
при постоянном токе и не допускается проводить при переменном?
28. Почему одновременно измеряют сопротивление обмотки н ее темпера-
туру?
29. Что считается практически холодным состоянием обмотки?
30. Может ли повлиять сопротивление проводов н приборов на измеряемую
величину сопротивления обмоток?
31 Какие применяются методы измерения сопротивления обмоток?
32. С какой точностью должны измеряться сопротивления?
33. Какого класса точности рекомендуется применять приборы пря измере-
ния сс'Прртявлений обмоток методом вольтметра к амперметра?
34. Почему при использовании метода вольтметра и амперметра вольтметр
необходимо подключать непосредственно к выводам измеряемой обмотки, а от-
счеты по вольтметру и амперметру производить одновременно?
35. При использовании метода вольтметра в амперметра какие- требования
по величине постоянного тока, внутреннему сопротивлению вольтметра надо вы-
полнять. чтобы обеспечить необходимую точность измерений?
36, Если трехфаэная машина имеет на доске зажимов три выводных про-
вода, то как в этом случае определить сопротивление одной фазы обмотки,
пользуясь методом вольтметра и амперметра?
37. Как можно определить температуру электрической машины прн измере-
ния сопротивления обмотки, когда нет возможности непосредственно измерить
температуру обмотох электрических машин?
38. В чем недостаток методов измерения сопротивления обмоток с помощью
Одинарного моста или омметра логометрнческой системы?
39. В чем недостаток метода измерения сопротивления обмоток с помощью
Двойного моста?
6!
ГЛАВА 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ШУМА, ВИБРАЦИЯ
И ВЕЛИЧИНЫ БИЕНИЯ
5.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ
Уровень шума и вибраций электрических машин оказывает
значительное влияние на здоровье человека я на производитель-
ность его труда. Поэтому эти показатели входят в число важней-
ших выходных данных электрических машин. Они нормированы и
подлежат проверке при проведении испытаний электрических ма-
шин.
Нарушение стационарного состояния среды в какой-либо точке
приводит к образованию волн.
Звуковые волны— колебания среды в диапазоне частот (16 ...
20) 103 Гц, которые воспринимаются человеком как звук.
.Звуковое поле—область среды, в которой распространяются
звуковые волны.
Звуковое давление — изменение состояния среды при распрост-
ранении звуковой волны.
Мгновенное звуковое давление—давление в некоторой точке
среды в какой-то момент времени за вычетом статического давле-
ния в этой точке,
Эффективное звуковое давление (Па) — среднеквадратичное
звукового давления в данной точке среды Р< за промежуток вре-
мени Т:
Р=у (5.1)
Звуковая мощность Р (Вт) — общая звуковая энергия, излуча-
емая источником звука в единицу времени.
Вектор интенсивности звука (плотность потока звуковой мощ-
ности) (Вт/м2) — характеризует перенос энергии при распростра-
нении звуковой волны.
Эффективное значение интенсивности звука (Вт/м2)
l=P4tf,
(5.2)
где о — плотность среды, кг/м3; с—скорость звука, м/с.
Уровень интенсивности звука (дБ)
£/=101gZ//0> (5.3)
где /о=1О“12 Вт/м2 —пороговый уровень интенсивности звука.
Уровень звукового давления (дБ)
£ = 101gP2/P20, (5.4)
где Ро=2<1О-5 Па — исходный уровень звукового давления.
62
Уровень звуковой скорости
’ £0= Ю lg W’q. (5-5)
где Уо=5’1О“8 м/с — исходный уровень звуковой скорости.
Уровень звуковой мощности
£p=101gP/P0, (5.6)
где Ро=Ю“12 Вт—исходный уровень звуковой мощности.
Суммарный уровень Lt нескольких уровней (давления, скоро-
сти, мощности) определяется по правилам сложения логарифми-
ческих величии:
£8=101g[210o lt'j. (5.7)
v-i /
Если складываемые уровни (£) одинаковы, то
£a=£-H01gn. (5.8)
Чувствительность слуха падает с понижением частоты звука.
Для того чтобы приблизить результаты объективных измерений к
субъективному восприятию, введены следующие понятия,
Корректированные значения уровней звукового давления или
мощности—измененные значения уровней звукового давления или
мощности на величину поправки, зависящей от частоты звука,
Эти поправки стандартизованы в международном масштабе.
Наибольшее применение имеет коррекция по шкале А. Коррек-
тированный уровень звукового давления
£А=£-Д£А, (5.9)
где Д£А—поправка к уровню звукового давления по шкале А.
Стандартные значения Д£д в функции частоты звука составля-
ют:
Частота, Гц 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Коррекция
А£л, дБ . .. 80 42 26,3 16.1 8,6 3.2 0 -1,2 -1,0 -1,1
При изложении в § 5.4 и 5.5 методов определения уровней шума
и вибрации будут использованы термины, которые также нужда-
ются в пояснениях.
Уровень шума — это общее понятие уровней звукового давле-
ния, звука, звуковой мощности и интенсивности звука н корректи-
рованного уровня звуковой мощности.
Уровень шума помех — уровень шума в измерительной точке
при неработающей испытуемой машине, но при включении всего
вспомогательного оборудования, которое должно работать во вре-
мя измерения уровня шума испытуемой машины.
63
Измерительное пространство — часть пространства в помеще-
нии или открытой площадки.
Свободное звуковое поле — звуковое поле в однородной изо-
тропной среде, в которой влияние ограничивающих поверхностей
ничтожно мало.
Открытая площадка — пространство вне помещения, где прак-
тически удовлетворяется условие свободного звукового поля.
Измерительная поверхность — поверхность, на которой распо-
лагают измерительные точки.
Звукоотражающая плоскость—горизонтальная плоскость (пол
или часть пола), ограничивающая снизу пространство, заключен-
ное в измерительную поверхность, и имеющая коэффициент зву-
копоглощения не более 0,06.
Коэффициентом звукопоглощения называется величина, опреде-
ляемая отношением поглощенной звуковой энергии к энергии, па-
дающей на данную поверхность.
Показатель направленности— разность между уровнем звуко-
вого давления в полосах частот (или уровнем звука) в точке на
измерительной поверхности в заданном направлении от источни-
ка и средним уровнем звукового давления в полосах частот (или
средним уровнем звука) в той же точке на сферической измери-
тельной поверхности при равномерном измерении во всех направ-
лениях источника той же звуковой мощности.
Тональный шум— шум, в спектре которого имеются слышимые
дискретные тона. Шум считается тональным, если на частотах
свыше 300 Гц уровень звукового давления в одной третьеоктавной
полосе превышает уровни звукового давления в соседних полосах
частот не менее чем на 10 дБ.
Гармонические колебания — это те, при которых значение ко-
леблющейся величины (характеризующей вибрацию) изменяется
во времени по закону-.
Л sin (<44- 7), (5.10)
где t—время; А — амплитуда; <о/+<р —фаза; ф—начальная фаза;
а — угловая частота.
Виброперемещение — составляющая перемещения, описываю-
щая вибрацию. Обычно за значение перемещения принимают
двойную амплитуду — размах колебаний, т. е. х=2А.
Виброскорость — производная виброперемещения по времени
®8= Л9« cos И+<р), (5.11)
где А»—эфективное значение виброскорости.
Виброускорение—производная виброскорости по времени.
Уровень виброускорения (дБ)—относительная величина виб-
роускорения
а=20 lg(flj/a0).
(5.12)
64
где о»—эффективное значение ускорения, м-с-2; oo=3>10-4 м-сг2—
нулевое значение виброускорения.
Уровень виброскорости (дБ)—относительная величина вибра-
ционной скорости.
ti'= 20 lg (tf/oo), (5.13)
где v3 —эффективное значение вибрационной скорости, мм с-’;
ио=5-1О“в мм-с-1 — нулевое значение виброскорости.
Среднее значение модуля колеблющейся величины х (о, а н др.).
x=-VlxJ. (5.14)
п Я
Если имеется кусочно-непрерывная функция x{t), определяю-
щая колеблющуюся величину в некотором интервале времени
то среднее значение модуля равно
1 (5.15)
*2 — ч J
Среднеквадратическое значение колеблющейся величины:
квадратный корень из среднеарифметического или среднеинте-
грального значения квадрата колеблющейся величины в рассмат-
риваемом интервале времени
(5.16)
я /-1
или
Среднеквадратическое значение применяется при оценке виб-
рации электрических машин, когда проводят осреднения определя-
емых значений в нескольких точках измерений.
SJ. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ШУМОВ И ВИБРАЦИЯ
Технические требования к уровню шумов и вибраций электри-
ческих машин сформулированы в общесоюзных и отраслевых стан-
дартах, а также в технических условиях на отдельные виды элек-
трических машин. Так, например, в ГОСТ 16372 и публика-
циях МЭК 34—9 нормированы допустимые уровни шума,
в ГОСТ 20832 установлены нормы па допустимые вибра-
ции электрических машин малой мощности, имеющих
а Гвяыберс О. Д
65
массу от 0,02 до 0,5 кг я рабочую частоту вращения до 60 000 об/
мин включительно, в ГОСТ 16921 — нормы шума для электричес-
ких машин с массой от 0,5 до 2000 кг, а в ГОСТ 20815 — до-
пустимые значения вибраций для крупных электрических машин —
с массой свыше 2000 кг.
При оценке уровня шума основными нормируемыми величина-
ми являются средний уровень звука на расстояния 1 м от ее конту-
ра и корректированный уровень звуковой мощности. Для большин-
ства электрических машин с самовеитнляцией корректированный
уровень звука £* (дБ) определяется номинальной мощностью
Р (кВт) и квадратом частоты вращения п (об/мин):
£а= to 1g (Рл’//2)4-С, (5.18)
где / — расстояние от наружного контура машины до измеритель-
ной поверхности, м; С — эмпирическая постоянная, которая в за-
висимости от конструктивных и технологических особенностей
электрической машины может меняться в широких пределах; вели-
чина С позволяет предварительно судить о степени малошумно-
сти электрической машины.
Та бл а ца 5.1
Ноииаяьши нопкаость. хВт Предельные значения средимд уровней звука £А, дБ А
Ноинаалькаа частота врапеиаа, об/ыни, 1 етепеаь мдиты
вое.. 900 900... 13» 1320... 1800 1900... 2360 2360 ..3150 3150.. 2750
IPM IP22 IP+4 !Р22 1Р44 IP22 1Р« IP22 IP44 1Р22 IP44 IP22
Свыше 0,25 до 1,1 67 64 70 67 71 69 74 72 75 75 79 78
> 1,1 > 2,2 69 65 70 86 73 71 78 75 80 78 82 81
> 2,2 > 5,5 72 83 74 71 77 75 82 78 83 81 85 84
> 5,5 > 11 75 72 78 75 81 78 86 81 87 94 90 87
> И » 22 78 75 82 78 85 81 87 83 91 87 93 90
» 22 > 37 80 78 84 81 86 83 89 85 92 88 95 92
* 37 > 55 81 79 86 83 88 86 92 88 94 90 97 93
» 55 > ПО 84 82 69 85 92 88 93 90 95 92 98 95
> ПО > 220 87 85 91 87 94 90 96 93 98 95 100 96
> 220 » 400 86 86 92 90 96 92 98 94 99 95 102 96
> 400 » 630 89 88 93 92 97 94 99 95 100 96 103 98
> 630 > 1000 91 90 95 93 98 95 100 96 101 97 104 99
Формула (5.18) послужила основой для разработки в ГОСТ
16372 норм допустимого уровня шума для большинства элек-
трических малтип. Так, по этому стандарту все электрические
машины разбиты на четыре класса. Класс 1—электрические ма-
шины общего назначения, к которым не предъявляются жесткие
требования по шуму и поэтому в их конструкциях не предусмотре-
но специальных мер для снижения шума. В табл. 5.1 приведены
66
предельные значения средних уровней звука для большинства
электрических машин класса 1 в диапазоне мощности от 0,25 до
1000 кВт.
Электрические машины классов 2, 3 и 4 должны иметь уровень
шума соответственно на 5, 10 и 15 дБ (А) ниже, чем машины клас-
са 1.
Технические требования к уровню шума электрических машин
мощностью менее 0,25 кВт приведены в ГОСТ 16264 и в приложе-
нии 4. При составлении их за основу взята формула (5.18).
Для электрических машин мощностью свыше 1000 кВт основ-
ным источником шума является пристроенный вентилятор охлаж-
дения со своим двигателем. Поэтому измерение уровня шума этих
машин в зависимости от мощности и частоты вращения не подчи-
няется зависимости (5.18).
Помимо среднего уровня шума ГОСТ 16372—84 устанавливает
предельные значения октавных уровней звуковой мощности:
Lp=LpA^Mp, (5.19)
где Дрд—корректированный уровень звуковой мощности; ALP—
поправка к уровню звуковой мощности.
Значения ALP в зависимости от среднегеометрической частоты
октавы составляют;
Среднегеометрическая
частота октавы, Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
дБ......... 15 16 14 7 3 4 6 10
Технические нормы на допустимую вибрацию электрических
машин устанавливают ГОСТ 20832, ГОСТ 16921 и ГОСТ 20815.
В качестве основной нормируемой величины в них принято эффек-
тивное значение виброскорости.
ГОСТ 20832, который устанавливает нормы допустимых виб-
раций для машин малой мощности с массой от 0,02 до 0,5 кг и
с частотой вращения до 60 000 об/мин включительно, устанавлива-
ет восемь классов по значению вибраций, создаваемых этими ма-
шинами. Индексы классов соответствуют допустимой для данного
класса эффективной вибрационной скорости v , которая составляет:
Классы вибрации 0,11 0,18 0,28 0,45 0,7 1,1 1,8 2,8
о*, мм/с...... 0,11 0,18 0,28 0,45 0,7 1,1 1,8 2,8
В ГОСТ 16921 установлены допустимые значения вибраций
для вращающихся электрических машин общего и специаль-
ного назначения массой от 0,5’ до 2000 кг, с рабочей частотой вра-
щения от 600 до 12 000 об/мин. Основным параметром вибраций,
контролируемым этим стандартом, является максимальное из
средних квадратических значений виброскорости, измеренных в
Диапазоне от рабочей частоты вращения до 2000 Гц. Кроме ука-
занного основного параметра вибраций могут оцениваться также
з* 67
спектральные составляющие виброскорости в диапазоне до
2000 Гц или виброускорения в диапазоне, включающем более вы-
сокие частоты, В ГОСТ 16921 указаны максимально допустимые
значения среднеквадратических значений виброскорости для
различных классов вибраций:
Классы вибрации 0,28 0,45 0,71 1,12 1,8 2,8 4,5 7.1
шкс> ии/с.... 0,28 0,45 0,71 1,12 1,8 2,8 4,5 7,1
В зависимости от требований по вибрации электрические маши-
ны, попадающие под действие этого стандарта, подразделяются на
категории: нормальные Л', пониженной вибрацией /? и с особо
жесткими требованиями по вибрации S.
Таблица 5.2
Категория МЛЕШШ Чветота аращеяи. об/има Клее вибрации для ыа плен с высота^ осе врящецая, мм
от И до 71 включи- тельно от 80 до 132 вхлю- чятедьяо ев. 132 до 22Б вклю- чительно ев. 525 до 400 вклю чктельво
от 600 до 6000 включительно 1,12 1.8 2,8 4.5
Л до 1800 включительно 0,7! 0,71 1,12 1.8
свыше 1800 до 6000 включи- тельно 0,71 1,12 1,8 2,8
до 1800 включительно 0,45 0.45 0,71 1,12
свыше 1800 до 6000 включи- тельно 0,45 0,71 1,12 1.8
Требования по вибрации к рассматриваемым электрическим
машинам настолько важны, что в стандарте точно предписываются
классы вибраций этих машин в зависимости от их высоты оси и
частоты вращения; при этом также предписывается категория,
к которой должна относиться электрическая машина. Эти требо-
вания приведены в табл. 5.2.
ГОСТ 20815 устанавливает допустимые значения вибрации для
электрических машин переменного тока массой свыше 2000 кг.
Б качестве нормируемых параметров устанавливаются: средне-
квадратические значения вибрационной скорости в диапазоне ча-
стот 10 .,. ,1000 Гц и в октавной полосе частот, включающей в себя
частоту вращения ротора, а также типовое значение вибрацион-
ного перемещения.
68
установлено, что среднеквадратическое значение птгор апнойной
скорости подшипниковых опор и пакетов статора не должно пре-
вышать 4,5 м/с, а среднеквадратическое значение вибрационной
скорости в октавной полосе а0 подшипниковых опор для электриче-
ских машин с синхронной частотой вращения 600 об/мин и более
ие должно превышать следующих значений:
Синхронная частота враще-
ния, об/мнн................. 3000 1500 1000 750 600
«о, И м/с................. 3,3 2,8 2,4 2,0 1,8
Пиковое значение вибрационного перемещения подшипниковых
опор электрических машин с такой массой и с синхронной частотой
вращения менее 600 об/мин не должно превышать 50 мкм.
Остаточные дисбалансы роторов вызывают вибрацию, поэтому
они нормируются ГОСТ 12327.
За показатель качества балансировки ротора принимают точ-
ность его балансировки —величину есо, мм’рад/с, где е —удель-
ный остаточный дисбаланс ротора, и —угловая частота вращения
ротора, соответствующая рабочей частоте вращения. Установлены
четыре класса точности балансировки роторов.
Класс ТОЧНОСТИ
балансировки 6,3 2,5 1,0 0,4
еш, нМ'рад/с 6,3 2,5 1.0 0,4
Наибольшие допустимые значения удельного остаточного дис-
баланса роторов е в зависимости от рабочей частоты вращения п
для принятых классов точности балансировки приведены на
ряс. 5.1.
11 ИСТОЧНИКИ ШУМА И ВИБРАЦИЙ И АППАРАТУРА
ДЛЯ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ
Источники шума и вибраций. Во вращающихся электрических
машинах имеется несколько видов шумов и вибрации: магнитный,
механический и аэродинамический.
Источником магнитных шумов и вибраций являются пульсиру-
ющие или вращающиеся магнитные силы и моменты, действующие
в воздушном зазоре электрической машины, а также явление маг-
нитострикции. Магнитный .шум зависит от частоты и формы коле-
баний статора, виброскорости, величины н свойств излучающей
поверхности. Спектр этих шумов и вибраций имеет дискретный ха-
рактер.
Механический шум и вибрации электрических машин возника-
ют в подшипниковых узлах, а в коллекторных электрических ма-
шинах и машинах с контактными кольцами, кроме того, от трения
Щеток о коллектор или контактные кольца. Спектр подшипнико-
вых вибраций и шумов является сплошным во всем звуковом диа-
69
пазонечастот оез осооо выраженных дискретных составляющих.
Поверхность подшипниковых щитов обычно значительно меньше
остальной части внешней поверхности электрической машины, по-
этому подшипниковые шумы излучаются электрической машиной
менее интенсивно, чем маг-
Рис. 5.1. Зависимости допустимых удель-
ных остаточных дисбалансов роторов е
электрических машин от рабочей часто-
ты вращения п для принятых классов
точности балансировки
нитные,
Аэродинамический шум
электрических машин созда-
ется вращающимися частя-
ми ротора и в первую оче-
редь охлаждающим вентиля-
тором.
Рассмотрим (в порядке
их значимости) основные ис-
точники шума и вибрации в
наиболее распространенных
типах электрических машин,
В трехфазных асинхрон-
ных двигателях средней
мощности источниками шу-
ма являются магнитные си-
лы, подшипники и вентиля-
тор, источниками вибра-
ции — дисбаланс ротора,
подшипники и магнитные
силы; в машинах постоянно-
го тока малой и средней
мощности источниками шу-
ма — вентилятор, магнитные
силы, подшипники и щетки,
источниками вибраций —
дисбаланс ротора, подшип-
ники, магнитные силы; в
коллекторных микромаши-
нах источниками шума —
подшипники и щетки, источниками вибраций —дисбаланс ротора
и подшипники; в однофазных асинхронных двигателях источника-
ми шума —вентилятор, магнитные силы и подшипники; источни-
ками вибраций —магнитные силы, дисбаланс ротора, подшип-
ники.
Аппаратура для измерения уровня шума, вибраций и биения.
Прибор для измерения шума (уровня звука или звукового давле-
ния) состоит из микрофона, усилителя, частотных фильтров И
индикатора и называется шумомером, представляющим собой
переносной аппарат.
В зависимости от точности измерений шумомеры подразделя-
ются на четыре класса: 0, 1» 2 и 3. Класс 0 применяется в каче-
70
стве образцового средства измерения, класс I — для точных лабо-
раторных и натурных измерений, класс 2— для измерений
нормальной точности, класс 3 — для ориентировочных изме-
рений.
Обычно применяют частотную характеристику шумомера Л
при которой разность показаний шумомера (дБ) для двух раз-
личных шумов примерно равна разности уровней громкости этих
шумов в фонах при их восприятии на слух, что лучше всего учи-
тывает степень физиологического беспокойства (кривая 4).
Микрофон шумомера преобразует акустическую энергию в
электрическую. Прн измерении шумов используются пьезоэлек-
трический, электродинамический или конденсаторный типы мик-
рофонов.
Шумоиер показывает уровень интенсивности звука (дБ), но
не регистрирует частотного спектра шума.
Измерение спектра амплитуд шума производят с помощью
анализатора частот, который состоит из входного усилителя, кор-
ректирующих целей, избирательного и выходных усилителей. Вы-
ход анализатора частот подключается к стрелочному индикатору
или к осциллографу с послесвечением.
Для одновременного измерения и анализа звуков применяется
универсальный прибор — частотный спектрометр, состоящий из
входного усилителя, системы полосовых фильтров, корректирую-
щих цепей и выходного усилителя. При соединении спектрометра
с регистрирующим прибором можно автоматически записывать
спектр (Гц) на стандартные листы бумаги.
Для измерения механических вибраций обычно применяют те
же приборы. Они отличаются от приборов для измерения шумов
только датчиками, а в некоторых случаях иитегроднфференциру-
ющями цепочками, позволяющими определить параметры вибра-
ций: смещение, скорость и ускорение. Обычно используют пьезо-
электрические и электродинамические датчики. В электродинами-
ческих датчиках генерируемое напряжение пропорционально ско-
рости вибраций, а в пьезоэлектрических — ускорению.
Виброметр — устройство, состоящее из датчика, усилителя,
интегрирующих или дифференцирующих контуров. Шкала прибо-
ра проградуирована в дБ.
При измерении шумов и вибраций применяют самописцы, маг-
нитофоны, осциллографы и т. п.
Для анализа шума электрических машин необходимы специ-
альные помещения, ограждающие поверхности которых поглоща-
ют значительную часть энергии падающих на них звуковых волн,
что позволяет заглушать внешние шумы и устранять внутренние
отражения волн. Такие помещения называют заглушенными ка-
мерами. Эти камеры обычно выполняются с большим внутренним
объемом, конструкция их сложна, стоимость изготовления вы-
сокая.
71
Для серийно выпускаемых электрических машин нет возмож-
ности проводить приемо-сдаточные испытания в заглушенных
камерах в связи с большим объемом выпуска, С этой целью при-
меняют малые камеры специальной конструкции, В них угол нак-
лона зубцов на стенах 10°. Это позволяет почти полностью рас-
сеять звукопоглощающей стеной акустическую энергию,
В электрических машинах различают два вида биений враща-
ющихся частей: статическое и динамическое. При статическом
биении ось вращающейся части машины совпадает с осью вра-
щении, при динамическом биении — не совпадает,
Биения измеряют с помощью стрелочного индикатора,
5.4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА
ПРИ ХОЛОСТОМ ХОДЕ И НОМИНАЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
Классификация методов определения уровня шума и требова-
ния к условиям измерения. Эти методы устанавливает ГОСТ
11929. Они позволяют определить следующие шумовые характе-
ристики: уровень звуковой мощности в октавных полосах час-
тот Lp; корректированный уровень звуковой мощности Дра; сред-
ний уровень звука на расстоянии 1 м от наружного контура ма-
шины над звукоотражающей плоскостью Lai*; средний уровень
звукового давления на расстояния 1 м от наружного контура
машины над звукоотражающей плоскостью в откавных полосах
частот Ln и показатель направленности G.
При приемо-сдаточных испытаниях определяют Д<ла или 1рк.
При периодических и квалификационных испытаниях определяют
Дра я Да1А/ допускается вместо Lp находить Д^.
При приемочных н типовых испытаниях помимо Lp и Д<ил
определяют G (если в технических условиях есть указание о нап-
равлении, в котором определяют показатель направленности).
Кроме того, при этих испытаниях проверяют наличие тонального
шума, если Дрд>93 дБ-А или Дй;д>80 дБ-А.
Определение характеристик шума. Характеристики шума ма-
шин определяют техническими методами в свободном звуковом
поле над звукоотражающей плоскостью или в реверберационном
помещении или ориентировочным методом.
При использовании технического метода определения шумовых
характеристик в свободном звуковом поле над звукоотражающей
плоскостью измерения проводят в заглушенных камерах со зву-
коотражающим полом; на открытых площадках и в помещениях
объемом не менее 1000 м3 для измерений в полосах со средне-
геометрическими частотами начиная с 63 Гц или не менее 200 м3
при измерении от 125 Гц.
Пригодность помещения для проведения измерений оценива-
ют по величине постоянной К. Для определения постоянной К
используют образцовый источник шума с известным уровнем зву-
72
ковой мощности LPn- Образцовый источник шума устанавливают
на месте испытуемой машины и определяют уровень его звуковой
мощности Lp на основании измерений уровней звукового давле-
ния (уровня звука) во всех измерительных точках, после чего
находят
K=Lp-LpR. (5.20)
Звуковое поле в измерительном пространстве считают пригодным,
если К<2 дБ. Метод определения К. см. в приложении 5.
Если постоянная К=2.,.3 дБ, то для испытания машин с габа-
ритами, превышающими размеры образцового источника шума
более чем в 3 раза, последний необходимо располагать в четырех
углах параллелепипеда с размерами, соответствующими габари-
там машины, и определить среднее значение К. Если значение К
ие удовлетворяет требованиям, то измерительное расстояние мо-
жет быть установлено менее 1 м, но не менее 0,25 м.
Разность AZ. между уровнем шума помех и измеряемым уров-
нем шума должна быть не менее 6 дБ в каждой частотной поло-
се или 6 дБ-А. Для учета уровня шума помех необходимо из
измеряемого уровня звука или уровня звукового давления вы-
честь величину А, которая составляет (дБ):
LL ...... 6.,. 8 9... 10 более 10
Д............ 1 0,5 О
Уровень шума помех измеряют в тех же величинах и в тех же
измерительных точках, что и при измерении уровня шума машин.
Измерения проводят в заглушенной камере со звукопоглощаю-
щим полом.
Технический метод определения шумовых характеристик в ре-
верберационном помещении позволяет получить максимальное
среднеквадратическое отклонение уровней звуковой мощности в
полосах частот и корректированного по характеристике А уровня
звуковой мощности.
Измерения проводят в реверберационных камерах или в спе-
циальных реверберационных помещениях в октавных полосах
частот со среднегеометрическими частотами от 125 до 8000 Гц,
в третьоктавных полосах частот со среднегеометрическими часто-
тами от 100 до 10 000 Гц или в более узких полосах частот.
Специальные реверберационные помещения имеют звукопо-
глощающую облицовку стен и потолка. До проведения измерений
в этих помещениях обязательно проверяют соответствие их час-
тотных характеристик предъявляемым требованиям.
Объем реверберационных камер и специальных ревербераци-
онных помещений должен быть в пределах от 100 до 300 м3.
Перед измерениями оценивают шум помех, который может воз-
«иккуть от аэродинамических потоков вблизи микрофона, от виб-
раций, передаваемых на измерительные приборы, от влияния
73
электрических и магнитных полей или других источников шума.
Если шум помех AL окажется на 10 дБ ниже уровня шума, изме-
ренного при включенной электрической машине, то шум помех
можно не учитывать, если же находится в пределах 4... 10 дБ,
то измеренные значения уровней шума электрической машины
следует уменьшить на величину А, которая составляет в зависи-
мости от Д£ (дБ):
Л£ ... . 4...5
А........... 2
б... 8
1
9 ...10
0,5
Испытуемая электрическая машина должна быть установлена
на полу в испытательном помещении. Расстояние от нее до стен
и потолка должно быть не менее 1 м. Расстояние dHRa от точек
измерения до испытуемой машины при использовании метода
сравнения с образцовым источником шума должно быть не менее
^.==0.3/V, где V — объем испытательного помещения.
Средний уровень звукового давления в полосе частот Lm (дБ)
(или уровень звука дБ-А)
(п \
, (5.2 j
г-1 /
где Li — уровень звукового давления в полосе частот, дБ, или
уровень звука, дБ-А, в i-й точке измерения с учетом поправок А;
n=NsNm — общее количество точек измерения; Nm— количество
точек измерения при одном положении электрической машины;
Ni — количество положений электрической машины.
Уровень звуковой мощности в полосах частот (дБ)
Z^^-j-lOlgAMo-5, (5.22)
где А—эквивалентная площадь звукопоглощения, м2, в испыта-
тельном помещении на частоте измерения, определяемая по ГОСТ
12.1.025—80; Ло— базовое значение площади, принимаемое рав-
ным 1 м2.
При проведении измерений в специальных реверберационных
помещениях корректированный уровень звуковой мощности (или
уровни звуковой мощности в полосах частот)
Lp=Lm -101g ТЛ/Т0 + 101g -13, (5.23)
где Tn — время реверберации испытательного помещения на час-
тоте 1000 Гц, с; То — базовое значение временя реверберации,
принимаемое равным 1 с; V— объем испытательного помещения,
м3; Vo — базовое значение объема испытательного помещения,
принимаемое равным 1 м3.
Ориентировочный метод определения шумовых характеристик
При использовании этого метода испытания проводят на откры
той площадке над звукоотражающей плоскостью или в помете-
74
яиях объемом более 70 м3. Помещение или открытую площадку
для проведения измерений ориентировочным методом считают
пригодной, если /«7 дБ. Разность ДЛ между уровнем шума по-
мех и измеряемым уровнем шума машины должно быть не менее
3 дБ в каждой частотной полосе, либо 3 дБ-А (в зависимости
от измеряемого параметра). Для учета уровня шума помех необ-
ходимо из измеряемого уровня звука или уровня звукового дав-
ления вычесть величину Д, которая составляет в зависимости от
ДД (дБ):
AL........ 3 4...5 6... 10 более 10
Л.........3 2 1 0
При измерении шумовых характеристик надо чтобы темпера-
тура окружающего воздуха не изменялась более чем на ±10 °C,
а относительная влажность — на ±15%.
Для получения достоверных результатов вибрационных изме-
рений испытуемую машиву необходимо упруго подвесить или
упруго установить на фундаменте, чтобы исключить влияние по-
сторонних вибраций.
Во избежание явления резонанса частота собственных колеба-
ний f0 испытываемой машины, подвешенной или установленной на
амортизаторах, должна удовлетворять условию:
Л<0,5/м„, (5.24)
где /кта — наименьшая возможная частота вынужденных колеба-
ний машины при измерении, Гц.
Для вращающихся электрических машин при отсутствии авто-
колебаний наименьшая возможная частота вынужденных колеба-
ний
Лнв=ДциЛ (5.25)
где лиия — наименьшая частота вращения машин, об/мин.
Частота (Гц) свободных колебаний испытываемой машины,
подвешенной или установленной упруго.
/0=КС/л5/(2л), (5.26)
где С — динамическая жесткость амортизаторов в направлении,
перпендикулярном опорной поверхности (определяется по ката-
логам или техническим условиям на амортизаторы), Н/м; Afi —
масса испытуемой машины, приходящаяся на один амортиза-
тор, кг.
Частота свободных колебаний машины /о определяется и экс-
периментально-например, измерением частоты резонансных
(свободных) колебаний при механическом возбуждении нерабо-
тающей машины, установленной на амортизаторах или подвешен-
ной упруго. В качестве источника возбуждения колебаний наибо-
лее удобно использовать вибратор с регулируемой частотой.
75
При измерениях уровня шума положение оси вала электриче-
ской машины должно соответствовать положению во время экс-
плуатации машины. При проведении измерений в свободном зву-
ковом поле машину размещают примерно в середине пола иля
плоскости открытой площадки. Перед испытаниями машина про-
ходит обкатку, а испытания проводят при номинальной частоте
вращения. Обычно электродвигатели испытывают в режиме холо-
стого хода. Однако при приемочных испытаниях часто возникает
необходимость определять шумовые характеристики машины в
режиме номинальной нагрузки.
Рас. 5J. Вертикальная (а) и горизонтальная (б) схема установки элехтродвв
гателен при определении уровня шума:
/ — 1епмтуемы9 двигатель; 2 —упругая иуфтя; 3 — игортнзлторы; < — нвгрузопви маши-
на; S — общая рама (иди фланец); S — уетавовотвое пряепособленне
Способы создания номинальной нагрузки машины при измере-
нии шумовых характеристик. Номинальную нагрузку можно соз-
дать одним из следующих способов.
С пособ возвр ат ной р а бо т ы однотипных машин,
При этом способе в качестве нагрузочной машины используют
двигатель, однотипный испытуемому, Уровни звука в режиме хо-
лостого хода испытуемого двшателя £'й(а и двигателя, исполь-
зуемого в качестве нагрузочной машины £"<цд, не должны резко
отличаться. Это требование проверяется выполнением следующе-
го условия:
14пл- Ю 1g (10Ш** + 10Ш'*А) - 31 < N. (5.27)
Для технического метода определения шумовых характерис-
тик N= 1,5 дБ>А, а для ориентировочного метода Л’ = 2 дБ-А.
Испытуемый и нагрузочный двигатели устанавливают на об-
щей жесткой раме, вес которой не должен превышать 25% от
75
веса испытуемого двигателя, и механически сочленяются с по-
мощью упругой муфты. Рама с двигателями устанавливается
упруго на массивном фундаменте (рис. 5.2).
Измерения уровней звукового давлеаия в октавных полосах
частот проводят в режимах холостого хода двигателя, сочленен-
вого с нагрузочной машиной (нагрузочная машина отключена от
сети), и номинального крутящего момента на валу испытуемого
двигателя.
Та б липа 5.3
Среавая частота М полосы частот. Гд Попраак* A^f. дБ Средняя частота t-в полосы частот. Гд Поправ» *»<• «Б
12.5 -53 400 -5
16 -57 500 -3
20 —51 630 2
25 —45 800 =1
3! —39 1000 0
40 -35 1250
50 -30 1600 hl
63 -26 2000 ki
80 -22 2500 -1
100 —19 3150 hi
125 -16 4000 И
160 —13 5000 Fl
200 -11 6300 0
250 —9 8000 -1
315 -7 10000 -3
Измерения, уровней звукового давления начинают с октавы, в
которой расположена минимальная частота (Гн) от дейст-
вия магнитных сил, обусловленных зубчатостью ротора (якоря),
она может быть определена для асинхронных двигателей по фор-
муле
f ‘ 1) (1 —s)/p], (5.28)
где /о — частота сети, Гц; Zj — количество зубцов ротора.
Для машин постоянного тока
(5.29)
где z— количество зубцов якоря; л— частота вращения двига-
теля, об/мин.
Уровни звуковой мощности в режиме номинальной нагрузки в
октавных полосах частот
'^'ДМ = '^р4"(^'ЖВ — Дих)> (5.30)
где £р —уровень звуковой мощности в режиме холостого хода
одиночного двигателя в октавной полосе частот, дБ; 1МВ —сред-
W уровень звукового давления в режиме номинального крутя-
77
щего момента в октавных полосах частот; Lmx—средний уровень
звукового давления в режиме холостого хода сочлененного дви-
гателя в октавных полосах частот.
Аналогично, корректированный уровень звуковой мощности
(дБ) в режиме номинальной нагрузки
+ Ю 1g 2 - 101g J Ю0>1(др<+а^, (5.31)
;-i r-i
где Ард — корректированный уровень звуковой мощности в режи-
ме холостого хода одиночного двигателя, дБ; LpBi и Lpi — уровни
звуковой мощности в режимах номинальной нагрузки и холосто-
го хода в t-й октавной полосе частот, дБ; Лт! — корректирующая
поправка (шкала А) для ;-й полосы частот, дБ (табл, 5.3),
Рис, 5,3. Схема расположения звукоизолирующего кожуха для нагрузочного уст-
ройства при вертикальной (а) и горизонтальной (б) установке двигателя:
1 — «епытуемый двигатель; J — выгрузочная машивя; 3 — упругая муфта; 4 — амортвзато.
ры; S— акустическое уплотнение вала; б — звукоизолирующий кожух; 7 — звукопоглощаю-
щее покрыта е
Средний уровень звукового давления Law и средний уровень
звука LdiAn (дБ) на расстоянии 1 м от наружного контура дви
гателя в режиме номинальной нагрузки определяют по формулам
Дйя = ^ра ~* 10 1g (S/Sp), (5.32)
^’<ИАя==^‘рАи ' 101g(S/50), (5.33)
где S — площадь измерительной поверхности, м2; Sq —базовое
значение измерительной поверхности, принимаемое равным 1 м2
Способ с применением малошумного нагрузочного устройства.
Этот способ используется для создания номинальной нагрузки
(номинального момента) на валу испытуемого двигателя для
78
определения его шумовых характеристик с помощью нагрузочного
устройства, имеющего пониженный уровень шума на частотах
действия магнитных сил. В качестве таких устройств могут при-
меняться, например, генераторы постоянного тока, магнитные тор-
моза и т. п. В случае необходимости нагрузочное устройство мо-
жет быть заключено в звукоизолирующий кожух. Схема располо-
жения звукоизолирующего кожуха и способы установки двигателя
на отдельных амортизаторах приведены на рис. 5.3.
Уровень звуковой мощности в октавных полосах частот в ре-
жиме номинальной нагрузки
£PB=A„ + 101g4-- (5-34)
Величину Lm (дБ) определяют на основании измерений уров-
ней звукового давления в отдельных точках
A«=101g((lA0210°,1£'V/<, (5.35)
\ /
где L{ — уровень звукового давления в Лй измерительной точке,
дБ; п — общее число измерительных точек.
Если значения Lt по точкам измерения различаются не более
чем на 5 дБ, то средний уровень звукового давления (дБ)
(5.36)
т
Корректированный уровень звуковой мощности в режиме но-
минальной нагрузки Арди определяют по (5.31). Средний уровень
звукового давления на расстоянии 1 м от наружного контура дви-
гателя в режиме номинальной нагрузки в октавных полосах час-
тот Ld\B можно определить по (5.32), а средний уровень звука на
расстоянии 1 м от наружного контура двигателя в режиме номи-
нальной нагрузки L£flAa —по (5,33).
Способ с применением валопровода. Измерения шумовых ха-
рактеристик производят техническим методом в звукозаглушен-
ной камере. Нагрузочное устройство располагают вне заглушен-
ной камеры и соединяют с испытуемым электродвигателем с
гомощью валопровода, который вращается в стояковых подшип-
никах..Испытуемый двигатель соединяют с валопроводом упругой
“Уфтой и устанавливают на отдельных амортизаторах.
Для технического метода определения шумовых характеристик
* свободном звуковом поле над звукоотражающей поверхностью
'•еобходнмо соблюдать следующие правила.
Точки измерения должны находиться на измерительной по-
верхности, охватывающей машину и опирающейся на звукоотра-
хающую плоскость (рис. 5.4).
79
Приведенные на рис. 5.4 размеры a, b, с, bit и hj должны
удовлетворять следующим соотношениям:
(5.37)
£=0,5Z2-H; (5.38)
C = ^a4“rfi (5.39,
A1=O,25 0-f-e-d); (5.40)
A3=O,75 0+-c-d); (5.41/
^=0,504-4?—d) и ^1<й. (5.42.
Обычно измерительное расстояние d = l м. Допускается умень-
шать это расстояние до 0,25 м, если это обусловлено влиянием
звукоотражения или уровнем шума помех.
В закрытых помещениях без специальных звукопоглощающих
покрытий стен и потолка расстояние (м)
dOO/SOi (5.43
где А — эквивалентная площадь звукопоглощения, определяемая
при частоте 500 Гц.
Эквивалентная площадь звукопоглощения (м2)
A=dsS„, (5.44 j
где SB —площадь ограничивающих поверхностей в помещении
включая пол, м2; dt— средний коэффициент звукопоглощения ₽
помещении.
Средний коэффициент dt звукопоглощения в зависимости от
вида помещения составляет:
Пустое с гладкими стенами из бетона, кирпича я т. п. . . . 0,05
Частично пустое с гладкими стенами..1..........0,1
С жесткой мебелью, машинный зал или цех . . . ..... 0,15
Расчлененное...................................0,2
С мягкой мебелью, цех с частично звукопоглощающей обра-
боткой стен, потолка..........................0,25
С полной звукопоглощающей обработкой на стенах и потолке 0,35
Облицованное специальными звукопоглощающими конструк-
циями .........................................0,5
Количество точек для выполнения измерения обычно принима
ется равным восьми, их расположение показано на рис. 5.4. При
этом измерительные точки 1...4 расположены на высоте hi, но нс
менее 0,15 м от пола; измерительные точки 5.,.8 расположены на
высоте hi<C,
При измерении микрофон устанавливают непосредственно в
точке измерения и ориентируют в направлении геометрического
центра испытываемой машины таким образом, чтобы между мик-
рофоном и испытываемой машиной не было посторонних предме-
80
тов, искажающих звуковое поле. Расстояние между микрофоном
и наблюдателем должно быть не менее 0,5 м. Обычно в каждой
точке измеряют уровень звука, а если требуется определить уро-
вень звуковой мощности (звукового давления) в октавных поло-
Рис, 5.4. Схема расположения точек
измерения шумовых характеристик
(для технического метода над звухо-
отражающей поверхностью):
S — язмерительяая неверность; 1... S —
точки нвмереввя; G. ti, 6 — размеры на-
питы; d — мвмернтельяое раестоякйе
Рис, 5.5. Схема расположения то-
чек измерения шумовых характе-
ристик (для ориентировочного ме-
тода)
сах частот, их разрешается определять в точке с наибольшим
уровнем звука. Измеряемые уровни звукового давления или уров-
ни звука усредняют по времени. Если показания шумомера колеб-
лются в пределах 5 дБ, то следует брать средние показания; при
колебаниях более 5 дБ применяются интегрирующие приборы.
Технический метод определения шумовых характеристик в сво-
бодном звуковом поле над звукопоглощающей плоскостью отли-
чается от метода определения шумовых характеристик над зву-
коотражающей плоскостью только измерительной поверхностью.
Точки измерения располагают равномерно на сферической из-
мерительной поверхности и их количество должно быть не менее
шести, а расстояние между ними не более 1 м. Измерительная
поверхность выбирается такой величины, чтобы точки измерения
81
были расположены в зоне свободного поля камеры, а радиус 7?
измерительной поверхности был не меньше удвоенного наиболь-
шего размера испытуемой машины и во всяком случае не менее
0,25 м.
При ориентировочном методе определения шумовых характе-
ристик требования к расположению точек измерения и к измери-
тельному расстоянию d такие же, что и прн техническом методе.
Количество точек измерения—пять. Точки располагаются на из-
мерительной поверхности, как указано на рис. 5.5. Если при
измерении окажется, что разность между максимальными и мини-
мальными уровнями звука в точках 1...5 превышает 8 дБ, то ко-
личество точек измерения увеличивают до восьми.
S.S. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ВИБРАЦИЯ
И ВЕЛИЧИН БИЕНИЯ
Методы определения уровня вибраций. Для оценки вибрации
электрических машин, согласно ГОСТ 12379, как указано в § 5.2,
основной измеряемой величиной является эффективное зна-
чение вибрационной скорости оэ, которая определяется в диапа-
зоне от рабочей частоты до 2000 Гц. В ряде случаев дополнитель-
но требуется проведение спектрального анализа, а если в диапа-
зон измерения входят частоты свыше 2000 Гц, то необходимо
определить и вибрационное ускорение а (м/с2).
При наличии данных по спектральному анализу эффективное
значение вибрационной скорости (мм/с2) можно определить по
формуле
(5.45)
где Vfi—эффективное значение вибрационной скорости, получен-
ное прн спектральном анализе для z-й полосы фильтра.
Результаты измерений вибрационной скорости и вибрационно-
го ускорения могут быть выражены в децибелах относительно
условных базовых значений скорости и ускорения. При этом ба-
зовое значение вибрационной скорости мм/с, а базовое
значение вибрационного ускорения ao=3-lO"4 м/с2.
В приложениях 2 и 3 даны таблицы перевода вибрационных
ускорений и скоростей из абсолютных величин в децибелы.
В качестве измерительной аппаратуры используются вибро-
измерительные приборы с виброизмерительными датчиками, а
также октавные и третьеоктавные фильтры. Применяются также
анализаторы гармоник.
В испытуемых электрических машинах предусматривают мес-
та для установки внброизмерительных датчиков, которые жестко
82
крепятся к испытуемой электрической машине или к дополнитель-
ной массе и их масса не должна превышать 5% массы электриче-
ской машины.
При определении вибраций рекомендуется применять упругую
установку электрических машин. Если упругая установка невоз-
можна, то допускается жесткая установка машины на фундамен-
те, при этом масса фундамента должна превышать массу испыту-
емой машины не менее чем в 10 раз. Машина должна устанав-
ливаться в таком положении, в котором она эксплуатируется, а
если она предназначена для работы в разных положениях, ее
следует испытывать при горизонтальной установке.
Упругая установка машины требует применения ряда приспо-
соблений, масса которых, называемая дополнительной массой, не
должна превышать 0,1 массы электрической машины.
Для описания точек измерения вибрации выберем взаимно
перпендикулярные оси координат: а—в направлении оси враще-
ния электрической машины, у — ось в направлении, перпендику-
лярном установочной плоскости (для машины с лапами), х —го-
ризонтальная ось для горизонтальных фланцевых машин.
Измерения вибрации производят при приемочных, периодиче-
ских, типовых и приемо-сдаточных испытаниях, Вибрацию изме-
ряют на подшипниковых щитах: по осям х, у, а также в направ-
лении оси г (возможно ближе к оси вращения); измерения про-
водятся также на лапах или на фланце машины в направлении,
перпендикулярном опорной поверхности, в точках вблизи мест
крепления машины. Для малогабаритных машин, у которых уста-
новка датчиков в указанных точках невозможна, можно перено-
сить точки измерения на корпус машины вблизи подшипниковых
щитов.
На рис. 5,6...5.8 показаны для примера точки измерения и
направления вибраций для трех наиболее распространенных форм
исполнения и степеней защиты электрических машин,
Спектральный анализ вибрации следует проводить в точке с
максимальным значением вибрации.
Перед измерением вибраций электрические машины должны
быть обкатаны. Испытания на внешние механические воздействия
(вибрация, удар и т. п.) и на ресурс должны проводиться после
измерения вибраций.
В зависимости от типа электрической машины контроль виб-
рации проводится в разных режимах. Для электрических машин,
нагрузку которых можно осуществлять без механических соеди-
нений с приводными устройствами или рабочими механизмами
(например, для электромашинных преобразователей), вибрацию
следует измерять прн работе машины с номинальной нагрузкой,
для синхронных машин —в режиме перевозбужденного двигате-
ля при номинальном напряжении и номинальном токе статора;
Для всех остальных машин — в режиме холостого хода.
83
Контроль вибрации обычно производится при номинальной
частоте вращения, а для машин с регулируемой частотой враще-
ния— при номинальной и максимальной рабочей частотах вра-
щения.
Рве. 5.6. Схема расположения точек вз мерея я я в на-
правления вибраций для электрических машия фор-
мы исполнения Ml0 со степенью защиты 1Р44
We
Рис, 5.7. Схемы расположения точек измерения и направле-
ния вибраций для электрических машин формы исполнения
Ml0 со степенью защиты 1Р22
Ряс. 5.8. Схемы расположения точек измерения я на-
правления вибраций для электрических машин формы ис-
полнения МЗО со степенью защиты 1Р44
Методы определения величины биения. В электрических маши-
нах величина биения вращающихся частей регламентируется для
следующих деталей; коллектора, контактных колец, свободных
84
концов валов или насаженных на них шкивов, полумуфт и т. п.
Измерительным инструментом служит стрелочный индикатор.
Измерения проводят при медленном вращении измеряемой дета-
ли, чтобы исключить динамические явления.
Проверка величины биения коллектора обычно проводится как
в холодном, так и в нагретом состоянии непосредственно после
испытания электрической машины при повышенной частоте вра-
щения. Испытания в нагретом состоянии проводятся для провер-
ки монолитности коллектора.
Требования к допустимым значениям биения коллекторов и
контактных колец обычно устанавливаются в технической доку-
ментации на изготовление электрических машин,
Вопросы для самопроверки
1. Каков диапазон звуковых воли (кГц)?
2. Что такое мгновенное звуковое давление?
3. Что такое эффективное звуковое давление?
4. Что такое звуковая мощность?
5. Что такое интенсивность звука и в каких единицах она выражается?
6. В каких единицах выражается уровень интенсивности звука?
7. Почему на практике вместо понятий «звуковое давление», «звуковая ско-
рость», «звуковая мощность» пользуются понятиями — «уровни этих показате-
лей»?
в. С какой целью введены понятия корректированных уровней звука, зву-
ковой мощности н т. п.?
9. Что такое коррекция А?
10. Что такое уровень шума?
11. Что такое уровень шума помех?
12. Что понимается под измерительным пространством?
13. Что понимается под свободным звуковым полем?
14. Каким условиям практически должно удовлетворять пространство вне
помещения, характеризующееся термином — открытая площадка?
15. Что такое заглушенная камера?
J6. Что такое измерительная поверхность?
17. Какой коэффициент звукопоглощения должна иметь звукоотражающая
плоскость?
18. Что такое показатель направленности?
19. Что такое тональный шум?
20. Что следует понимать под гармоническими колебаниями?
21. Что такое виброперемещення я размах колебаний?
22. Какой показатель является основным для оценил вибраций электриче-
ских машин?
23. Что такое тшброускореяие и уровень виброускорення? В каких едини-
цах они выражаются?
24. Какие освоение величины нормируют в стандартах для оценка уровня
шума?
25. На сколько классов по допустимому уровню шума разбиты все электри-
ческие машины?
26. К какому классу по допустимому уровню шума относятся электриче-
ские машины общего назначении?
27. На сколько децибел (по шкале А) должны иметь меньше уровень шума
электрические машины класса 2 по сравнению с машинами класса 1?
28. На сколько децибел (по шкале А) должны иметь меньше уровень шу-
ма электрические машины класса 3 по сравнению е машинами класса 1?
85
29. Электрические машияы класса 4 —это особо малошумные пашины. На
сколько децибел их уровень шуме должен быть ниже, чем машин класса 1?
30. Какие ограничения, помимо среднего уровня шума, устанавливает стан-
дарт на предельные значения октавных уровней звуковой мощности?
31. На сколько классов по допустимому уровню вибраций делит стандарт
электрические машины малой мощности в зависимости от уровня нх вибраций?
32. Чему соответствуют индексы классов вибраций для электрических ма-
шин малой мощности?
33, Какой основной параметр вибраций является определяющим для оцен-
ки уровня виврапий наиболее массовых электрических машин с массой от 0,5
до 2000 кт?
34. На какие три категории в зависимости от требований по вибрациям
подразделяются электрические машины этой группы и как обозначают эти кате-
гории?
35. Какие вибрационные параметры нормируются для крупных электриче-
ских машин с массой свыше 2000 кг?
36. Как связана величина остаточного дисбаланса роторов с уровнем виб-
рации машины?
37. Какая величина характеризует точность балансировки роторов?
38. Сколько установлено классов для опенки точности балансировки рото-
ров и как обозначаются индексы этих классов точности?
39, Какие основные виды шумов н вибраций различают в электрических
машинах?
40. Каковы основные источники магнитных шумов н вибраций электриче-
ских машин?
41. Каковы основные источники механического шума и вибраций электриче-
ских машин?
42. Каковы основные источники аэродинамического шума электрических
машин?
43. Из каких основных узлов состоит прибор для измерения шума?
44. Что такое шумомер?
45. На сколько классов точности подразделяются шумомеры и какая между
ними разннна по назначению?
46. Почему в шумомерах обычно пользуются частотной характеристикой по
пиале А и что показывает эта шкала?
47. Канне три типа микрофона используют для измерений шумов?
48. Чем измеряют спектр амплитуд шума?
49. Из каких основных элементов состоит вибромер?
60. Какова основная особенность конструкции малых шумовых камер?
51. Какие шумовые характеристики определяют при разных видах испыта-
ний электрических машин?
52. Какие три метода применяют для определения шумовых характеристик
электрических машин?
53. При каких условиях можно производить измерения, используя техни-
ческий метод определения шумовых характеристик?
54. Как оценить пригодность помещения для проведения измерений, исполь-
зуя технический метод, по величине постоянной К?
55. Как применить технический метод определения шумовых характеристик
в реверберационном помещении?
56. Что такое реверберационные помещения и какие к ним предъявляются
требования?
57. В чем заключается ориентиров очи ый метод определения шумовых ха-
рактеристик?
58. Какие применяют три способа создания номинальной нагрузки при не-
обходимости определить шумовые характеристики машины в режиме номиналь-
ной нагрузки?
59. В чем состоит способ возвратной работы однотипных пашни?
60. Ках осуществить способ, использующий нагрузочное устройство, имею-
щее пониженный уровень шума на частотах действия магнитных сил?
86
61. В чей заключается метод определения шумовых характеристик электро-
двигателя, связанный с применением валопровода?
62. Что является измерительной аппаратурой, применяемой для определения
уровня вибраций?
63. Какое основное требование предъявляется к вибронзмернтельным пре-
образователям?
64. Как следует устанавливать электрическую машину для измерения уров-
ня их вибраций?
65. Как определяется величина биения вращающих частей электрических
машин?
66. Для каких деталей электрических машин следует определять величину
биения?
ГЛАВА 6
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
6.1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЧАСТИ
Метод крутильных колебаний. Для оценки быстродействия
электроприводов необходимо знать момент инерции вращающейся
части электрической машины, который определяется эксперимент
Рис. 6.!. Эскиз вращающейся
части машины при измерения
момента инерции методом кру-
тильных колебаний (а) я с по-
мощью контрольного образца
Рис. Ь2. Эскиз тяжелой вра-
щающейся части машины при
измерении момента инерции ме-
тодом крутильных колебаний
тально. Метод крутильных колебаний обычно применяют для
определения момента инерции электрических машин малой и
средней мощности (до 100 кВт). Вращающуюся часть 1 машины
подвешивают на металлической струне, как показано на рис.
6.1, а. Диаметр и длину струны следует выбрать так, чтобы пе-
риод Т крутильных колебаний составлял не менее 1 с. Точку под-
веса вращающейся части машины выбирают точно иа оси враще-
87
мия, Механическая прочность струны должна быть достаточной
для закрепления вращающейся части машины, которую подвер-
гают крутильным колебаниям с односторонними угловыми отклоне-
ниями не более 25°,
При испытаниях измеряют, используя одну и ту же струну,
периоды крутильных колебаний исследуемой вращающейся части
машины и контрольного образца момент инерции которого
близок к измеряемому. Момент инерции контрольного образца /в
определяют до начала испытаний расчетным путем, Момент инер-
ции вращающейся части машины вычисляют
У=/ДГ/ГЯ)2. (6,1}
Естественно возникает вопрос: почему нельзя расчетным пу-
тем (без испытаний) определить момент инерции вращающейся
части электрической машины, не рассчитывая момента инерции
контрольного образца? Ответ на этот вопрос простой: контроль-
ный образец выполняют простейшей геометрической формы (в
виде цилиндра) из однородного материала (металла) и рассчи-
тать момент инерции такого тела можно достаточно точно. Вра-
щающиеся же части электрической машины, как правило, состо-
ят из нескольких разнородных материалов (электротехническая
сталь, обмоточные провода, изоляция, алюминий, сталь, коллек-
торная медь, материал контактных колец и т. п.) и имеют слож-
ную геометрическую форму. Рассчитать точно момент инерции
такой довольно сложной конструкции совсем не просто. Поэтому
используют эмпирические методы определения момента инерции
вращающихся частей электрических машин,
Момент инерции вращающейся части машины может быть
определен с помощью контрольного образца 2, если расположить
его и вращающуюся часть 1 машины, как показано на рис. 6.1, б.
Момент инерции контрольного образца определяют заранее рас-
четным путем.
Момент инерции исследуемой вращающейся части определяют
(6.2)
где Тв.в — период колебаний исследуемой вращающейся части с
контрольным образцом, с.
При определении момента инерции тяжелой вращающейся час-
ти (рис. 6,2) ее подвешивают на двух параллельных струнах,
прикрепленных к вращающейся части в точках, симметричных
относительно ее оси. Длину струн I и расстояние от струны до
оси вращающейся части г следует выбирать таким образом, что-
бы период Т крутильных колебаний составлял не менее 1 с. Вра»
щающуюся часть машины подвергают крутильным колебаниям п
измеряют их период Т,
88
Момент инерпии вращающейся части машины
У = тг2Г2^/(?4л2), (6.3)
где т — измеренная масса исследуемой вращающейся части,
. =9,81 м/с2 — ускорение земного тяготения.
Метод вспомогательного маятника. Этот метод применяют в
тех случаях, когда метод крутильных колебаний не может быть
использован, в частности для электрических машин большей
мощности — до 1000 кВт.
Ряс. 6.3, Схема установ-
ка для определения мо-
мента инерции вращаю-
щейся части машины ме-
тодом вспомогательного
маятника
Рис. 5,4, Кривая самоторможения эле-
ктродвигателя
Для реализации этого метода вращающуюся часть машины
устанавливают на подшипниках балансировочного станка. Если
вращающаяся часть машины имеет собственные подшипники,
могут быть использованы и они. Испытания проводят и на соб-
ранной машине. У коллекторных машин или асинхронных двига-
телей с фазным ротором при определении момента инерции сле-
дует поднять щетки,
При использовании метода вспомогательного маятника к валу
исследуемой вращающейся части 1 прикрепляют на рычаге 2 до-
полнительную массу 3 тяоп (рис. 6.3). При этом масса рычага
должна быть пренебрежимо мала по сравнению с дополнитель-
ной массой, центр тяжести которой находится на расстоянии а от
оси вала вращающейся части машины.
Вспомогательный маятник должен быть рассчитан таким обра-
зом, чтобы период Т его колебаний составлял от 3 до 8 с.
Вращающуюся часть вместе с вспомогательным маятником
следует привести в колебания. При этом одностороннее угловое
отклонение не должно превышать 15°. Период колебаний прини-
мают как средний из нескольких колебаний. Для точности реко-
89
иендуется производить измерения периода колебаний в момент
прохождения маятника через положение статического равновесия
Момент инерции испытуемой вращающейся части
У=«<юпа[Гг/(4л»)-л]. (6.4)
Для повышения точности измерять момент инерции рекомея-
дуется несколько раз с разными значениями дополнительной
массы вспомогательного маятника.
Метод самоторможения. Обычно этот метод применяют для
определения момента инерции вращающихся машин мощностью
свыше 100 кВт. Для реализации этого момента испытуемая элек-
трическая машина приводится во вращение с частотой rat выше
номинальной пв при номинальном возбуждении или без него, а
затем отключается от источника питания. Прн этом для асинхрон-
ных двигателей с фазным ротором и коллекторных машин испы-
тания следует проводить при минимально необходимом количе-
стве щеток; остальные щетки на время испытаний следует под-
нять. После отключения электродвигателя снимается кривая са
моторможения n=f(t) (рис. 6.4) в диапазон частот вращения от
1,2лв до 0,8пя. Рекомендуется осциллограф яров ать кривую само-
торможения, так как это повышает точность измерения.
Момент инерции исследуемой вращающейся части для невоз
бужденной машины
/=(30/п)гРие1Д//(дяДл), (6.5)
а для возбужденной
/=(30/л)2 (Рне1 + Р') (6.6)
где — механические потери при номинальной частоте враще
ния, Вт; Ре—потерн в стали при номинальной частоте вращения
Вт; ля — номинальная частота вращения, об/мин; Дл — разность
между верхним и нижним значениями частоты вращения в опы
те, об/мин; Д/— время, в течение которого частота вращения ма-
шины изменяется на Дл, с.
Если для повышения частоты вращения испытуемую машин
соединяют с приводным двигателем, который невозможно отсое-
динить на ходу, то в формулах (6.5) и (6,6) под потерями сле-
дует понимать потери всего агрегата. Из полученного по форм)
лам (6,5) и (6.6), при таком допущении, из величины момента J
следует вычесть момент инерции вращающейся части пр ив од ног?
двигателя и соединительной муфты.
При проведении опыта за верхнюю точку частоты вращеки..
принимается наивысшая возможная точка в опыте, но не менее
1,1 лв. Нижняя точка должна отличаться от номинальной на та-
кую же величину частоты вращения, Иногда оказывается невоз-
можным повысить частоту вращения сверх номинального значе-
90
ния. югда вместо номинальной частоты вращения можно при-
нять значение частоты вращения в диапазоне (0,8...0,9)«н, Есте-
ственно, что в этом случае потери в стали и механические долж-
ны быть измерены при этой частоте вращения.
6.2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ОХЛАЖДАЮЩЕГО ГАЗА
Условия проведения испытаний. При проектировании электри-
ческих машин большое внимание уделяется снижению массы на
единицу мощности, Один из способов достижения этого эффек-
та—улучшение охлаждения машины, что связано, в частности, с
увеличением расхода охлаждающего газа. Поэтому при изготов-
лении опытных образцов электрических машин, а также при ти-
повых испытаниях возникает необходимость проводить испытания
с целью определения расхода охлаждающего газа.
В качестве охлаждающего агента могут использоваться раз-
личные газы, а не только воздух. Так, например, в турбогенера-
торах и синхронных компенсаторах применяется водород. Одна-
ко независимо от рода газа, применяемого для их охлаждения,
измерения расхода газа производится с использованием воздуха.
Очень важно при измерениях сохранить условия движения возду-
ха из входе в машину, в машине и на выходе из нее такими же,
как при ее эксплуатации.
Измерения проводят при работе электрической машины с но-
минальной частотой вращения без нагрузки. Устройства, обеспе-
чивающие циркуляцию охлаждающего газа, например вентилято-
ры с независимым приводом, работают при этом в номинальном
режиме. Если электрическая машина предназначена для работы
с регулируемой частотой вращения и регулируемой подачей охла-
ждающего газа, то измерения расхода охлаждающего газа обыч-
но проводят при наибольшей частоте вращения.
При исследованиях, связанных с эмпирическим подбором необ-
ходимого или оптимального расхода газа, обеспечивающего охла-
ждение электрической машины до заданного уровня, измерения
могут проводиться не только при номинальной частоте вращения
машины иля вентилятора с независимым приводом, но и при дру-
гих частотах вращения При необходимости пересчета расхода
воздуха следует иметь в виду, что
Q\/Qi=njn2, (6.7)
где Qi —расход газа, соответствующий a Qi — расход газа,
соответствующий «2<
Очень важно, чтобы прн проведении измерений присоединение
Устройств и приборов к электрической машине было плотным,
исключающим утечку воздуха в местах присоединения. Совершен-
но естественно, что измерения могут проводиться при разных
атмосферных давлениях и разной температуре, поэтому для соло-
91
ставимости результатов измерения их следует привести к атмо-
сферному давлению 101 325 Па и температуре 20 °C.
Для проведения измерений необходимы: измерительное уст-
ройство, состоящее из измерительного патрубка, приемника изме-
ряемых параметров газа (измерительного элемента), измеритель-
ных приборов, соединительных проводов и шлангов, и приспо-
собления, обеспечивающие возможность присоединения электри-
ческой машины к измерительному устройству.
Если электрическая машина имеет разомкнутую систему вен-
тиляции и внешние источники вентиляции, то измерения расхода
воздуха следует проводить на установках, выполненных по схе-
мам, указанным на рис. 6.5.
Для электрических машин с самовентиляцией, в которых ох-
лаждение производится с помощью встроенных вентиляторов
внешнего обдува, измерения проводят на установках, выполнен-
ных по схеме, приведенной на рис. 6.6, а.
Ряд электрических машин выполняется хотя и с разомкнутой
системой вентиляции, но с встроенным вентилятором. В этих слу-
чаях измерения можно производить по одной из схем, изображен-
ных на рис. 6,6, б и 6.7.
В электрических машинах с замкнутой системой вентиляции
измерение расхода воздуха производится: путем измерения ско-
ростей воздуха на прямолинейных участках вентиляционного трак-
та, имеющих длину, достаточную для выравнивания профиля ско-
рости потока охлаждающего газа; определением скоростей воз-
духа на участках с достаточно равномерным движением воздуха
(например, на выходе из охладителей или решеток), при этом
расстояние измерительного устройства от охладителей илн реше-
ток должно быть не менее 100 мм; путем размыкания вентиляци-
онного тракта машины с измерением расхода воздуха, как в ма-
шинах с разомкнутой системой вентиляция и калориметрическим
способом.
Приборы и способы для определения расхода охлаждающего
газа. Для измерения расхода воздуха используются: пневмомет-
рические трубки Прандтля; ручные анемометры; тер моа немо мет-
ры; калориметрические расходомеры; измерительные коллекторы;
дросселирующие диафрагмы и соплы; тарированные аэродинами-
ческие сопротивления; счетчики газа и с помощью тарированно-
го электровентилятора; кроме того, применяют калориметрический
способ.
Не исключается применение и других приборов и способов,
если они обеспечивают достаточную точность измерений. Для из-
мерения расхода любого другого газа, кроме воздуха, рекоменду-
ется калориметрический способ.
Пневматические трубки Прандтля. Для измерения расхода
воздуха в канале воздухопровода необходимо определять скорость
воздуха в какой-либо точке потока. Для этого достаточно изме-
92
Рис. 6.5. Схемы установок для измерения расхода воздуха в
электрических машинах с разомкнутое свете мой вентиляции при
нагнетательной вентиляции с пристроенным вентилятором (а) я
от постороннего источника вентиляции (б), вытяжной вентиля-
ции с пристроенным вентилятором (в) и от постороннего источ-
ника вентиляции (а):
I — ыежтрвчесга» манта; 3 — «мерительное устройство; 3 — яеяпллтор:
4 — поетороиаяй ямочвжх вентялодии
Рис. 6.6. Схема установки для измерения расхода воздуха
в электрических машинах с вентиляцией при помощв встро-
енных вентиляторов внешнего обдува (а) и с разомкнутой
системой вентиляции и встроенными вентиляторами при по-
мощи входных и выходных измерительных устройств (б):
1 — меггрячееиа ninisi; 3 — вэмергальаое устройство
Рис. 6.7. Схема установки для измерения расхода воздуха в электрических ма-
шинах с разомкнутой системой вентиляции я встроенными вентиляторами в гер-
метичной камере (а) я в герметичной камере с наддувом (или отсосом) (б):
i — вамержтелвое угтрваетво; Л—* тер меткая в ж камера; J--электрическая мввгява; 4 —
вектыятор каддум (ыж отсоса}
93
рить полное давление в данной точке и статическое давление
на стенке канала в том же сечении. Тогда динамическое давле-
ние будет равно разности полного и статического давления.
В трубке Прандтля совмещены в одной конструкции два зонда;
отбора статического и полного давлений. Отверстие для отбора
статического даэления должно находиться на некотором удалении
от точки отбора полного давления. На рис. 6.8 показана трубка
Прандтля в разрезе н указаны основные соотношения ее разме-
ров. Штуцера трубок Прандтля с помощью шлангов, внутренний
диаметр которых не должен быть менее 4 мм, присоединяются
к измерительным приборам, в качестве которых используют жид-
костные микроманометры.
Рис. 6.8, Пнеаиометричесяая трубка Прандтля:
1 — отмретм д*1 отбор» полного дкыевкя; 3 — отвер-
стие для отбор! статического давленая-, 3 — игу дер
полного давлен»; 4—штуцер етатнческого д я меняв
При проведении измерений измерительное сечение патрубка
разбивают на равновеликие площадки и измеряют динамическое
давление и скорость воздуха в центре каждой площадки.
Скорость воздуха в точке измерения
ti=1,288jM/pL (6.8)
где Ат — поправочный коэффициент трубки Прандтля; р—попра
вечный коэффициент, учитывающий атмосферное давление и тем-
пературу окружающего воздуха; измеренное динамическое
давление воздуха, Па,
Величина коэффициента
₽= 1,86 /(273 + П/В, (6.9)
где Т —температура воздуха, °C; В — атмосферное давление, Па.
94
При атмосферной давлении 101325 Па, температуре 20“С и
А, = 1,0 скорость воздуха в точке измерения
u=l,288/Z\. (6.10)
Затем определяют среднюю скорость воздуха в измерительном
патрубке —ос (как среднеарифметическое из измеренных значе-
ний).
Искомый расход воздуха
Q.=F*C, (6.11)
где F — площадь измерительного сечения патрубка, м2.
Рис, 69. Измерительное устройство для определения расхода воздуха
с помощью ручных анемометров (а) и термоавеиометров (б):
I — «зиерятмьпы» патрубок; ? — ручное анемометр; 3 — териоакемонетр; 4 —
шедяжктыькме проаода; S — мехтроязиерителаны* врябор
Ручные анемометры. При измерении расхода воздуха ручкой
анемометр 2 помещается внутрь измерительного патрубка 1, как
показано на рис. 6.9, а. При этом гидравлический диаметр изме-
рительного патрубка не должен быть менее шести диаметров
крыльчатки. Ручные анемометры бывают чашечные и крыльчатые
(оба со счетным механизмом). Следует иметь в виду, что изме-
рения анемометрами можно производить лишь в случаях, когда
скорость воздушного потока в измерительном патрубке или в вы-
ходном окне ниже скорости, допустимой для каждого анемомет-
ра. Во время измерений ось крыльчатого анемометра должна
быть установлена навстречу направлению воздушного потока, а
ось чашечного — перпендикулярно оси потока. При этом в обоих
случаях максимальное угловое отклонение осей приборов не долж-
но превышать 10°. При измерениях скоростей воздуха измеритель-
ное сечение патрубка или выходного окна следует разбивать на
несколько равновеликих площадок и в каждой из них проводить
измерения не менее 30 с. По данным этих измерений определяют
средяюю скорость, а по формуле (6.11) — расход воздуха.
Термоанемометры. Размеры измерительного патрубка (рис.
б), разбивка измерительных сечений патрубка, проведение
намерений н обработка их результатов производятся, как и в слу-
чае применения ручного анемометра.
95
Калориметрические расходомеры. Эти приборы работают по
принципу сопоставления мощности, расходуемой на нагрев воз-
духа, и разности температур ДТ газа на входе и выходе расхо-
домера, получаемой вследствие его нагрева внутри расходомера.
Схема измерительного устройства
показана на рис. 6.10. Расход газа
определяется по результатам изме-
рений мощности Р, израсходован
ной на нагрев, и разности темпера
туры газа в расходомере
Q=P/(cpi7), (6.12)
Ряс, 6.10. Измерительное устройст- гДе ср удельная объемная тепло-
во для определения расхода воз- емкость газа, Дж/(м3 • град).
духа е помощью калорикетриче- Измерительные коллекторы. Эти
скнх расходомеров; устройства работают по принципу
{«7одо"ерТ'те- пВ7 измерения перепада статического
юда| 4 - измерительные приборы давления ПОТОКа ВОЗДуХЗ НЯ ВХОДв В
коллектор На рис. 6.11 приведена
схема соответствующего измерительного устройства и указан не-
обходимый диаметр отверстия па приемнике давления. Отверстия
располагаются равномерно по периметру измерительного сечения
коллектора (их должно быть не менее четырех) перпендикулярно
Рис, 6.11. Измерительное устройство для измерения рас-
хода воздуха прн помощи измерительного коллектора:
/ — измерительный коллектор; 3 — приемная; J —патрубок: 4 —
измерительный пр в бор; S — еоедикя тельные шлаягк
продольной оси коллектора с отклонением не более 5°, Кромки
отверстий должны быть острыми и защищенными от заусенцев.
При испытаниях следует измерять перепад статического давления
воздуха на входе в коллектор, температуру и давление окружаю-
щего воздуха. Расход воздуха в этом случае
(6.13)
96
где а—опытный коэффициент расхода коллектора; d* — диаметр
измерительного сечения коллектора, м; ДРСт—- перепад статиче-
ского давления на коллекторе, Па.
Счетчики газа. Они выпускаются следующих типов: ротацион-
ные, барабанные и бытовые. Прн измерении допускается парал-
лельное включение нескольких счетчиков. Для правильного опре-
деления расхода воздуха рекомендуется проводить не менее трех
отсчетов с продолжительностью каждого отсчета не менее 10 мин.
Расход воздуха может быть определен по следующей формуле1
Q=(Qi/ti (6.14)
где m — количество отсчетов; Qi, Q^, .... Qm — расход воздуха при
каждом отсчете, м3/с; ц, тг, .... тт — время каждого отсчета, с.
Тарированный электровентилятор. Это устройство использует-
ся для измерения расхода воздуха в электрических машинах
только с внешними источниками вентиляции. В этом случае из-
мерительное устройство представляет собой вентилятор с трубо-
проводами и электроизмерительными приборами. До начала испы-
таний определяется зависимость мощности приводного электро-
двигателя электровентилятора от производительности вентилятора,
т. е. производится тарирование электровентилятора. Измерения
электрических величин проводятся электроизмерительными при-
борами класса точности не ниже 0,5. Измеренная во время тари-
ровки потребляемая приводным дангателем мощность Рп (при
одновременном определении расхода воздуха) должна быть при-
ведена к атмосферному давлению 101 325 Па и температуре 20 °C:
(6.15)
где В — атмосферное давление, Па; Т — температура воздуха, °C.
Калориметрический способ. Этот способ применяется для из-
мерения расхода любого газа, а не только воздуха, лишь в том
случае, если известны потери Рох, отводимые охлаждающим га-
зом в заданном режиме работы машины, и могут быть опреде-
лены плотность газа и его теплоемкость. Естественно также, что
при этом способе должна быть обеспечена надлежащая тепло-
изоляция измерительного участка.
Измерительное устройство состоит из комплекта приборов,
Измеряющих изменение температуры охлаждающего газа между
конечным и начальным участками вентиляционной сети машины.
При необходимости должны быть предусмотрены приборы, изме-
ряющие состав, температуру и давление охлаждающего газа. Прн
измерении температуры измерительное сечение следует разбивать
иа равновеликие площадки. Плотность и теплоемкость охлажда-
югцего газа определяют на конечных участках вентиляционного
тРакта. Если для охлаждения используется смесь газов, то плот-
* г- Г. рг О. Д 97
кость и теплоемкость смеси определяются следующим образом.
Находятся молекулярная масса смеси
/л = ^г;т;, (6.16)
где г< — объемные доли компонентов смеси; пц — молекулярные
массы компонентов.
Молекулярные массы для наиболее распространенных компо-
нентов смеси; азот—30,260; гелий — 4,002; водород — 2,016; воз-
дух — 28,950; кислород — 32,000; углекислота — 44,000.
Далее находят газовую постоянную смеси газов
Я=8316/щ, (6.17;
плотность смеси
? = рЩГ. (6.18)
где р —давление внутри корпуса машины, Па; Т—абсолютна:
температура смеси, К.
Теплоемкость смеси для двухатомных газов
С,= 3,5//?; (6.19)
для одноатомных
€,=2,515/?. (6.20)
Искомый расход охлаждающего газа
(?=Р01/(рДТС,). (6.21)
Метод корректировки расхода воздуха си. в приложении 6.
А.З. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕВЫШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
В ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ ПРИ ЗАТОРМОЖЕННОМ РОТОРЕ
ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Испытания электродвигателей переменного тока (синхронных
и асинхронных) с целью определения скорости нарастания тем-
пературы при заторможенном роторе необходимы для правиль-
ного выбора температурной зашиты, а также для оценки надеж-
ности электродвигателей, поскольку последняя существенно зэви
сит от этой скорости.
Для получения правильных результатов испытания их необ-
ходимо проводить по следующей методике. Двигатели мощностью
до 100 кВт испытывают при номинальном напряжении, а большей
мощности — при пониженном. Испытательное напряжение долж-
но быть практически симметричным, синусоидальным и номи-
нальной частоты. Ротор двигателя при испытаниях должен быть
заторможен. Допускается, чтобы при испытаниях напряжение от-
98
личалось от номинального, но не более чем на ±10%. В этом
случае измеренные значения нагрева обмоток следует пересчи-
тать пропорционально квадрату отношения величия токов при
испытательном и номинальном напряжениях. В начале опыта
^мигатель должен находиться в практически холодном состоянии.
I ели двигатель имеет несколько обмоток (например, аеннхрон-
жые многоскоростные двигатели), то измерения проводит для
жаждой обмотки.
Для двигателей мощностью свыше 100 кВт, испытания кото-
рых проводят прн пониженном напряжении, необходимо прово-
дить эти измерения для нескольких зйачений напряжения при
одновременном измерении тока короткого замыкания, который
должен быть не менее полутора кратного значения номинально-
го тока, а подводимое минимальное испытательное напряжение —
не менее 50% номинального значения.
Если обмотки имеют датчики температурной защиты, то при
испытании определяют также температуру и время срабатывания
защитных устройств.
Регистрация роста температуры обмоток производится инди-
каторными или регистрирующими приборами, имеющими время
успокоения с (под которым понимается время достижения
97% конечного отклонения при приложении скачкообразного сиг-
нала), следующих типов:
компенсационные самопишущие с электрическим иля механи-
ческим реле времени; самопишущие с многоцветной точечной
записью, снабженные компенсационным усилителем; прецизион-
ные магнитоэлектрической системы со световым указателем; циф-
ровые измерительные; устройства для измерения сопротивления
по принципу наложения постоянного тока, позволяющие прово-
дить измерения без отсоединения испытуемого двигателя от сети
и устройства автоматизированных измерений.
Класс точности измерительных приборов должен быть не ниже
0,2, а общая постоянная времени т измерительного устройства
должна быть не более 1,5 с.
Экспериментальное определение температуры обмоток статора
я ротора в зависимости от времени можно производить одним из
следующих способов: по принципу наложения постоянного тока
при измерении сопротивления без отсоединения испытуемого
Двигателя от сети; посредством измерения сопротивления в холод-
ном и нагретом состояниях при отключенном двигателе от сети,
при этом превышение температуры обмотки определяется по фор-
муле (3.3) или (3.4), и посредством встроенных в обмотку в
наиболее нагретом месте тарированных температурных индика-
торов.
Для электродвигателей мощностью свыше 200 кВт скорость
Нарастания температуры может быть определена расчетным пу-
т*м. Если пренебречь теплоотдачей за время короткого замыка-
99
ния ft и считать процесс нагрева адиабатическим, то скорость
нарастания температуры будет равна
(6.22)
где <h//r— скорость нарастания температуры, °С/с; / — плотность
тока в обмотке, А/мм2; а — коэффициент; для меди в= 1/200, для
алюминия а= 1/86.
М. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ РАЙОНОВ С ТРОПИЧЕСКИМ КЛИМАТОМ
Электрические машины, предназначенные для работы в райо-
нах с тропическим климатом, являются достаточно распростра-
ненной климатической модификацией и выпускаются в значи-
тельных количествах, К их конструкции предъявляются специфи-
ческие требования, которые изложены в ГОСТ 15151, ГОСТ 15543,
ГОСТ 15150 и ГОСТ 15963. Естественно, что электрические ма-
шины тропического исполнения требуют кроме испытаний, ус-
тановленных для электрических машин общего назначения, допол-
нительных испытаний для проверки соответствия специальным тре-
бованиям.
Программа дополнительных испытаний включает в себя испы-
тания: на влагоустойчявость; теплоустойчивость; пылезащищен-
посты статическое и динамическое воздействие пыли; устойчи-
вость к воздействию соляного тумана; на грибостойкость; холо-
доустойчивость и воздействие солнечного излучения.
Испытание на влагоустойчивость. Это испытание является обя-
зательным для всех электрических машин, предназначенных для
районов с тропическим климатом (исполнений Т, ТС, ОМ и 04).
Испытания проводят по циклическим режимам. Перед испыта-
ниями должны быть защищены от коррозии посадочные места
электрических машин, предназначенных для присоединения испол-
нительных (или других) механизмов, а также места, которые
защищаются от коррозии в процессе эксплуатации.
Испытания на влагостойкость могут проводиться в ускоренном
режиме. При этом повышается испытательная температура и со-
ответственно снижается количество испытательных циклов:
Верхнее значение испытательной
температуры, 'С.............. 40±2 45±2 50±2
Количество испытательных циклов 42; 21 28; 14 21; 10
В последнем цикле испытаний, в конце последнего часа вы-
держки электрических машин при повышенной температуре, без
извлечения из камеры испытывают изоляцию повышенным нап-
ряжением. При этих испытаниях не должно наблюдаться ни пе-
рекрытия, ни пробоя изоляции
100
Длительность выдержки испытательного напряжения для об-
моток из органической я кремнийорганической изоляции — 5 мин,
из неорганической — 1 мин.
Для электрических машин, подвергающихся проверке на рабо-
тоспособность без извлечения из камеры влажности, испытание
изоляции между фазами и другими разобщенными электрически-
ми цепями проводят до испытания на работоспособность. Если же
машина испытывается на работоспособность до проверки межвит-
ковой изоляции, то это испытание проводят в нагретом состоянии
вне камеры.
Величина испытательных напряжений при проверке корпусной
или междувитковой изоляции электрических машин принимается
равной половине величин, установленных для проверки электри-
ческих машин в нормальных климатических условиях испытаний.
В последнем цикле испытаний (или в коице испытаний, если
испытания не циклические) электрическая машина подвергается
испытанию на работоспособность. Эти испытания обычно прово-
дят в течение часа при номинальном напряжении, Проверяются
параметры машины, специфичные для воздействия влажности.
Превышение температуры обмоток должно быть таким же, как
при номинальной нагрузке, что достигается испытаниями при но-
минальной нагрузке или путем периодических пусков и оста-
новок.
Извлеченные нз камеры машины подвергают визуальному ос-
мотру. При этом если испытания на работоспособность и провер-
ку параметров проводят вне камеры, то машину необходимо под-
вергнуть визуальному осмотру дважды — сразу после извлечения
из камеры без разборки машины и после испытаний па работо-
способность—с разборкой.
Машину считают выдержавшей испытание, если она удовлет-
воряет следующим требованиям: изоляция токоведущих частей
относительно корпуса и межфазовая изоляция выдерживают испы-
тательное напряжение без пробоя и поверхностного перекрытия;
машина сохраняет работоспособность; для машин, у которых по
стандартам или техническим условиям требуется проверка сопро-
тивления изоляции, сопротивление межфаэовой изоляции и изо-
ляции токоведущих частей относительно корпуса — не менее зна-
чения указанного в стандартах; при визуальном осмотре состоя-
ния лакокрасочных покрытий не наблюдается их растрескивание
или размягчение и другие недопустимые изменения внешнего
вида; при визуальном осмотре металлических деталей (в том чис-
ле с металлическими или неметаллическими — неорганическими
покрытиями, не подлежащих лакокрасочной защите) не наблюда-
ется коррозия или другие недопустимые изменения внешнего ви-
да; следует иметь в виду, что отдельные незначительные очаги
Коррозии допускаются на поверхности, если это не влияет на
Работоспособность к безотказность машин и не нарушает их то-
101
варного вида; не допускается коррозия на рабочих дорожках
подшипников, взрывозащитных поверхностях, упругих элементах
и на поверхностях, где осуществляется электрический контакт и
при визуальном осмотре пластмассовых деталей не наблюдается
их коробление.
В рамках испытаний электрических машин на влагоустойчи-
вость должны проводиться испытания в условиях выпадения ро-
сы. Для этого электрическую машину, имеющую комнатную тем-
пературу 15—25°C помещают в камеру с относительной влажно-
стью воздуха 95—98% прн температуре 40±2°С. Напряжение при
испытаниях поднимают плавно до установленного значения. Пол
плавным подъемом напряжения понимается подъем напряжения
с произвольной скоростью до величины, равной 40% испытатель-
ного, и дальнейший подъем напряжения со скоростью 3% испы-
тательного напряжения в 1с. Для машин на номинальное напря
жение до 3 кВ испытательное напряжение должно быть равно
половине величины его, установленного для проверки машины в
нормальных климатических условиях. Значения испытательных
напряжений для электрических машин с номинальным напряже
пнем 3 кВ и выше составляет: (кВ):
Ноиянальяое напряжение....... 3 6 10 15 20 35
Испытательное напряжение .... 12 18 28 42 55 85
Испытательные напряжения прикладывают четыре раза через
3; 6; 10 и 15 мин после внесения электрической машины в каме-
ру. При испытаниях не должно наблюдаться ни перекрытий, пь
пробоя изоляции.
Испытания на теплоустойчивость. Эти испытания необходимо
проводить в тех случаях, когда работоспособность электрических
машин или целостность отдельных их узлов может быть наруше
на при верхнем значении номинальной температуры окружающей
среды. Электрическая машина испытывается при номинальной
нагрузке. Испытания, как правило, проводят в камере тепла, ио
допускается их проведение и вне камеры тепла под нагрузкой
таким образом, чтобы рабочая температура обмоток в течение
испытания была равна температуре, полученной путем сложения
верхнего значения номинальной температуры окружающей среды
и предельного допускаемого превышения температуры для изоля-
ции данного класса нагревостойкостн с учетом снижающих ее по-
правок, зависящих от температуры окружающего воздуха. Так,
прн температуре окружающего воздуха +45°С поправка для
класса В составляет —5°С, а для класса F —15°С, а прн темпе-
ратуре окружающего воздуха +50°С поправка для класса В и
F составляет — 10°С. После окончания испытаний на теплоустой-
чивость электрическая машина охлаждается и осматривается. При
этом обращают внимание на изменение форм или размеров дета
лей, которые могут оказать влияние на работоспособность маши-
102
иы, на недопустимые вытекания пропиточного лака, компаунда к
смазки. Специально осматривают сопрягаемые детали из различ-
ных материалов.
Испытания на пылезащищенность. Условия тропического кли-
мата характеризуются наличием значительного количества пыли.
Поэтому электрические машины, предназначенные для работы в
условиях тропического климата, испытывают на пыленепроница-
емость, а также на статическое и динамическое воздействие пыли.
Эти испытания проводят для проверки пылезащищенностн таких
узлов электрических машин, как выводные устройства, подшип-
никовые узлы и т. п,, и для выявления способности уплотнения
не допускать проникновения пыли внутрь оболочек во время пре-
бывания изделий или узлов в среде с повышенной концентрацией
пыли. При испытании подшипниковых узлов электрических ма-
шин признаком брака считается наличие пыли внутри подшип-
никового узла за уплотнениями (на шариках, в смазке, на рабс-
ких поверхностях колец).
Испытание на статическое воздействие пыли. Это испытание
особенно важно для коллекторных электрических машин. После
этого испытания проверяется работоспособность электрических
машин.
Испытание на динамическое воздействие пыли. Это испытание
обязательно для электрических машин, предназначенных для ра-
боты в районах с сухим тропическим климатом, которые могут
подвергаться действию пыльного ветра и песчаных вихрей. Испы-
тания на воздействие пыли проводятся в специальных камерах.
Испытания на устойчивость к воздействию соляного тумана.
Эти испытания проводят для электрических машин исполнения
ОМ при температуре 27—30 °C. Электрические машины исполне-
ния ОМ выдерживают в камере соляного тумана 10 сут. Элек-
трические машины исполнений Т н ТС, предназначенные для рай-
онов с сухим климатом с засоленностью воздуха, выдерживают в
камере соляного тумана 2 сут. Продолжительность испытания
отсчитывают с момента первого распыления раствора.
По окончании испытания определенные узлы электрических
машин промывают в дистиллированной воде, после чего сушат
в течение 1 ч при температуре 55±2®С с последующим охлажде-
нием (если на данный вид электрической машины стандартом не
Установлена другая продолжительность сушки).
Электрические машины считаются выдержавшими испытания
на устойчивость к воздействию соляного тумана, если они по
внешнему виду удовлетворяют требованиям, установленным в
стандартах.
Испытания на холодоустойчивость. Электрические машины
тропического исполнения, которые в процессе транспортирования
или хранения, а также в процессе эксплуатации (исполнение ОМ)
*огут в определенный период подвергаться воздействию низких
103
температур, испытываются на холодоустойчивость в специаль-
ных камерах — креостатах. При этом может нарушиться работо-
способность электрических машин или целостность их отдельных
узлов и деталей. Режим испытаний устанавливает стандарт на
данный вид электрической машины.
Испытания на воздействие солнечного излучения. Прямое сол-
нечное излучение может оказать отрицательное воздействие нэ
органические материалы, используемые в конструкции электриче-
ской машины. Поэтому в этих случаях должны быть проведены
испытания в специальных камерах. После испытания детали и
узлы подвергают внешнему осмотру. При этом проверяют изме-
нение форм и размеров деталей из органических материалов, ко-
торые могут оказать влияние на работоспособность электрической
машины, и наличие трещин в пластмассовых элементах или недо-
пустимые изменения параметров деталей и узлов машины.
Вопросы для едмопроаерщ
!. Какими методами можно определить момент инерции электрических ма-
шин при испытаниях?
3. В чем заключается метод крутильных колебаний?
3. Почему при использования метода крутильных колебаний надо пользо-
ваться эталоном, момент инерции которого определяют расчетным путем?
4, Почему нельзя определить момент инерции электрической машины рас-
четным путем без проведения испытаний?
5. В чем отличие реализации метода крутильных колебаний для машин
малой и средней мощности от машин большой мощности?
5. В каких случаях применяется метод вспомогательного маятника для оп-
ределения момента инерции электрической машины?
7. В чем заключается метод вспомогательного маятника’
8. Какие предъявляются требования к массе вспомогательного маятника и
к рычагу исходя нэ желательной величины периода его колебаний?
9. Каким должно быть одностороннее угловое отклонение?
10. В чем заключается метод самоторможения?
11. Для определения момента инерции машин какой мощности рекоменду
ется применять метод самоторможения?
12. Почему рекомендуется осииллографировать кривую самоторможения?
13. Как должны отличаться верхнее и няжиее значения частоты вращения
от номинального при определения момента инерции машины методом самотор
можения?
14. Почему надо проводить испытания для определения расхода охлаж-
дающего газа?
15. При каком газе можно производить измерение расхода газа в тех слу-
чаях, когда в качестве охлаждающего агента в электрической машине исполь-
зуется не воздух (например, водород)?
16. Какими должны быть условия движения воздуха на входе и на выходе
электрической машины при измерении расхода охлаждающего газа?
17. При каком режиме работы электрической машины следует измерять
расход охлаждающего газа?
18. При наличии устройств, обеспечивающих циркуляцию охлаждающего
газа в электрических машинах, в каких режимах работы они должны нахо-
диться в момент измерения расхода охлаждающего газа?
19. При какой частоте вращения следует измерять расход охлаждающего
газа в случае, если электрическая машина предназначена для работы с регу-
лируемой частотой вращения и регулируемой подачей охлаждающего газа?
104
20, При необходимости пересчета величины расхода воздуха на другую
частоту вращения каины свотношевяем между частотой вращения и расходом
воздуха следует пользоваться?
21. К каким значениям атмосферного давления и температуры следует при»
водить результаты измерения расхода воздуха?
22. Из каких двух основных частей должны состоять установки, предназ-
наченные для измерения расхода охлаждающего газа?
23. Какие приборы и способы применяются для измерения расхода воз-
духа?
24. При использовании пневматической трубки Прандтля какой параметр
измеряется?
25. Каких типов бывают ручные анемометры и как следует располагать при
измерении оси этих анемометров?
26. Каков принцип работы калориметрического расходомера?
27. Каков принцип действия измерительных коллекторов, применяемых для
измерения расхода воздуха?
28. Каков принцип работы тарированного электровентилятора, предназна-
ченного для измерения расхода охлаждающего воздуха?
29. Какие типы счетчиков газа применяют для измерения расхода воздуха?
30. Какие измерения необходимо произвести для определения расхода лю-
бого охлаждающего газа (смеси газов) при использовании калориметрического
способа?
31. С какой целью определяют превышение температуры обмоток в функ-
ции времени при заторможенном роторе двигателей переменного тока?
32. Какие условия опыта необходимо выдерживать для правильного опре-
деления превышения температуры в функции времени при заторможенном ро-
торе?
33. Какие типы измерительных приборов следует применять для определе-
ния превышения температуры в функции времени?
34. Какие требования по классу точности и времени успокоения предъяв-
ляются к измерительным приборам, применяемым для определения темпера-
ратуры в функции времени?
35. Какие способы применяют для измерения превышения температуры об-
моток в функции времени при заторможенном роторе?
36. Для электродвигателей какой мощности допускается определение ско-
рости нарастания температуры расчетным путем?
37. Каким дополнительным испытаниям следует подвергнуть электрические
машины, предназначенные для работы в районах с тропическим климатом?
38. Как провести испытания электрических машин иа влагоустойчнвостъ?
39. Как можно осуществить ускоренные испытания электрических машин
тропического исполнения на влагоустойчнвостъ?
40. Какова величина испытательного напряжения при проведении испытаний
на влагоустойчивость?
41. Какова длительность приложения испытательного напряжения при ис-
пытаниях на влагоустойчивость?
42. Как проводится испытание на работоспособяость электрической машины
в конце испытаний на влагоустойчивость?
43. Каковы критерии оценки того, что электрическая машина выдержала
испытания на влагоустойчивость?
44. Как провести испытания па влагоустойчивость в условиях выпадения
росы?
45. Что понимается под плавным подъемом испытательного напряжения
при испытании на влагоустойчивость?
46 Как проводят испытания электрических машин тропического исполне-
ния на теплоустойчивость?
47. Какие испытания электрических машин тропического исполнения сле-
дует провести для оценки воздействия пыли?
48. Как оценить результаты испытаний на воздействие пыли ва электриче-
скую машину?
ИСПЫТАНИЯ
ОТДЕЛЬНЫХ
ВИДОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН
Нсаиташ отделим: мдм меггричкхп шатав имеют своя особенности.
Это отчетливо иблюдается при испытаниях основных видов мехтрмческих ша-
шн: трансформаторов, машин постоянного тока, асинхронных и синхронных.
Особенность в программах м методах испытание обусловлена разнице* в
принципе деветвив, конструкции и характеристики втих видов машин.
ГЛАВА 7
ИСПЫТАНИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
7.1. ПРОГРАММЫ ИСПЫТАНИЯ
Для силовых трансформаторов программы периодических, ти-
повых, приемочных и приемо-сдаточных испытаний приведены в
ГОСТ 11677.
Программы периодических, типовых и приемочных испытаний
в основном совпадают и включают следующие операция: провер-
ку коэффициента трансформации и группы соединения обмоток;
определение сопротивления обмоток постоянному току; проверку
тока и потерь холостого хода, потерь и напряжения короткого
замыкания на основных ответвлениях обмоток; измерение сопро-
тивлений нулевой последовательности; определение параметров
изоляции; испытания на нагревание; стойкость к коротким замы-
каниям и на плотность бака; проверку уровня звука; испытания
на стойкость к ударам толчков нагрузки и проб масла из бака
масляного трансформатора н контакторного устройства РПН,
имеющего гашение дуги в масле; определение влагосодержания
и содержания механических примесей для масла из бака транс-
форматора; испытание устройств РПН в сборе с трансформа-
тором.
При испытаниях на пробах масла определяют нх пробивное
напряжение. Для трансформаторов мощностью до 6,3 МВ-А клас-
са напряжения до 35 кВ допускается пробы масла брать не реже
одного раза в день из емкости, служащей для заливки масла в
трансформаторы.
106
В программу приемо-сдаточных испытаний силовых трансфор-
маторов входит большинство операций приведенной программы
приемных испытаний, за исключением измерения сопротивлений
нулевой последовательности и испытаний на нагревание, на стой-
кость к коротким замыканиям, проб масла и устройств РПН в
сборе с трансформатором.
7Л. ПРОВЕРКА КОЭФФИЦИЕНТА ТРАНСФОРМАЦИИ
И ГРУПП СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК
Проверка коэффициента трансформации. Измерение коэффи-
циента трансформации проводится с большой точностью на всех
ответвлениях обмотки и для всех фаз. Если такая проверка не-
возможна для отдельных ответвлений на собранном трансформа-
торе в связи с их недоступностью, то проверку выполняют до пол-
ной сборки трансформатора. В обмотках, состоящих из частей,
соединенных параллельно, проверяют разницу количества витков
этих частей на полностью собранном трансформаторе или, если
это невозможно, до полной сборки. Проверяемые параллельные
части обмотки соединяются последовательно так, чтобы ЭДС, на-
водимые в частях обмотки при возбуждении стержня магнитной
системы, на которой они насажены, были направлены встречно.
К свободным отводам последовательно соединенных частей об-
мотки подключают вольтметр с высоким (не менее 10 кОм) вход-
ным сопротивлением. Возбуждение магнитной системы осущест-
вляется любой обмоткой (или обмотками), расположенной (или
расположенными) на одном стержне с испытываемыми частями
сбмотки (или обмоток), кроме испытываемых.
Разница количества витков параллельных частей обмотки
n=UwJU„ (7.1)
где n — разница в количестве витков параллельных частей обмот-
ки; Ua— напряжение, подводимое к возбуждаемой обмотке, В;
U — напряжение на свободных отводах последовательно соеди-
ненных частей обмотки, В; — количество витков возбуждаемой
обмотки.
Полученное значение п следует округлить до целого (если п
меньше 0,5, тогда принять его равным нулю).
После первого этапа испытаний, если выявляется разница в
количестве витков в параллельно соединенных частях обмотки,
следует определить часть обмотки, содержащую большее количе-
ство витков. Это можно осуществить непосредственным измере-
нием напряжений, наводимых в этих частях обмотки, и сопостав-
лением результатов измерений. Часть обмотки с ббльшим числом
витков можно найти и другим способом. К одной из частей об-
мотки последовательно присоединяют один виток того же нап-
равления намотки, что и остальные витки этой части, а затем
107
повторяют измерения, необходимые для расчетов по (7.1). При
этом число л должно или увеличиться на единицу (тогда заклю-
чают, что большее количество витков находится в той части об-
мотки из двух соединенных параллельно, к которой присоедини-
ли дополнительный виток), или уменьшиться на единицу (тогда
заключают, что количество витков больше в той части, к которой
дополнительный виток не присоединяли).
Для обеспечения необходимой точности измерений сопротив-
ление проводов цепи измерения не должно быть более 0,001 внут-
реннего сопротивления вольтметра.
Определение коэффициента трансформации трехфазных транс-
форматоров характеризуется следующими особенностями. Обычно
при испытаниях измеряют линейные напряжения, подключая трех-
фазные первичные обмотки к источнику напряжения, Если имеет-
ся возможность, то допускается определять коэффициент транс-
формации по фазным напряжениям соответствующих фаз. При
этом напряжение, подаваемое на первичные обмотки, может быть
одно- или трехфазпым. Если трехфазные трансформаторы имеют
соединение Д/Y и V/А, то коэффициент трансформации по фаз-
ным напряжениям определяют при поочередном коротком замыка-
нии фаз. При этом замыкают линейные зажимы одной из фаз,
соединенных в треугольник, затем при однофазном питании обмот-
ки определяют коэффициент трансформации оставшейся свободной
пары фаз. Для схемы A/У и при питании со стороны звезды коэф-
фициент трансформации равен 2Аф1 где £ф —фазный коэффициент
трансформации. Для схемы V/A и при питании со стороны тре-
угольника коэффициент трансформации будет ранен 0,5Ьф. Анало-
гичные измерения проводят при коротких замыканиях двух других
фаз.
Если линейные напряжения, подводимые к трехфазному транс-
форматору, симметричны, т. е. отличие между наибольшим и наи-
меньшим линейным напряжением не превышает 2%, производят
измерения при трехфазном питании первичной обмотки.
Для трехобмоточных трансформаторов с расщепленными обмот-
ками нет необходимости определять коэффициент трансформации
для всех возможных вариантов. Достаточно проверить его для двух
пар обмоток; при этом измерения на всех ответвлениях каждой из
обмоток достаточно произвести один раз.
Ряд трансформаторов имеет устройство переключений ответвле-
ний обмоток с так называемым предызбнрателем ответвлений, пред-
назначенным для реверсирования регулировочной части обмотки
или переключения грубых ступеней регулирования. В этом случае
измерения допускается производить при одном положении предыз-
бирателя ответвлений, соответствующем меньшему из значений
напряжений на регулиремой обмотке. Дополнительно можно про-
вести по одному измерению на всех других положениях предызби-
рателя ответвлений.
108
Ряе. 7.1. Электрическая схема
для определения группы соеди-
нения трансформатора с помо-
щью фазометра
Измерения для определения коэффициента трансформации про*
изводят мостом нли двумя вольтметрами.
Для использования метода моста применяют специальные мосты
или компенсационные установки, которые позволяют измерить коэф*
фициент трансформации с точностью не менее четырех значащих
цифр.
Метод двух вольтметров требует использования вольтметров
класса 0,2, Применяемые при этом методе трансформаторы на-
пряжения и добавочные резисторы
также должны иметь класс не ниже
0,2. Измерения обоими вольтметрами
производят одновременно, Подводи-
мое при измерении напряжение не
должно превышать номинальное на-
пряжение трансформатора, но и не
быть менее 1 % от него.
Проверка групп соединений обмоток.
Для включения трансформаторов на
параллельную работу необходимо
знать группу их соединений. Номер
группы соединений определяется уг-
лом сдвига между линейными напря-
жениями первичной и вторичной обмо-
ток. Всего принято 12 групп соединений
(от 0 до 11). Для определения номера
группы следует построить векторы ли-
нейных напряжений для обмоток выс-
шего и низшего напряжений. Вектор ЭДС обмотки высшего напря-
жения совмещают с минутной стрелкой часов и устанавливают на
цифре 12, а вектор ЭДС обмотки низшего напряжения — с часовой.
Положение часовой стрелки указывает номер группы. Для одно-
фазных трансформаторов возможны две группы соединений: нуле-
вая и шестая. В трехфазных обмотках наибольшее применение име-
ют соединения в звезду ( Y и треугольник (Д), редко в зигзаг
(Z). Стандартизованы две группы соединений со сдви-
гом фаз 0 и 330° —этоУ/Y — 0 и Y /Д—11.
Определить группу соединений обмоток трансформатора можно
одним из следующих методов: прямым; двух вольтметров; моста и
постоянного тока.
Прямой метод. Для измерений используют фазометр. Последо-
вательную обмотку однофазного фазометра 3 присоединяют через
резистор 2 к зажимам первичной обмотки, а параллельную обмот-
ку фазометра —к одноименным зажимам другой обмотки той же
фазы испытываемого трансформатора / (рис. 7.1). К первичной об-
мотке испытываемого трансформатора подводят напряжение, доста-
точное для нормальной работы фазометра. Удобнее применять
четырехквадратные фазометры. По измеренному угловому смеще-
109
нию в соответствии с табл, 7.1 можно определить группу соединений.
Для определения группы соединений очень удобны специальные
приборы — группомеры, которые представляют собой электронный
или логометрический фазометр, проградуированный непосредствен-
но в числах, характеризующих группу соединения.
При определении группы соединений трехфазных трансформато-
ров производят не менее двух измерений (для двух пар соответст-
вующих линейных зажимов).
Таблица 7.1
Груп- па еоедк- пеняй Угло- вое сме- щение элехт- родвм- жу» Щ1* СЕЛ, гр*А Воз- мож- ные сое ди венка обмо- ток Вегторв1я AHirpauMi линейных Электродвпжу • щих енл 1 Формулы для вычяслени* дмвейиых вялряженай
«Ь-л «4-с
0 0 Y/Y А/Д Д/Z 8 * А. G 4 д U,{k,- -1)
11 330
Y/A
А Л
д/z
Y/A
д/г
Y/Z
Примечание. Z — спединевие обмоток в зигзаг, — линейное напря-
жение на зажимах обмотки низшего напряжения при испытания; ^ — линей-
ный коэффициент трансформации.
ПО
Метод двух вольтметров. При использования этого метода соеди-
няют зажимы Лио испытываемого трансформатора. К одной из об-
моток подводят напряжение и измеряют вольтметром V» последова-
тельно напряжения между зажимами Ь—В, Ь—С, и с~В — при нс-
Ряс. 72. Электрическая схема для определена! группы соедяяення методом
двух вольтметров трехфазного трансформатора У, (а) н однофазного транс-
форматора при непосредственном подключении вольтметра V, (6) н через
трансформатор напряжения (в)
Рис. 73. Электрическая схема
для определения группы сведя-
вевня трансформатора методом
постоянного том
пытании трехфазных трансформаторов (рис. 7.2, о) или между за-
жимами х—X — при испытании однофазных трансформаторов (рис.
7.2, б, в). Измеренные напряжения U^b. Уъ-с, Уе-в или Уг-х срав-
нивают с соответствующими расчетными напряжениями, вычислен-
ными по формулам в соответствии с
табл. 7.1. При испытании трехфазных
трансформаторов включение трансфор-
матора напряжения, применяемого в
случае необходимости, следует произ-
водить аналогично показанному на
рис. 7.2, в.
Если при измерениях применен
трансформатор напряжения, то найден-
ный но показаниям вольтметров линей-
ный коэффициент трансформации ka
следует разделять на коэффициент
трансформации трансформатора на-
пряжения.
Метод мдста. Этот метод применяют при определении группы
соединения обмоток трансформатора одновременно с измерением
коэффициента трансформации с помощью компенсационного моста.
Метод постоянного тока. Этот метод применяют в однофазных
трансформаторах, а также в трехфазных со схемой соединения об-
моток Ye/Y0 и в случае соединения обмоток Д/Д, когда соединение
в треугольник выполняется вие бака трансформатора. Группу сое-
динений определяют по схеме, приведенной на рис. 7.3. Для этого
111
поочередно проверяют полярность зажимов А—Х и о—х с помощью
магнитоэлектрического вольтметра V»; к зажимам Л—X подводят
через ключевой элемент напряжение постоянного тока от 2 до 12 В.
Полярность зажимов Л—X устанавливают при замыкании ключа.
После проверки полярности зажимов А—Х вольтметр отсоединяют,
оставляя провода, и присоединяют его к зажимам а—х. Поляр-
ность зажимов а—х устанавливают в моменты замыкания и размы-
кания ключа. Если полярность зажимов а—х при замыкании ключа
окажется одинаковой с полярностью зажимов А—X, а при размы-
кании— разной, то трансформатор относят к группе соединений О,
а в противоположном случае — к группе соединений 6.
В трехфазяых трансформаторах обмотки, соединенные в тре-
угольник, разъединяют и определяют полярность пар обмоток пу-
тем поочередного подведения напряжения к зажимам А—X и а—х,
B—Y и b—y, C—Z и с—2. В трехфазных трансформаторах, у кото-
рых обмотки соединены Vo/Yo, напряжение подводят поочередно
к зажимам А—О и а—о, В—О и Ь—о, С—О и с—о. При этом пары
обмоток, не участвующие в опытах, остаются разомкнутыми.
7.3. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОЕМОТОК
ПОСТОЯННОМУ ТОКУ
Требования к измерениям. При измерении сопротивления обмо-
ток трансформаторов следует руководствоваться рекомендациями
общего порядка, изложенными в гл. 4, однако следует оговорить,
что эти измерения имеют ряд особенностей, рассматриваемых в на-
стоящем параграфе.
Для измерения сопротивлений пользуются методами: моста или
падения напряжения. Величина тока при измерениях не должна
превышать 0,2 от номинального тока обмотки, Если длительность
измерения не превышает 60 с, то допускается величина тока до 0,5
от номинального тока обмотки. С целью снижения времени установ-
ления тока его величину рекомендуется выбирать не менее 2 j/2/0,
где /о — действующее значение тока холостого хода при номиналь-
ном напряжении трансформатора.
Обычно сопротивления измеряют на всех ответвлениях обмоток,
доступных для подключения измерительных приборов, а также при
всех положениях устройства переключения ответвлений. Если уст-
ройство переключения ответвлений имеет предызбнратель ответвле-
ний, то измерения проводят при одном положении предызбирателя
ответвлений. Дополнительно производит по одному измерению
сопротивления да каждом из других положений предызбирателя
ответвлений.
При наличии зажимов нейтрали кроме измерения линейных со-
противлений обмоток можно измерить одно из фазных сопротив-
лений.
112
Установившимся показанием прибора считается показание, ко-
торое за время не менее'ЗО с изменяется не более чем на 1%.
Метод измерения. Измерение напряжения на обмотке трансфор-
матора производится методом падения напряжения по схемам,
приведенным на рис. 7.4. Если измеряемое сопротивление мало (ме-
нее I Ом), то провода цепи вольтметра присоединяют непосредст-
венно к зажимам трансформатора (рис, 7.4, а), Тогда, если расчет-
ное значение измеряемого сопротивления (Ом) составляет более
0,5% от сопротивления вольтметра, значение этого сопротивления
равно
/?'=/?/(! (7.2)
где R— сопротивление, определяемое по измеренным значениям
тока и напряжения, Ом; Rt — сопротивление вольтметра, Ом.
Рис. 7.4. Электрическая схема подключения приборов к обмотке с малым (в),
большим (б) сопротивлениями в большой постоянной временя (в) для опреде-
ления сопротивления
Сопротивления более 1 Ом измеряют по схеме рис. 7.4, б. Если
прн этом сопротивления амперметра и подводящего провода, соеди-
няющего зажимы амперметра и трансформатора, составляют более
0,5% от значения измеряемого сопротивления, то после вычисления
общего сопротивления цепи из него вычитают сопротивление ампер-
метра и подводящего провода.
Измерения тока и напряжения проводят при установившихся
показаниях приборов. Вольтметр необходимо включать при устано-
вившемся значении тока, а отключать до отключения тока.
Если измеряемая обмотка обладает большой постоянной време-
ни, то применяют схему, приведенную на рис. 7.4, в, которая позво-
ляет снизить время установления тока в измерительной цепи путем
кратковременного форсирования тока замыканием резистора. При
этом сопротивление резистора берут в 5...10 раз большим, чем со-
противление измеряемой обмотки. Резистор вводят в цепь прн от-
ключенном вольтметре.
При измерении сопротивления обмотки необходимо знать ее
температуру. В отключенном и не подвергавшемся нагреву не менее
"0 ч масляном трансформаторе температура обмотки приравнива-
ется температуре верхних слоев масла при условии, что измерение
113
сопротивления будут проводить не ранее чем через 1 ч после залив-
ки масла для трансформаторов сравнительно небольшой мощности
(до 1 МВ-А включительно) н не ранее чем через 2 ч для трансфор-
маторов большей мощности. Если трансформатор не включался и
не пода ер га лея подогреву не менее 3 ч до выполнения измерений,
то за температуру обмотки можно принять температуру средняя
слоев масла, определяемую как полусумму температур верхних я
нижних слоев.
Для сухих трансформаторов и масляных, но сравнительно не-
большой мощности (до 1 МВ-А), прн измерениях, производимых на
активных частях трансформаторов, находящихся в помещениях с
неизменной температурой воздуха (с предельным отклонением
3°С), за температуру обмотки принимают температуру окружаю-
щего воздуха, измеренную на высоте примерно 1,5 м от пола, на
котором установлен трансформатор и не более чем в 5 м от него
Термометр погружают в сосуд с одинарными стенками, заполнен-
ный трансформаторным маслом.
При невозможности выдержать условие неизменности темпера
туры окружающего воздуха за температуру обмотки принимают
среднеарифметическое показаний трех термометров, установлен
ных на поверхности одной из наружных обмоток с трех сторон
примерно на середине высоты.
74. ПРОВЕРКА ТОКА И ПОТЕРЬ ХОЛОСТОГО ХОДА
Проверка при номинальных условиях. Обычно ток и потери хо
лостого хода измеряют при номинальном напряжении, но в ряде
случаев бывает необходимо измерить ток н потери при малом на
пряжении, что обычно оговаривается в стандартах иля техииче
ских условиях на отдельные типы трансформаторов.
При опыте холостого хода напряжение, подаваемое к одной н?
обмоток (обычно-^низшего напряжения), должно быть номиналь
ной величины, номинальной частоты, практически синусоидальной
формы, а при испытании трехфазного трансформатора, кроме то-
го, — практически симметричное.
Практически синусоидальным считается такое напряжение, у
которого любая ордината отличается от соответствующей ордина-
ты синусоиды на отрезок, не превосходящий 5% ординаты сину-
соиды. Синусоидальность напряжения проверяют с помощью элек-
тронно-лучевого осциллографа, на экран которого наносят дае
одинаковые линии синусоидальной формы, сдвинутые по вертика-
ли одна относительно другой иа 10% их амплитуды. На вход ос-
циллографа падают испытываемое напряжение. Если кривую
подаваемого напряжения удается ввести внутрь полосы, ограничен-
ной указанными линиями, то напряжение считают практически
синусоидальным. Можно оценить синусоидальность кривой напря-
жения и по результатам одновременного измерения среднего и дей-
114
ствующего значений напряжений. Кривая считается синусоидальной,
если отношение действующего значения напряжения к среднему
отличается от 1,11 не более чем на ±2%.
Проверка при несинусоидальном напряжении. Для случая, ког-
да кривая напряжения отличается от практически синусоидальной,
необходимо внести поправку в результаты измерений. С этой целью
проводят два измерения. В первом случае подаодимое напряжение
регулируют так, чтобы его среднее значение, измеренное вольтмет-
ром средних значений, было равно действующему значению номи-
нального напряжения UR, деленному иа 1,11, и одновременно изме-
ряют ток /о', потери холостого хода Р9' и действующее значение
приложенного напряжения Но. При втором измерении подводимое
напряжение изменяют так, чтобы его действующее значение было
равно номинальному напряжению, и вновь регистрируют ток холос-
i-.го хода /о".
Искомые потери холостого хода Р» (Вт) и ток холостого хода
1*о (А), соответствующие практически синусоидальному напряже-
нию,
Po=^[A + (t/;/t/HyP2]; (7.3)
/о=(/н/;)/2- <7-4>
где Pi — доля потерь, обусловленная гистерезисом; Рг — доля по-
терь, обусловленная вихреными токами.
При значениях магнитной индукции в сердечнике трансформа-
тора 1,2...1,7 Тл принимают для холоднокатаной стали Pi =0,5 и
Pi=0,5; для горячекатаной стали Р,=0,8; и Р5=0,2.
Проверка при частоте, отличающейся от номинальной. Если при
испытаниях невозможно установить номинальную частоту, то до-
пускается отклонение частоты от номинальной (но не более чем на
±2%). При этом вводится поправка на подводимое при испытаниях
напряжение, которое устанавливают
(7.5)
где f —частота подводимого напряжения, Гц; U9— номинальное
напряжение, В; ^ — номинальная частота, Гц.
Потери холостого хода Ро с поправкой на отклонение частоты
сети от номинальной
Pbfl\PiUW4-А//М (7-6)
где P9J — потери, измеренные при частоте f, Вт.
На измеренные токи холостого хода поправка не требуется.
Проверка при симметричном трехфазном напряжении. Для трех-
фазных трансформаторов кроме указанных требований при испыта-
^ях необходимо, чтобы трехфазная система линейных напряже-
ний была практически симметричной. По ГОСТ 183, симметричной
трехфазной системой напряжений считается такая система, для
115
которой напряжение обратной последовательности не превышает 1 %
от напряжения прямой последовательности,
При проведении опыта холостого хода трехфазных трансформа-
торов подводимое напряжение определяют как среднеарифметиче-
ское трех измерений линейных напряжений, а ток — как средне-
арифметическое значение тока трех фаз.
При периодических, типовых и других полных испытаниях из-
мерение тока и потерь холостого хода производит не менее чем в
пяти точках в диапазоне напряжений от 80 до 110% номинального,
в том числе при номинальном напряжении,
Рис. 7.5. Схемы включения приборов для измерения тока н потерь хо-
лостого хода однофазных трансформаторов при непосредственном вклю-
чении приборов (а) и через измерительные трансформаторы тока и на-
пряжения (б):
V — вольтметр деЯетвуг1Цях эвхчеявй; Ус — вольтметр средних евечеинй; ГТ —
трдясфорттор тока; 7Н — травсформятор вапргаевяа; f — чветотоиер
Учет погрешностей измерительных приборов. Для однофазных
трансформаторов схемы включения приборов при проведении опы-
та холостого хода показаны иа рис, 7.5, а для трехфазных —на
рис, 7.6.
На рис. 7.6 не показано включение вольтметра и частотометра;
они включаются между одной из пар зажимов, как показано на
рис. 7.6. Частотомер можно включать через отдельный трансфор-
матор напряжения.
При измерениях потерь холостого хода следует учитывать мощ-
ность (Вт), потребляемую измерительными приборами. При измере-
ниях по схемам рис. 7.5 эта мощность
Ря = U4R,+t/Wz+U\Rt+U*!R„, (7.7)
где U — напряжение, подаедениое к зажимам приборов, В; /?в —
внутреннее сопротивление вольтметра действующих значений, Ом;
^ — внутреннее сопротивление частотомера, Ом; Rc — внутреннее
сопротивление вольтметра средних значений, Ом; Ди —внутреннее
сопротивление параллельно включенной обмотки ваттметра, Ом.
Потери холостого хода
Ръ=Р.-Ра, (7.81
где Рл—потери, полученные по показаниям ваттметра, Вт.
И6
Рис, 7.6. Схемы включения приборов для измерения тока и потерь холостого
хода трехфазных трансформаторов е использованием двух ваттметров (о), трех
ваттметров (б), двух ваттметров с измерительными трансформаторами (а), трех
ваттметров с измерительными трансформаторами (г), трех ваттметров с язмерн-
тельпымн трансформаторами и наличии у испытуемого трансформатора выве-
денного нулевого провода (<?), двух ваттметров и трех измерительных транс-
форматоров тока (е)
При измерении потерь холостого хода для обеспечения необхо-
димой точности рекомендуется применять измерительные трансфор-
маторы тока и напряжения класса точности не ниже 0,2 —по угле
вым погрешностям и не ниже 0,5—по погрешностям измерения
тока и напряжения.
Если измерения производят по схемам рис. 7.5, б или 7,6, г и
7.6, д, то следует учитывать погрешности измерительных трансфор-
маторов следующим образом. В показания каждого ваттметра вно-
сят поправку (Вт)
&Г=±0,291У/8.10-’, (7.9)
где U, I—напряжение (В) и ток фазы (А) при испытаниях; 6-
результирующая угловая погрешность измерительных трансформа-
торов, мин,
Таблица 72
Зя «к углпво» погрешности язмерительвого трансформатора Звак поправки В
вапрлжеяяв 0Н тока В, ВТ>В,
+ +
— —
4- fc— — ——
+ + +
Результирующую угловую погрешность 6' можно определит
как модуль алгебраической разности:
8'=|8f-8M|, (7.10)
где вТ| Ли —угловые погрешности трансформаторов тока и напря-
жения, мин.
Фактические потери находят по формуле
Р=Р’ + ЛТ, (7.11;
где Р' — значение потерь, вычисленное по показаниям ваттме"
ров.
Знак результирующей поправки (AY) можно определить с уче-
том знака угловой погрешности каждого измерительного транс
форматора в соответствии с табл, 7.2.
При измерениях, проводимых по схеме рис. 7.6, г, определяют
поправку (Вт) на показания трех ваттметров
ЛГ=+ 0,291 ^3-(/ср/срВер.1О-3, (7.12)
где Uev, 1е$ и йер—среднеарифметические значения линейных на-
пряжений, токов и угловых погрешностей.
118
Фактические потери
Р=Р'4-ЛГ.
(7.13)
Угловые погрешности измеряют при всех возможных нагрузках
в значениях первичного тока (напряжения) 20, 40, 60, 80, 100 н
120% от номинального. Затем строят зависимость угловых погреш-
ностей от нагрузки и значения первичного тока (напряжения) для
использования этих зависимостей прн внесении поправок на изме-
рение потерь.
Рис. 7,7. Схема для измерения
суммарных потерь холостого
хода в однофазных трансформа-
торах при малом напряжения
Рис, 7.3. Схема для измерения
потерь в измерительных прибо-
рах при измерении потерь хо-
лостого хода в однофазных
трансформаторах при малом
напряжении
Проверка при малом подводимом напряжении. Для определения
потерь холостого хода при малом напряжении требуется снять оста-
точное намагничивание магнитной системы трансформатора.
Снятие остаточного намагничивания производят однократным
главным увеличением и последующим плавным снижением пере-
менного напряжения (не быстрее чем за 30 с) до значения, равного
шалому напряжению, при котором производят измерения. Остаточ-
ное напряжение можно снимать и другим способом — последова-
тельным пропусканием (с последующим снижением до значения не
•олее 60% от начального) по обмоткам трансформатора постоянно-
о тока противоположных полярностей. Прн этом каждое после-
дующее значение постоянного тока должно быть на З0...40% ниже
предыдущего.
Размагничивание производят пропусканием тока по одной из
• биоток каждого из стержней магнитной системы. Наибольшее зна-
чение МДС постоянного нлн переменного тока, с которого начина-
ют процесс размагничивания, должно составлять не менее 70%
г- 'о значения МДС, которым было произведено намагничивание
магнитной системы; подводимое напряжение не должно вызывать
возбуждения трансформатора, превышающего номинальное более
^м на 20%.
Наименьшее значение МДС, при которой заканчивается процесс
Размагничивания, должно быть не более действующего значения
119
МДС, ожидаемой в опыте холостого хода при малом напряжении.
Потери в однофазных трансформаторах могут быть измерены по
схемам, приведенным на рис. 7.7 и 7.8. По этим схемам измеряют
подводимое напряжение и, суммарную мощность Р, потребляемую
испытываемым трансформатором и измерительными приборами
Затем по формуле (7,7) или измерениями по схеме рис. 7.8 опре-
деляют мощность Рп, потребляемую измерительными приборами
Для определения потерь холостого хода при малом напряжении
трехфазный трансформатор преобразуется в однофазный путем
поочередного короткого замыкания одной из его фаз и возбуждения
двух других. Для определения потерь холостого хода проводят три
опыта: первый—короткое замыкание обмотки фазы Л, возбужде-
ние фаз В и С и измерение потерь; второй—короткое замыкание
обмотки фазы В, возбуждение фаз А и С и измерение потерь; тре-
тий — короткое замыкание обмотки фазы С, возбуждение фаз Л и
В и измерение потерь, Результаты измерений суммируют и обра-
батывают как для однофазных трансформаторов с учетом потерь
в измерительных приборах,
7.S. ПРОВЕРКА ПОТЕРЬ И НАПРЯЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Условия испытания. Для измерения токов, потерь и напряжения
короткого замыкания пригодны схемы, представленные на рис. 7.5
и 7,6 (за исключением того, что включение вольтметров средних
значений не требуется). При опыте короткого замыкания трансфер
матора выполняют короткое замыкание вторичной обмотки, а пер-
вичную питают от источника переменного тока номинальной часто-
ты. Если трансформатор не имеет обмоток, соединенных в треуголь-
ник, то короткое замыкание обмотки осуществляют соединением ее
линейных зажимов между собой и зажимом нейтрали.
Короткое замыкание обмоток выполняют возможно более корот
ними проводами, обеспечивая их надежные контактные присоедине-
ния к зажимам трансформатора. Плотность тока в подводящи.
проводах и проводах, используемых для выполнения короткого за-
мыкания обмоток, не должна быть более 1,8 А/мма (для медны
проводов) и 1,2 А/мм2 (для алюминиевых).
Очень важно при проведении опыта правильно выбрать величи-
ну тока и ограничить длительность его пропускания. Ток должен
находиться в пределах от 0,25 номинального до номинального. Если
ток, при котором производят опыт, более 40% номинального, то от
момента подачи напряжения до снятия показаний приборов долж-
но пройти не более т времени, которое определяется:
для алюминиевых проводов
1=240/(5^2); (7.14)
для медных проводов
1=480/(1^2), (7,15)
120
где oi, os — плотности токов в обмотках, А/мма, Если это условие
не выполняется, следует снизить ток, при котором проводят опыт.
Для трехфазных трансформаторов ток и напряжение при опыте
определяют как среднеарифметическое показание приборов всех
трех фаз.
Приведение результатов измерений к номинальному току. По-
тери и напряжение короткого замыкания при температуре опыта,
соответствующие номинальному току обмотки,
л=р;(Л1//;)5; (7.16)
Уг=(С/-/н2/(Уи/;)) 100, (7.17)
где С/я —напряжение короткого замыкания, % от номинального
напряжения; 7/, Р^—ток, А, и мощность, Вт, полученные нз опы-
та; tV—напряжение, при котором проведен опыт, В; UM, /ai — но-
минальные значения напряжения, В, и тока А, иа номинальном от-
ветвлении в обмотке наименьшей мощности из обмоток, участвую-
щих в опыте; /м — номинальное значение тока на номинальном
ответвлении в обмотке наибольшей мощности (из обмоток, участ-
вующих в опыте), А.
Потери, измеренные при опыте короткого замыкания и приведен-
ные к номинальному току, приводят также к расчетной рабочей
температуре Т, которая для обмоток с изоляционными материала-
ми классов нагревостойкости А, Е и В составляет 348 К (75°С), а
для классов F, Н и С —388 К (115°С). Для этого из измеренных и
приведенных к номинальному току потерь короткого замыкания
первоначально вычитают сумму потерь в обмотках S/»2/?, где —
сопротивление, Ом, измеренное при постоянном токе. Разность по-
терь Р0=Рк—ЕЛ?/? принимают за величину добавочных потерь при
температуре t. Если температура обмотки при опыте короткого за-
мыкания отличается от температуры, при которой производились
измерения сопротивления, то потери в обмотках приводят к темпе-
ратуре t обмоток при опыте короткого замыкания. Затем потери
£/н2/? приводят к расчетной рабочей температуре обмотки Т по
формуле
S =S W (Т+k)/(t+ А), (7.18)
а добавочные потерн пересчитывают по формуле
Par=P0/(T+k)Kt+k), (7.19)
где А —температурный коэффициент (для меди А=235, для алюми-
ния k=225),
Тогда искомые потери короткого замыкания, приведенные к рас-
четной рабочей температуре Т,
(7.20)
121
Если добавочные потери в трансформаторе невелики, т. е. на-
считывают менее 10% от потерь в обмотках, то для приведения по-
терь короткого замыкания к расчетной рабочей температуре Т ис-
пользуют упрощенную формулу
(Г-}-*)/«+ft). (7.21)
Напряжение короткого замыкания можно привести к расчетной
рабочей температуре обмотки следующим образом;
УкГ= |/ 1У„(Т+Л)(Г+«1,+^<, (7.22)
где Utt, (/pt —активная и реактивная составлящие напряжения
короткого замыкания, %, при температуре опыта t, рассчитанные
по формулам:
(/«=РГ/(ЮРМ); (7.23)
(7.24)
где U*t — напряжение короткого замыкания, %, соответствующее
номинальному току, определенное при температуре I, В; Рц — но-
минальная мощность трансформатора, Вт.
Если активная составляющая напряжения короткого замыкания
не превышает 15% величины напряжения короткого замыкания Utt,
то ее не приводят к расчетной рабочей температуре Т.
Приведение результатов измерений к номинальной частоте.
Опыт короткого замыкания выполняют при номинальной частоте
сети (с допуском ±1%), Допускается прн опыте отклонение часто-
ты сети не более чем на 2% {/') с последующим пересчетом резуль-
татов опыта.
В этом случае напряжение короткого замыкания при номиналь-
ной частоте
*Л/Н= (7-25)
где ил', Up'— активная и реактивная составляющие напряжения
короткого замыкания при частоте f't %; /н—номинальная часто-
та, Гц,
Пересчет потерь короткого замыкания на номинальную частоту
сети не производят. Если t/a/^0,I5 Utt, допустимо приведение на-
пряжения короткого замыкания к номинальной частоте выполнять
по формуле
(7.26)
При расчете потерь по результатам измерений учитывают основ-
ные потери в проводах, применяемых для выполнения короткого за-
мыкания обмоток, а также потери в подводящих проводах, если
они входят в цепь измерений. Эти сопротивления находят расчетом
или опытным путем.
122
При необходимости следует вносить также поправки на потери
в измерительных приборах и на угловые погрешности измеритель-
ных трансформаторов, как это сделано в § 7.4.
7.6. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ
Измерение сопротивления нулевой последовательности. Звание
сопротивления нулевой последовательности весьма важно для ана-
лиза несимметричных режимов работы трансформатора. Сопротив-
ление нулевой последовательности измеряют на полностью собран-
ном трансформаторе (для масляных трансформаторов, кроме того,
залитых маслом) при номинальной частоте между соединенными
вместе линейными зажимами обмоток (для трехфаэного трансфор-
матора, прн соединении обмоток в звезду или «загзаг») и выведен-
ным наружу зажимом нейтрали.
Сопротивление нулевой последовательности Ze, приходящееся
на одну фазу, определяют по результатам измерений
Zz=MJH, (7.27)
где С/ —подведенное напряжение, В; У —измеренное значение то-
ка, А.
Если в трансформаторе имеется обмотка, нормально соединяе-
мая в треугольник, то при измерении сопротивления нулевой после-
довательности это соединение должно быть сохранено. В трансфор-
маторах с несколькими ответвлениями обмоток сопротивление ну-
левой последовательности измеряют на номинальном ответвлении.
Автотрансформаторы с заземляемой нейтралью рассматривают
как обычные трансформаторы. При этом последовательная и общая
обмотки образуют одну измерительную цепь, а общая обмотка —
другую. При испытаниях двухобмоточных трансформаторов с об-
мотками, соединенными по схеме звезда — звезда, приложенное при
измерении напряжение не должно превышать напряжения между
линией и нейтралью при нормальной работе трансформатора,
Токи и длительность их пропускания при измерении сопротивле-
ния нулевой последовательности обычно находят при составлении
программы испытаний, учитывая, что ток при испытании не должен
превышать расчетного значения тока нейтрали, а при испытании
автотрансформатора — расчетного значения тока соответствующих
обмоток; причем длительность испытания ограничена, чтобы исклю-
чить возможный высокий нагрев металлических частей трансфор-
матора.
Определение параметров изоляции. К параметрам изоляции от-
носятся: сопротивление изоляции, тангенс угла диэлектрических
потерь и емкость изоляции, определяемые при температуре изоля-
ции не ниже 10°С. Для сухих и масляных трансформаторов всех
классов напряжения, подвергавшихся подогреву или не остывших
123
после отключения, а также для трансформаторов, находящихся на
открытом воздухе, за температуру изоляции условно принимают
температуру обмоток, измеренную по ее активному сопротивлению.
Для масляных трансформаторов класса напряжения 35 кВ и ниже,
находящихся внутри помещения, длительно отключенных н не под-
вергавшихся подогреву, за температуру изоляции принимают тем-
пературу верхних слоев масла, Измерять параметры изоляции сле-
дует не ранее чем через 1 ч при нагреве током короткого замыкания
или постоянным током и не ранее чем через 0,5 ч при внешнем на-
греве (индукционным методом).
Таблица 7.3
Даххобмоточвые траве- форматоры 4 трехобмоточ- аые аатотравеформаторы Трехобмоточвые тр!вс- форматоры Трансформаторы с расщеплен- ной обмоткой НН
Обмотги, В1 которых про- изводят язме- рели я Зааемляемые части транс- форматора Обмотки, яа которых про* взводят взме- ревжи Замыллемые часта транс- форматора Обмотки, ЙЛ ко- торых произво* ддт вэмере&о Заземляемые частя транс- форматора
НН ВН (ВН4-НН) Бак, ВН Бак, НН Бак НН СН ВН (ВН+СН) (ВН+СН+ +НН) Бак, СН, ВН Бак, ВН, НН Бах, НН, СН Бак. НН Бак НН1 HHi ВН (ВН+ННц!)] (ВН+НН^ +НН») Бак, HHi, ВН Бак, НН|, ВН Бак, HHi, HHj Бак, ННц1) Бак
Примечание. ВН — обмотал высшего иапряжелвя; СН — обмотка сред-
него напряжения; НН —обмотка низшего напряжения; HHi, HHs — части рас-
щепленной обмотки НН.
Определение сопротивления изоляции. Сопротивление изоля-
ции измеряют мегаомметром с напряжением 2,5 кВ. Для сравни-
тельно небольших трансформаторов с напряжением на высокой
стороне до 35 кВ и мощностью до 16 МВ-А можно применять
мегаомметры на 1 кВ.
Перед началом измерения испытуемую обмотку заземляют не
менее чем на 120 с, При измерении сопротивления изоляции сле-
дует брать такую схему измерения, при которой общее сопротивле-
ние изоляции элементов схемы могло быть измерено по полной шка-
ле применяемого мегаомметра, Если это условие невыполнимо, вно-
сят поправку в результаты измерения. Для этого находят общее
сопротивление изоляции элементов схемы при напряжении, соответ-
ствующем напряжению мегвомметра, Поправку рассчитывают
Я=Я7(1 -/?'//?'), (7.28)
124
где Я — сопротивление изоляции трансформатора, Ом; /?'—общее
сопротивление цепи проходов я изоляции трансформатора, измерен-
ное мегаомметром, Ом; R" — сопротивление проводов, Ом.
Сопротивление изоляции обмоток трансформатора принято изме-
рять в последовательности и по правилам, указанным в табл. 7.3,
Отсчеты сопротивления изоляция следует производить дважды
через 15 и 60 с после появления напряжения на испытываемом объ-
екте.
Ряс. 15. Перевернутая (а), нормальная (б) я с заземленной нейтралью (в)
схемы для измерения тангенса угла диэлектрических потерь и емкости обмЬток:
I — тр1нсформятор питан*; ? — коямвеатор образцовый; J — гальванометр; 4 — рыветор;
S — юндевсатор регулируемый.' б —резистор регулируемый; 7 — кспытымемый объект
Тангенс угла диэлектрических потерь и емкость обмоток. Эти
параметры находят с помощью измерительного моста переменного
тока по одной из схем, приведенных на рис. 7.9. Измерения произ-
водят при питании измерительного моста от источника переменного
тока частоты 50 Гц с допускаемым отклонением по частоте в преде-
лах ±2%, а для масляных трансформаторов при напряжении, не
превышающем 60% от испытательного напряжения обмотки. Обыч-
но измерения проводят при напряжении 10 кВ. При измерениях по
схеме рис. 7.9, в результаты измерения корректируются:
С=С'-С.; (7.29)
tg 8=(С' tg if/С) - (С„ tg 8а/С), (7.30)
где С — емкость обмоток испытываемого трансформатора, мкФ;
С' — емкость, измерениая при подключении объекта к схеме моста,
мкФ; С*-—емкость, измеренная при отключенном объекте, мкФ;
tgfi — тангенс угла диэлектрических потерь изоляции испытываемо-
го трансформатора; tg 6'—тангенс угла диэлектрических потерь,
измеренный при подключении объекта к схеме моста; tg6R—тан-
генс угла диэлектрических потерь, измеренный при отключении
объекта от схемы моста.
Тангенс угла диэлектрических потерь и емкость измеряют в со-
ответствии с табл. 7.3. Определение относительного прироста емко-
сти проводят методами емкость—частота или емкость—время,
в обоих случаях относительный прирост емкости при изменении
125
частоты иля длительности разряда находят путем заряда и разря-
да емкости с помощью специальных приборов, В обоих случаях
испытания проводят в соответствии с табл. 7.3. При использовании
первого метода периодический заряд и разряд емкости производят
при двух частотах (например, 50 и 2 Гц или 50 и 0,3 Гц), а при
использовании второго метода осуществляют однократный заряд
и разряд емкости при двух значениях длительности разряда (на-
пример, 0,02 и 1 с).
7.7. ИСПЫТАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА НА НАГРЕВАНИЕ
И ЕГО БАКА НА ПЛОТНОСТЬ
Особенности испытания на нагревание. Основные методы испы-
таний на нагревание электрических машин изложены в гл. 3. Одна-
ко методы испытаний трансформатора как невращающейся электри-
ческой машины имеют некоторые особенности.
При испытании определяют превышение температуры обмоток
и магнитной системы, а для масляных трансформаторов и верхних
слоев масла над температурой охлаждающей среды при номиналь-
ных условиях по нагреву и охлаждению. Для трансформаторов
большой номинальной мощности (для трехфазных —свыше
125 МВ-А, а для однофазных — свыше 63 МВ-А) определяют так-
же температуру частей остова и бака.
При испытаниях на нагревание за номинальные условия по на-
греву принимают те, при которых основные потери в токоведущих
частях и добавочные потери, обусловленные потоками рассеяния,
равны нормированным потерям короткого замыкания Рхв (без
допуска), а потери в магнитной системе —нормированным поте-
рям холостого хода РОл (без допуска).
Превышение температуры обмоток обычно измеряют при номи-
нальном токе, однако в случае необходимости допускается прово-
дить испытания при меньшем токе, но не менее 0,9 от номинально-
го. Условия охлаждения, соответствующие номинальному режиму
работы трансформатора, считаются номинальными. Трансформатор
при испытании не должен подвергаться охлаждению быстрыми
потоками воздуха, воздействию тепловой радиации или каких-ли-
бо внешних возмущений, влияющих на результаты испытаний на
нагревание. В трансформаторах с масляно-водяным охлаждением
температура воды на входе в охладитель должна быть 5,..ЗЗвС,
При испытании трансформаторов на нагревание используется
один из следующих методов: непосредственной нагрузки, взаимной
нагрузки или короткого замыкания и холостого хода (для масля-
ных трансформаторов).
Метод непосредственной нагрузки. К испытываемому трансфор-
матору подводят номинальное напряжение и устанавливают в его
обмотках необходимый ток, который измеряют на стороне нагрузки.
При испытаниях рекомендуется измерять через равные проме-
126
жутки времени (ио не более чем через 1 ч); ток, напряжение, тем-
пературу верхних слоев масля, магнигопровода и охлаждающей
среды и средней температуры обмоток. Время выполнения послед-
них измерений должно быть выбрано так, чтобы температура верх-
них слоев масла не изменилась за 1 ч более чем на 1,5“С и чтобы
продолжительность испытательного режима до выполнения послед-
них измерений не была меньше учетверенного значения постоянной
времени нагрева трансформатора (4Т).
Установившееся превышение температуры (СС) какой-либо части
трансформатора (Д0<) над эквивалентной температурой охлаждаю-
щей среды
(7.31)
где — среднеарифметическое значение температуры, вычисленное
по результатам измерений в последний час испытательного режи-
ма, °C.
Эквивалентная температура (VC) охлаждающей среды
<>,==^-8, (7.32)
где Ок —конечная температура охлаждающей среды, измеренная
в конце испытательного режима, °C; 6 —поправка на постоянную
времени трансформатора, которая учитывает запаздывание по вре-
мени изменения температуры масла по отношению к изменению
температуры охлаждающей среды, °C.
Величина поправки
р
8= Т(е«/Г- 1) j
(7.33)
где Г —постоянная времени нагрева трансформатора, с; Af—ин-
тервал времени между последующим н предыдущим измерениями
охлаждающей среды, с; Afy — алгебраическая разность между по-
следующими и предыдущими результатами измерений температуры
охлаждающей среды, °C; / — порядковый номер измерения, начиная
со второго измерения на первом интервале; р —порядковый номер
последнего измерения.
Для сокращения времени испытаний иногда вначале форсиру-
ют нагрев трансформатора; в этом случае за начало испытаний
(/--О) принимают момент времени, когда в трансформаторе уста-
новлены ток и условия охлаждения, соответствующие заданному
испытательному режиму.
Если требуется определить установившееся превышение темпе-
ратуры какой-либо части трансформатора над температурой сред-
них слоев масла (&ы.е₽), вычисленной как среднеарифметическое
значение температуры по результатам измерений в последний час
измерений, то определяют
—®и.ер»
(7.34)
127
Метод взаимной нагрузки. Испытываемый трансформатор / сое-
диняют параллельно со вспомогательным трансформатором 2 при-
мерно той же мощности и с тем же номинальным напряжением
(рис, 7.10). Группы соединения обоих трансформаторов должны
быть одинаковыми. В контур обмоток высшего и низшего напряже-
ний включают трансформатор <?, мощность которого должна быть
не менее мошиости испытываемого трансформатора, умноженной аа
коэффициент, равный удвоенному значению напряжения короткого
замыкания, %; класс его напряжения и допустимый ток обмоток
должны соответствовать параметрам контура, показанного на
рис. 7.10.
Д’ истопнику там
X источнику тока
Рис, 7.11. Определение поправки к
измерению сопротивления обмотки
трансформатора графическим методом
Рис. 7.10, Схема испытания транс-
форматора методом взаимной нагруз-
ки
Испытание проводится следующим образом, К испытываемому
трансформатору 1 подводят номинальное напряжение. К трансфор-
матору 3 подают напряжение, которое регулируют до установления
в обмотках испытываемого трансформатора 1 номинального тока.
Для исключения влияния биений тока на показания приборов час-
тота источника, питающего трансформатор 3, должна отличаться
на 2,„4 Гц от частоты источника, к которому подключен трансфор-
матор /,
Если трансформатор или автотрансформатор имеют большое ко-
личество ответвлений (РПН), допустимо не вводить в контур обмо-
ток трансформатор 3, а включить обмотки на разные ответвления
для создания необходимого циркулирующего тока.
Метод короткого замыкания и холостого хода. При использова-
нии этого метода одну из обмоток трансформатора замыкают нако-
ротко, а остальные—оставляют разомкнутыми, К одной из разомк-
нутых обмоток подводят напряжение, частота которого не отлича-
ется от номинальной более чем на 2%, и регулируют его таким об-
разом, чтобы в обмотках установился ток, при котором потери рав-
ны Рхя4-Рои«
128
Для определения превышения температуры магнитной системы
Производят опыт холостом хода. В этом опыте контролируют подво-
димое напряжение, частоту и потери. Напряжение должно быть
таким, при котором потери Роя равны нормированным. Нагрев маг-
яитопровода измеряют в установившемся тепловом режиме. Превы-
шение температуры поверхности магнитопровода над температурой
охлаждающей среды
(7,35)
1Де О'маг.'&'и’—соответственно температуры частей магнитопровода
верхних слоев масла, измеренные при опыте, °C; АОИ— превы-
шение температуры верхних слоев масла над температурой охлаж-
лающей среды, °C.
При испытании на нагревание одним из перечисленных методов
очень важно правильно производить измерения температур. Их сле-
дует проводить до достижения установившейся температуры масла
(для масляных трансформаторов) и магнитопровода (для сухих
трансформаторов). Температуру считают установившейся, если пре-
вышение температуры верхних слоев масла или магнитопровода над
температурой охлаждающей среды (или верхних слоев масла)
изменится не более чем на ±ГС в течение 3 ч. Если требуется из-
мерить температуру в разных точках трансформаторов, можно вос-
пользоваться термопарами или равноценными по точности термо-
метрами или другими термодатчиками.
При определении средней температуры обмотки по ее сопротив-
лению, измеряемому непосредственно после отключения, одновре-
менно с отключением трансформатора от источника питания оста-
навливают работу вентиляторов или циркуляцию воды. Сопротив-
ление обмоток при испытаниях на нагревание измеряют одним из
указанных ранее методов. Первое измерение проводят обычно через
60... 120 с после отключения трансформатора, за это время обмотка
не успевает заметно остыть.
При измерении сопротивления обмоток, обладающих большой
постоянной времени установления тока в измерительной цепи, реко-
мендуется делать поправку на время установления тока в этой цепи.
Для этого при измерении сопротивления обмотки в холодном со-
стоянии отмечают время от момента замыкания измерительной
Цепи до момента снятий показаний с приборов (/,•). Интервалы
времени между последовательными измерениями рекомендуется
выбирать примерно одинаковыми и равными 20...40 с. Затем нахо-
дят разности г( между каждым из измеренных сопротивлений и
фактическим сопротивлением, измеренным, когда значение тока в
измерительной цепи считают установившимися (г'). На основе по-
лученных результатов (разностей сопротивлений, получаемых прн
снятии отсчетов в различные моменты времени) строят графиче-
скую зависимость (рис. 7,11). В измеренные значения сопротивле-
,рг о. А.
125
ний той же обмотки в «горячем» состоянии вносят поправку, ис-
пользуя полученную графическую зависимость.
Для ускорения испытаний на нагревание допускается в начале
испытаний установить в обмотках увеличенный ток, но не более
150% номинального тока трансформатора (в течение 2—3 ч для
масляных трансформаторов и в течение 1 ч —для сухих). Можн
также искусственно ухудшить условия охлаждения. По достиже-
нии 70% ожидаемого конечного превышения температуры уста-
навливают нормальные условия охлаждения и номинальный режим.
Если условия испытания сухих трансформаторов отличаются от
номинальных, то результаты испытаний обмоток па нагревание прт
водят к номинальным условиям
<7.31-
где —превышение температуры обмотки при номинальных ус-
ловиях, °C; ДОвсп — превышение температуры обмотки, определен-
ное по результатам измерения, °C; /' — ток при испытаниях, A; q-
показатель степени.
Для трансформаторов с естественным охлаждением ?=1,6, для
трансформаторов с дутьевым — q-1,8.
Методика испытания на нагрев см. в приложении 7.
Испытания бака на плотность. Проверка плотности бака транс-
форматора на плотность — достаточно ответственная часть програм-
мы испытаний. Испытания на плотность производят избыточным
давлением одним из следующих способов: столбом масла (у транс-
форматора, заполненного маслом); давлением сухого воздуха или
азота, нагнетаемого под крышку трансформатора, залитого маслом;
давлением сухого воздуха или азота, нагнетаемого под крышку
трансформатора, не залитого маслом; подкачкой масла в бак транс-
форматора, герметичного я не залитого маслом.
Для испытания «столбом масла» на крышке или на расширите-
ле трансформатора устанавливают трубу, нижний конец которой
соединяют с полостью бака, а верхний (открытый)—заполняют
маслом до соответствующего, оговоренного в стандартах уровня.
Для испытания трансформатора давлением сухого воздуха или
азота подвод его осуществляют к местам, расположенным выше
уровня масла в трансформаторе. Величина давления, продолжитель-
ность испытания и температура масла обычно устанавливаются в
соответствующих стандартах или технических условиях.
Трансформатор считается выдержавшим испытания, если не
обнаружено течей масла или первоначально установленное давле-
ние не упало ниже допустимого соответствующими стандартами
или техническими условиями.
Вопросы для схмопроверха
1. Что входит в программу пряемо-адаточвых испытаний силовых трансфор-
маторов?
130
2. Почему измерение коэффициента трансформации должно производиться
е высокой точностью?
3. Какой применяется метод для определения разницы количества витков
частей обмоток, соединенных параллельно?
4. Какие особенности имеются прв определении коэффициента трансформа-
*ии трехфазных трансформаторов?
S. Какие методы используются для определения коэффициента трансфор-
мации?
6. Какой должен быть класс точности .вольтметров, трансформаторов на-
пряжения и добавочных резисторов при определении коэффициента трансформа-
ции методом двух вольтметров?
7. Какие предъявляются требования к подводимому к трансформатору на-
пряжению при определении коэффициента трансформации?
8. Какие методы применяют для определения группы соединения обмоток
трансформатора?
9. Какой прибор используется для проверки группы соединений обмоток
трансформаторов прямым методом?
10, Что представляет собой специальный прибор — группомер?
11. В чем заключается метод постоянного тока для определения группы сое-
динения трансформаторов?
12. Какие два метода используются для измерения сопротивлений обмоток
трансформаторов постоянному току?
13. Как определяется температура обмотки в масляном трансформаторе при
измерении сопротивления обмотки трансформатора?
14. Какие требования предъявляются к подаваемому на обмотку трансфор-
матора напряжению прн проведении опыта холостого хода?
15. Какие поправки следует вносить в результаты измерений потерь холо-
стого хода трансформатора?
16. Какова должка быть методика опыта короткого замыкания трансформа-
тора?
17, Как опытным путем определить сопротивление нулевой последователь-
ности трансформатора?
18 Какое значение испытательного тока должно быть при определении со-
противления нулевой последовательности трансформатора?
19. Что следует понимать под параметрами изоляции трансформатора?
20. Прн какой температуре изоляции следует определять ее параметры?
21. Как определить температуру изоляции разных типов трансформаторов
прн опыте определения параметров трансформаторов?
22. Каким прибором определяют сопротивление изоляции трансформатора?
23. Перед началом измерения сопротивления изоляции обмотки трансфор-
матора на сколько времени следует ее заземлить?
24. Каковы последовательность и правила измерений сопротивления изоля-
ция двухобмоточных трансформаторов и трехобмоточяых автотрансформаторов?
25. Каковы последовательность и правила измерений сопротивления изоля-
ции трехобмоточных трансформаторов?
26. Каким измерительным прибором измеряют тангенс угла диэлектрических
потерь к емкость обмоток трансформаторов?
27, Какие два метода применяют для определения относительного прироста
емкости обмоток трансформатора?
28. Как осуществляется опыт при методе емкость — частота и какие зна-
чения частот при этом устанавливаются?
29. Как осуществляется опыт при методе емкость — время в какие значе-
ния длительности раэрада при этом устанавливаются?
30. Температуру каких частей трансформатора следует определить прн ис-
пытаниях на нагревание?
31. Чему должны быть равны основные потери в токоведущих частях транс-
форматора я его добавочные потерн, обусловленные потоками рассеяния, а так-
*е потерн в магнитной системе для того, чтобы прн испытании на нагревание
были установлены номинальные условия?
* 131
32. Прн яелытаияя трансформатора на нагревание какими должны быть но-
минальные условии по охлаждению?
33. Какие методы используются прн испытании трансформаторов на нагре-
вание?
34. Как осуществляется метод непосредственной нагрузка трансформатора
при испытании иа нагревание?
35. Какова должна быть продолжительность испытательного режима до вы-
полнения последних измерений прн испытании трансформатора на нагревание?
36. Что считается моментом начала испытания трансформатора на нагрева-
ние, если для сокращения времени испытаний вначале форсируется нагрев транс-
форматора?
37, Как осуществляется метод взаимной нагрузки пр» испытании трансфор-
маторов на нагревание?
38, Какое условие должно быть выполнено и почему при испытания транс-
форматора методом взаимной нагрузки?
39, Как осуществляется испытание трансферы агора на нагревание методом
короткого замыкания и холостого хода?
40. Превышение температуры каких частей трансформатора измеряется при
опыте холостого хода в процессе испытания его на нагревание и каким прн
атом опыте должно быть подводимое напряжение?
41, Какие меры следует принимать для правильного измерения температуры
отдельных частей трансформатора прн испытании его на нагревание?
42. Если условия испытаний сухих трансформаторов отличаются от номи-
нальных, то как можно привести результаты испытаний к номинальным усло-
виям?
43. Какие способы используются для создания избыточного давления прн
нспытании бака трансформатора на плотность?
44. Как осуществляется испытание бака масляного трансформатора на
плотность с помощью столба масла?
ГЛАВА 8
ИСПЫТАНИЯ АСИНХРОННЫХ МАШИН
11. ПРОГРАММЫ ИСПЫТАНИЯ
Для асинхронных двигателей ГОСТ 183 предписывает програм
му приемочных испытаний, определяющую измерения сопро-
тивления изоляции обмоток по отношению к корпусу машины я
между обмотками и сопротивлений обмоток при постоянном токе
в практически холодном состоянии; определение коэффициента
трансформации (для двигателей с фазным ротором); испытания
изоляции обмоток на электрическую прочность относительно кор-
пуса машины и между обмотками и на электрическую прочность
межвитковой изоляция обмоток статора и фазного ротора; опре-
деление тока и потерь холостого хода, тока и потерь короткого за-
мыкания; испытания машины при повышенной частоте вращения
и на нагревание; определение КПД, коэффициента мощности и
скольжения; испытание на кратковременную перегрузку по току;
определение максимального вращающего момента, минимального
вращающего момента в процессе пуска, начального пускового вра-
щающего момента и начального пускового тока (для двигателей
132
с короткозамкнутым ротором); измерения вибраций и уровня шума.
В программу приемо-сдаточных испытаний асинхронных дви-
гателей входят первые семь перечисленных операций программы
приемочных испытаний,
В настоящей главе рассмотрены методы испытаний, специфич-
ные для асинхронных двигателей, остальные являются общими для
всех видов электрических машин и изложены в разд, 1.
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРАНСФОРМАЦИИ, ТОКА
И ПОТЕРЬ ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Определение коэффициента трансформации. Коэффициент транс-
формации находят, используя измерения линейных напряжений на
зажимах обмоток статора и на кольцах неподвижного ротора с ра-
зомкнутой обмоткой. Для низковольтных электродвигателей (с но-
минальным напряжением до 660 В включительно) к обмотке стато-
ра подводят номинальное линейное напряжение, а для электродви-
гателей на большее номинальное напряжение допустимо
определение коэффициента трансформации при пониженном на-
пряжении. Коэффициент трансформации вычисляют как отношение
фазных напряжений статора и ротора U$i'.
Лг=Уф1/ф2- (8.1)
Определение тока и потерь холостого хода. Эти испытания про-
изводят в режиме холостого хода при установившемся тепловом со-
стоянии частей электродвигателя. Если невозможно установить
установившееся тепловое состояние подшипников непосредственным
измерением их температуры, то этого достигают путем вращения
электродвигателей без нагрузки при номинальной частоте враще-
ния в течение времени, указанного в табл, 2.1. После окончания
обкатки добиваются постоянства потребляемой мощности.
При опыте холостого хода измеряют линейное напряжение С/ои
между всеми фазами, частоту сети, линейный ток /оя статора в
каждой фазе и потребляемую мощность,
Опыт холостого хода начинают с напряжения, равного 130%
номинального. Если двигатели выполнены с насыщенной магнит-
ной цепью, то при указанном напряжении резко возрастает ток
холостого хода, В этом случае допускается начинать опыт с напря-
жения, равного 110% от номинального. В процессе опыта обычно
проводят 9—11 измерений при разных значениях линейного напря-
жения, Для правильного определения потерь в обмотке статора
при опыте холостого хода необходимо непосредственно после опы-
та измерить сопротивление обмотки статора. Разделение потерь
Рь холостого хода на потери в обмотке статора, механические и в
стали производятся по методу, изложенному в гл, 2.
Коэффициент мощности холостого хода
cos у0(8.2)
133
Результаты опыта холостого хода обычно изображают графи-
чески—путем построения зависимостей потерь Ра, фазного тока
/о и коэффициента мощности costpo в функции напряжения,
При опыте холостого хода допускается не более чем на ±2%
отклонение частоты сети от номинальной, но результаты измере-
ний следует пересчитать на номинальную частоту, Для этого изме-
ренные напряжения пересчитывают пропорционально первой сте
пени частоты, потерн в стали пропорционально степени 1,5 часто
ты и механические потери пропорционально квадрату частоты,
При приемо-сдаточных испытаниях измеряют ток и потери хо
лостого хода лишь при номинальном значении напряжения.
Определение тока и потерь короткого замыкания. При опыте
короткого замыкания на статор подается напряжение, ротор за
тормаживается, а в случае фазного ротора обмотки закорачивают-
ся накоротко на кольцах. Напряжение, подаваемое на статор,
должно быть практически симметричным и номинальной частоты
В процессе опыта одновременно измеряют подводимое напря-
жение, ток статора (линейный ток /х короткого замыкания), по-
требляемую мощность PR (кВт), начальный пусковой момент (для
электродвигателей малой и средней мощности), а непосредственно
после опыта определяют сопротивление Их обмотки статора меж-
ду выводами, соответствующее температуре в конце опыта. На-
чальный пусковой момент (Н-м) измеряют при опыте
динамометром или весами на конце рычага (которым заторможен
ротор), закрепляемым шпонкой на свободном конце вала двигате
ля, или весами балансирной машины, Для электродвигателей
большой мощности его определяют расчетно по измеренным поте
рям короткого замыкания (численно равным мощности, потреб
ляемой при опыте);
Л(|С=0,9-9550РК112/ле, (8.3)
где Рта —потери в обмотке ротора при опыте короткого замыка
ния, кВт; 0,9 — коэффициент, ориентировочно учитывающий дей
ствие высших гармоник.
Потери (кВт) в обмотке ротора при опыте короткого замыка
ния
Р1М2=РХ—*PXBi — Ре> (8,4)
где Рях,— потери в обмотке статора при опыте короткого замы-
кания, кВт; Рс — потери в стали, определяемые из опыта холосто-
го хода, кВт.
Потери в обмотке статора при опыте короткого замыкания
PBMt=/Jru/1000. (8.5)
Для получения зависимостей (необходимых при приемочных и
других полных испытаниях) потребляемой мощности Рк, тока /я,
коэффициента мощности созфг и начального пускового момента
134
от напряжения Ut, приложенного к двигателю в режиме корот-
>ого замыкания, проводят 5...7 отсчетов при разных значениях это*
го напряжения,
В процессе приемо-сдаточных испытаний ток и потери короткого
замыкания измеряют при одном значении напряжение короткого
замыкания:
УггкУж/3,8, (8.6)
где Ut — номинальное напряжение двигателя.
Во время проведения опыта короткого замыкания первый отсчет
рекомендуется проводить при следующих значениях напряжения
короткого замыкания в зависимости от U*.
ия, В ... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000
В . . . 33 58 100 115 130 173 600 1600 2640
Второй отсчет—при напряжении (1±0,1)(/к (для электродвига-
телей малой и средней мощности); для электродвигателей
большой мощности подавать при опыте номинальное напря-
жение обычно невозможно из-за больших пусковых токов, поэтому
напряжение может быть ниже, но не меньше 0,4 С/я. Требуемое на-
пряжение Ut подают начиная с минимального значения. Во избежа-
ние чрезмерного нагрева обмоток токами короткого замыкания
рекомендуется отсчет по приборам при каждом значении подведен-
ного напряжения производить за время не более 10 с, а после отсче-
та двигатель сразу отключать.
Для двигателей с фазным ротором, для которых максимальный
вращающий момент определяют из круговой диаграммы, ток ко-
роткого замыкания (при опыте короткого замыкания) должен быть
не менее 2,5-кратного от номинального, чтобы правильно оценить
насыщение путей потоков рассеяния при токах, соответствующих
максимальному моменту. При испытании двигателей свыше
1000 кВт ток короткого замыкания должен быть не менее двукрат-
ного от номинального.
По данным опыта короткого замыкания определяют коэффици-
ент мощности
соз^РЛ/Зад). (8.7)
Коэффициент мощности можно найти и по отношению показа-
ний двух ваттметров (oi/аг), воспользовавшись рис. 8.1. Для этого
на оси ординат откладывают полученное значение отношений двух
ваттметров (aj и aj —деления шкалы ваттметров) с учетом знака
этого отношения, проводят для этого значения горизонтальную пря-
мую до пересечения с линией cosip (или sirup), сносят точку пересе-
чения на ось абсцисс, по шкале оси абсцисс определяют искомое
вначенне cos<р (или sin<p).
Для графического изображения результатов опыта короткого
замыкания откладывают в функция от напряжения следующие ве-
135
личины: ток короткого замыкания /», потери короткого замыкания
Ръ коэффициент мощности cos ср» я вращающий момент при корот-
ком замыкании МК1 Если опыт короткого замыкания проведен при
пониженном напряжении, то при определении тока и вращающего
момента, соответствующих номинальному напряжению, вводят по-
правку иа насыщение путей потоков рассеяния, строя зависимость
тока короткого замыкания от напряжения (рис. 8,2). Возрастание
тока от напряжения принимают идущим по касательной; определя-
Рис, B.I. Определение коэффициента Рие, 8J. К учету насыщения при
мощности во отношению показаний опыте короткого замыкания
двух ваттметров
ют точку пересечения касательной с осью абсцисс (//. Тогда ток
короткого замыкания при номинальном напряжении 1*.в, называе-
мый начальным пусковым током, находит по формуле
4>я=(Ув-у;)/г/{Ук-у;) (8.8)
где (/» —соответственно наибольшие ток, А, и напряжение, В,
намеренные в процессе опыта; Ук —номинальное напряжение, В,
Вращающий момент при коротком замыкания, соответствующий
номинальному напряжению, называемый начальным пусковым вра-
щающим моментом Мк.я, определяют
где Мв — вращающий момент, измеренный при наибольшем напрЯ’
жении опыта короткого замыкания, Н-м.
Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент можно
также определить прн пуске, а начальный пусковой момент, кроме
того, измеряют при снятии статической кривой момента. Величина
начального пускового момента зависит от относительного положе
ния зубцов статора н ротора в момент измерения. Поэтому за вели
чину начального пускового момента принимают наименьшее из
измеренных его значений.
136
1.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД, КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
И СКОЛЬЖЕНИЯ
Определение КПД, коэффициента мощности и скольжения по ра-
бочей характеристике. Рабочая характеристика, т. е. зависимость
потребляемой мощности, тока, скольжения, КПД и коэффициента
мощности от полезной мощности, снимается при неизменных и но-
минальных приложенным напряжении и частоте, изменяющейся
нагрузке от холостого хода до 110% номинальной (5—7 значений),
и температуре, близкой к установившейся при номинальной нагруз-
ке. В процессе опыта измеряют линейные напряжения U» и ток /.
потребляемую мощность Pi и скольжение s двигателя (методы из-
мерения скольжения рассмотрены в § 1.3). По результатам измере-
ний определяют коэффициент мощности.
Для контроля коэффициент мощности находят по отношению
показаний двух ваттметров (по рис. 8.1).
КПД электродвигателя определяют по методике, изложенной в
гл. 2. Сумма потерь асинхронного двигателя
Pt= 4- р*ь+ рс+р^+р» <8- Ю)
где Рщ, PMJ1 Ра, Ршх, Рд — потери соответственно в обмотках стато-
ра, ротора и стали; механические и добавочные потери.
Если рабочую характеристику нет возможности снять при но-
минальном напряжении, тогда ее определяют при напряжении
0,5(4^ (АС 1,15 UB. Полученные результаты испытаний в этом
случае можно привести к номинальному напряжению по следую-
щим формулам:
S1=S,; P^P^UJU,?-, (8.11)
/ = /,(Ув/У,)+Д/0; (8.12)
д/0=/0 Sin 7о - sin <рОп (8.13)
где sf, P;r, lr, I or, (per — величины соответственно скольжения, по-
требляемой мощности, тока, тока холостого хода и угол между век-
торами тока и напряжения, измеренные при холостом ходе и напря-
жении Уг; Si, Pi, 1, /о, sinфо‘—аналогичные величины при номи-
нальном напряжении.
Значение тока при номинальном напряжении
/=]/ /г (W 4-2//£/м/£/,) V П^со8ЧД/о+Д/о. (8.14)
Определение КПД, коэффициента мощности и скольжения по
круговой диаграмме. У асинхронных двигателей большой мощности
(свыше 500 кВт) часто из-за отсутствия соответствующего оборудо-
вания невозможно определить КПД, коэффициент мощности и
скольжение опытным путем, снимая рабочую характеристику.
В этом случае их определяют по круговой диаграмме, построенной
по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания.
137
Рассмотрим метод построения круговой диа-
граммы для асинхронных двигателей с фазным
ротором.
Исходные опытные данные: фазный ток холостого хода /о при
номинальном напряжения и номинальной частоте; разность между
потерями холостого хода и механическими Ро—Ри«; фазный ток
короткого замыкания /к при номинальном напряжении, полученный
пересчетом по формуле
(8.15)
где Zr.„—- фазнмй ток короткого замыкания, равный номинальному;
Utx— линейное напряжение короткого замыкания, соответствую-
щее току /ж<1; потери короткого замыкания Pt при номинальном
напряжении, полученные пересчетом по формуле
Л=^.«(4/Л.я)2» (8.16)
где 'Ржл—потери короткого замыкания при токе /Ж1Я; сопротивле-
ние фазы обмотки статора п, приведенное к расчетной рабочей
температуре; сопротивление фазы обмотки ротора г/, приведенное
к расчетной рабочей температуре и к числу витков статора,
г’^г^. (8.17)
где г» — сопротивление фазы обмотки ротора при расчетной рабо-
чей температуре; — коэффициент трансформации.
Рве. 8Д. Круговая диаграмма для асинхронного двигателя с
фазным ротором
Построение круговой диаграммы (рис, 8.3): выбирают масштаб
тока: 1 мм — аА; определяют масштаб мощности
1 мм —ЗУф-а/1000 кВт; (8.18)
строят точку холостого хода О по току /о и потерям Рс—Рца', че-
рез точку холостого хода О проводят линию OG, параллельную оси
138
абсцисс; из точки О проводят линию OD под углом а к линяя OG,
при этом
sin (8.19)
строят точку короткого замыкания К по току А и потерям Pt
(отрезок КН]);
через точки О и К проводят окружность токов с центром С, ле-
жащим на прямой OD;
проводят под углом у прямую ОВ, которая является линией мо-
ментов, а точка Б соответствует скольжению s = oo, при этом
^=Олг,/и^ (8.20)
где Do—диаметр круговой диаграммы (отрезок OD), А; на ли-
нии КН откладывают отрезок FA'—FHri'/г\\
через точку А' проводят прямую ОА, которая является линией
полезной мощности, а точка А на окружности соответствует сколь-
жению 5 = 1;
проводят из точки О| радиусом 100 мм окружность для опреде-
ления коэффициента мощности cos <р.
Шкалу скольжений строят следующим образом: проводят ра-
диус СВ; вдоль прямой О В откладывают от точки В отрезок I (см):
Z=(FA7OF) 100; (8.21)
через конец I проводят шкалу скольжения перпендикулярно радиу-
су СВ; откладывают от линии ОВ на шкале скольжения деления s
в процентах в масштабе 1 см — 1 % s.
Откладывают на диаграмме номинальный момент двигателя Мл
(условно в масштабе мощности, кВт) от прямой ОВ перпендикуляр-
но линии OD;
ЛТж=(Р2-|-Р|1Н + />д)д(//1, _ (8.22)
где лс — синхронная частота вращения, об/мин; л —частота вра-
щения ротора при номинальной мощности, об/мин,
Ми может быть выражен в Н-м с соответствующей корректи-
ровкой масштаба.
Проводят линию O]L и продлевают ее до пересечения с окруж-
ностью, служащей для определения коэффициента мощности. Отре-
зок Р/?/100 определяет коэффициент мощности при номинальной
мощности двигателя.
Проводят линию BL, Точка пересечения линии BL со шкалой
скольжения определяет скольжение при номинальной мощности
двигателя.
КПД определяют по отдельным потерям. При этом Рш и Р„ц
рассчитывают по значениям тока и скольжения, полученным из кру-
говой дваграммы для момента Ма. Потребляемую мощность пред-
ставляет отрезок LN (в масштабе мощности).
139
Построение круговой диаграммы для асинхронных двигателей с
короткозамкнутым ротором производится аналогично.
Построение круговой диаграммы для асинхронных двигателей с
короткозамкнутым ротором, но с глубокими и бутылочными паза-
ми, а также с двойной клеткой имеет ряд особенностей. Это обуслов-
лено эффектом вытеснения тока в обмотке ротора в режиме корот-
кого замыкания. При работе электродвигателя в режимах от
холостого хода до номинального этот эффект отсутствует. Поэтому
круговая диаграмма и определяемые по ней значения КПД, коэф-
фициента мощности и скольжения должна быть построена без уче-
та явления вытеснения тока. С этой целью дополнительно необхо-
димо снять характеристику короткого замыкания при пониженной
частоте тока (порядка 5 Гц) и соответствующем пониженном на-
пряжении. Напряжение понижают пропорционально уменьшению
частоты. Порядок проведения этого опыта, измерения и обработка
их результатов остаются такими же, как прн опыте короткого за-
мыкания при номинальной частоте. Опыт проводят до значения
тока короткого замыкания, равного (1,0... 1,5)-кратному номиналь-
ному току двигателя.
Для построения круговой диаграммы необходимы следующие
данные:
фазный ток холостого хода /о при номинальном напряжении и
номинальной частоте; разность между потерями холостого хода и
механическими потерями Pq—Рю', фазный ток короткого замыка-
ния // при пониженной частоте f (около 5 Гц), пересчитанный по
формуле
(8.23)
где /'i.b —фазный ток короткого замыкания при пониженной час-
тоте, равный номинальному, A; б/— линейное напряжение при
опыте, В; f—номинальная частота, Гц; потери короткого замыка-
ния Рл при пониженной частоте, пересчитанные по формуле
(W,.)*- <8М>
где P'i.h— потери короткого замыкания, кВт, соответствующие
току 7'ж.н, А; сопротивление фазы обмотки статора и, приведенное
к расчетной рабочей температуре.
Круговую диаграмму для электродвигателей
с глубоким или бутылочным пазом ротора, а так-
же с двойной клеткой ротора строят следующим обра-
зом (рис. 8.4).
Выбирают масштаб тока и определяют масштаб мощности по
формуле (8.18); находят точку холостого хода О по току /0 и поте-
рям Ро— Рип, через точку холостого хода О проводят линию Об,
параллельную оси абсцисс; из точки О проводят линию OD под
углом а к липин Об, при этом sine определяют по формуле (8.19);
140
строят точку короткого замыкания Kt по току /«' и потерям Р/
при пониженной частоте [масштаб мощности при пониженной час-
тоте равен масштабу мощности при номинальной частоте, умножен-
ному на (f/f) ], проводят луч OKi и поворачивают его по часовой
стрелке на угол щ—а, причем
tgai=tga-///' «/• 2/^/7%); (8.25)
через полученную точку Kt и через точку О проводят окружность
токов с центром С, лежащим на прямой OD;
Ряс. 8,4. Круговая диаграмма для асинхронного двигателя с глубоким или бу-
тылочным пазом ротора, а также с двойной клеткой короткозамкнутого ротора
из центра окружности С восставляют перпендикуляр к прямой
OD до пересечения в точке Ki с продолжением луча ОКг’, из точ-
ка D восставляют перпендикуляр DE к прямой OD, откладывают
на ней отрезок DA\
DA^CKif'/f-, (8.26)
Проводят прямую ОА, которая является линией полезной мощ-
ности;
проводят под углом у прямую ОВ[, которая является линией мо-
ментов, при этом
(8.27)
где Da —диаметр круговой диаграммы (отрезок OD), А;
проводят из точки О; радиусом 100 мм окружность для опреде-
ления коэффициента мощности;
шкалу скольжения строят следующим образом: проводит радиус
СВ; вдоль прямой ОБ откладывают от точки В отрезок I (см)
/=(В1Л1/ОВ1) 100; (8.28)
141
затем через конец отрезка I проводят шкалу скольжения перпенди-
кулярно радиусу СВ; на шкале скольжения от линии ОБ отклады-
вают деления скольжения (%), считая I см — 1% s.
Для нахождения на круговой диаграмме точки £, соответствую-
щей номинальной мощности и номинальному моменту, отклады-
вают на круговой диаграмме номинальный ыомент двигателя Мв от
прямой ОВ перпендикулярно линии OD. Величина номинального
момента определяется по формуле (8.22).
Для определения коэффициента мощности проводят линию
Oi£ и продлевают ее до пересечения с окружностью, служащей
для определения коэффициента мощности. Отрезок Р/?/100 опре-
деляет коэффициент мощности прн номинальной мощности двига-
теля.
Для определения скольжения при номинальной мощности дви-
гателя проводят линию BL. Точка пересечения линии BL со шкалой
скольжения определяет скольжение при номинальной мощности
двигателя.
КПД определяют по отдельным потерям. Потери Р*\ и P*i рас-
считывают по значениям тока я скольжения, полученным из кру-
говой диаграммы для номинальной мощности. Потребляемая мощ-
ность определяется отрезком LN.
М, ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО И МИНИМАЛЬНОГО
ВРАЩАЮЩИХ МОМЕНТОВ
Определение максимального вращающего момента. Максималь-
ный вращающий момент—один из основных показателей асинхрон-
ной машины, так как только кратность максимального вращающе-
го момента и превышение температуры частей электродвигателя
ограничивают возможности повышения мощности двигателя в дан-
ном габарите. Поэтому определять величину максимального вра-
щающего момента следует с достаточно высокой точностью.
Максимальный вращающий момент находят следующими спо-
собами: определением кривой вращающего момента при пуске; не-
посредственным измерением вращающего момента при нагрузке
электродвигателя; вычислением вращающего момента по мощно-
сти на валу и частоте вращения при нагрузке электродвигателя
(при этом мощность на валу находят при помощи тарированной на-
грузочной машины или методом отдельных потерь) и по круговой
диаграмме, построенной по результатам опытов холостого хода и ко-
роткого замыкания.
При определении максимального вращающего момента находят
соответствующее этому моменту скольжение (допускается примене-
ние тахометра),
Определение кривой вращающего момента при пуске. Этот спо-
соб используется обычно для нахождения максимального момен-
та электродвигателей большой мощности, когда осуществить на-
142
грузку испытуемого двигателя с помощью нагрузочной машины не
представляется возможным. Для определении кривой вращающего
момента испытуемый двигатель пускают вхолостую, а процесс
пуска записывается с помощью осциллографа нли какого-либо са-
мописца. Основная трудность проведения этого опыта — кратко-
временность периода пуска электродвигателей. Для удлинения пе-
риода пуска увеличивают момент инерции испытуемого двигателя,
соединяя его с другой электрической машиной, ротор которой слу-
жит добавочной маховой массой, нли с тяжелым маховиком; нли
за счет понижения подводимого к испытуемому двигателю напря-
жения, во ие менее 0,5 от номинального.
Обычно фиксируется угловое ускорение, пропорциональное вра-
щающему моменту. При этом возникают следующие трудности.
Напряжение в процессе пуска не остается неизменным вследствие
изменения пускового тока в функции скольжения, поэтому полу-
ченные значения вращающего момента должны быть пересчитаны
на поминальное напряжение пропорционально квадрату напряже-
ния,
Кроме того, искажающее влияние на начальную часть процесса
пуска оказывают переходные процессы при включении, а на маши-
ны с подшипниками скольжения — еще и высокое значение ях на-
чального момента трения. Для устранения искажающих воздей-
ствий прибегают к предварительному вращению испытуемого
двигателя в противоположном направлении, затем, изменяя чередо-
вание фаз, реверсируют двигатель и записывают кривую вращаю-
щих моментов. Масштаб момента определяется по значению на-
чального пускового момента, получаемого из опыта короткого за-
мыкания. При записи кривой момента при реверсировании началь-
ный пусковой момент соответствует частоте вращения, равной
нулю.
Способ определения максимального вращающего момента не-
посредственным измерением вращающего момента при нагрузке.
Этот способ наиболее точен, хотя для машин большой мощности
трудно осуществим. В качестве нагрузки используют балансирную
машину или электромагнитный тормоз. Рекомендуется определять
максимальный момент при номинальном напряжении. Для электро-
двигателей мощностью свыше 100 кВт допускается определение
максимального момента при пониженном напряжении с последу-
ющим пересчетом пропорционально квадрату отношения напряже-
ний. Обычно из-за влияния насыщения показатель степени для пе-
ресчета вращающего момента превышает 2. Более точные резуль-
таты пересчета можно получить, определяя максимальный момент
прн нескольких значениях напряжения, и на основании этого най-
ти показатель степени зависимости вращающего момента от на-
пряжения.
Наиболее часто в качестве балансирной нагрузочной машины
используют генератор постоянного тока. Если генератор работает
143
с неизменными возбуждением и нагрузочным сопротивлением, то
зависимость момента от частоты вращения будет прямолинейной,
исходящей из начала координат, с угловым коэффициентом, про-
порциональным квадрату магнитного потока Ф. Такой вид нагру-
зочной характеристики позволяет определить точку, в которой вра-
щающий момент испытуемого двигателя имеет максимальную ве-
личину. Однако часто приходится снимать всю кривую Af=f(s),
включая ее неустойчивую часть, для оценки провалов в кривой мо-
ментов, вызванных влиянием синхронных и асинхронных момен-
тов от высших гармоник. В этом случае вид нагрузочных кривых
должен быть иным, чтобы обеспечить устойчивые точки пересече-
ния с кривой момента испытуемого двигателя. Этого можно до-
биться, например, изменяя возбуждение генератора при работе его
на общую сеть постоянного тока.
Вычисление максимального вращающего момента по мощности
на валу и частоте вращения при нагрузке электродвигателя. Ис-
пытываемый асинхронный двигатель механически соединяют с ге-
нератором постоянного тока с независимым возбуждением, рабо-
тающим на сеть с регулируемым напряжением, Изменение нагруз-
ки двигателя производят регулированием напряжения сети, на ко-
торую работает нагрузочный генератор, Отсчеты производят при
установившихся показаниях приборов, Предварительно снимают
две характеристики машины постоянного тока: холостого хода при
постоянной частоте вращения в генераторном режиме и зависимость
тока холостого хода от частоты вращения 70=/(л) при постоянном
значении тока возбуждения (это значение тока возбуждения оста-
ется неизменным при определении максимального вращающегося
момента) в двигательном режиме без испытываемого двига-
теля
Для определения искомой кривой зависимости вращающих мо-
ментов асинхронного двигателя от частоты вращения при испыта-
нии измеряют ток якоря генератора постоянного тока /я и часто-
ту вращения испытываемого двигателя п (об/мин).
Величину вращающего момента (Н м) находят
Л7==9,55£,0(/1+/0)/л, (8.29)
где £о — ЭДС холостого хода, В.
По полученной кривой М =f (л) определяют максимальный вра-
щающий момент.
Определение максимального вращающего момента по круго-
вой диаграмме. Для этого следует при построении круговой диаг-
раммы учесть насыщение путей потоков рассеяния в режимах, со-
ответствующих максимальному моменту.
Для асинхронных двигателей с фазным или с короткозамкну-
тым ротором с простой клеткой круговая диаграмма строится с
учетом насыщения следующим образом (см. рис. 8.3).
144
Строят точку короткого замыкания Ki по току /ж] и потерям Pki
короткого замыкания,, полученным пересчетом по формулам
(8.30)
Рл-РЦМУ, (8.31)
где It" — фазный ток короткого замыкания, равный (2,5...4)-крат-
ному номинальному току, А; Р/' — потери короткого замыкания,
кВт, при токе короткого замыкания А; (Л"~ линейное напря-
жение короткого замыкания, В, при токе //', А.
Через точки О и К, проводят окружность с центром, лежащим
на прямой OD. Для построения линии моментов проводят парал-
лельно линии ОВ касательную к окружности OS/Cf; из точки О ра-
диусом OS делают засечку на окружности ОМ К в точке М\ из точ-
ки М опускают перпендикуляр на линию OG до пересечения с ли-
нией ОВ в точке Q, из точки Q проводят линию QT параллельно
линии OD (диаметру); проводят линию ST перпендикулярно линии
OG, Пересечение линий QT и ST определит искомую точку Т\ пря-
мая ОТ предстааляет собой линию моментов для окружности OSK\<
Отрезок ST (в масштабе мощности) даст значение максимального
вращающего момента,
Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с
глубоким или бутылочным пазом или с двойной клеткой в роторе
круговую диаграмму строят с учетом насыщения путей потоков
рассеяния следующим образом (см. рис. 8,4). Строят точку корот-
кого замыкания Кэ по току /«з и потерям Ржз короткого замыкания
при номинальной частоте, полученных пересчетом по формулам
(8.15) и (8.16).
Через точки О и Ki проводят окружность токов с центром, ле-
жащим на прямой OD. Эта окружность построена с учетом вы-
теснения тока в клетке ротора при пуске, но без учета насыщения
путей потоков рассеяния, поскольку ток и потеря короткого замы-
кания /хз и Ркэ получены пересчетом с пониженного напряжения
(/г.н, при котором ток короткого замыкания примерно равен номи-
нальному.
Теперь построим окружность токов с учетом явлений насыще-
ния путей потоков рассеяния при токах, соответствующих макси-
мальному вращающему моменту я с учетом вытеснения тока при
пуске. Для этого определяем точку короткого замыкания Kt по
току и потерям Рм короткого замыкания при номинальной час-
тоте, полученным пересчетом по формулам (8,30) и (8.31).
Через точки О и проводят окружность токов с центром, ле-
жащим на прямой OD,
Разница в величине диаметров ODj и OD2 получена вследствие
влияния явления насыщения путей потоков рассеяния при токах,
соответствующих максимальному вращающему моменту, которые
обычно в 2,5 ...4 раза превышают номинальный ток, Диаметр ок-
145
ружности OD получен без учета явления насыщения и вытеснения
тока. Если сделать довольно близкое к истине предположение, что
явление насыщения путей потоков рассеяния одинаково проявля-
ется прн частотах сети 5 и 50 Га , то диаметр ODt искомой окруж-
ности токов OSD3, служащей для определения максимального мо-
мента, можно-определить
OD3=OD-ODJODi. (8.32)
Линию моментов для окружности OSD3 можно построить, как бы-
ло показано ранее. Отрезок ST в масштабе мощности дает значение
максимального вращающего момента.
Определение минимального вращающего момента. Достаточно
точное определение величины минимального вращающего момен-
та асинхронного двигателя имеет важное значение, так как сниже-
ние его ниже допустимого по стандарту значения может привести
к сзастреваник» электродвигателя на малой частоте вращения при
пуске под нагрузкой. Такой режим работы близок к режиму ко-
роткого замыкания и является аварийным.
Минимальный вращающий момент определяют одним из сле-
дующих способов: из кривой вращающего момента, снятой с по-
мощью регистрирующего прибора в процессе пуска; при непосред-
ственной нагрузке балансирной машиной или генератором постоян-
ного тока с независимым возбуждением, работающим на сеть с
регулируемым напряжением (при нагрузке с помощью генератора
постоянного тока вращающий момент определяют непосредственно
или с помощью тарированного генератора) и при непосредствен-
ной нагрузке тарированной асинхронной машиной, работающей в
режиме противовключения и включенной в сеть с регулируемым
напряжением.
Первые два способа рассмотрены в § 8.4 и дополнительных пояс-
нений не требуют. Третий способ основан на том, что вращающий
момент нагрузочной асинхронной машины, работающей в режиме
противовключения, остается практически постоянным в диапазо-
не скольжений от единицы до скольжения, соответствующего ми-
нимальному вращающему моменту, и зависит только от величины
напряжения, подводимого к нагрузочной машине. Для избежания
провалов в кривой M=f(n) нагрузочной асинхронной машины в
режиме электромагнитного тормоза рекомендуется в этой машине
увеличить воздушный зазор между статором и ротором путем до-
полнительной обработки ротора по наружному диаметру, в цепь фаз-
ного ротора следует включить дополнительные активные сопротив
ления, а в цепь статора—дополнительно индуктивные сопротивле-
ния. Испытания проводят по схеме, приведенной на рис. 8.5, следую-
щим образом.
Нагрузочная асинхронная машина 3 работает в режиме проти-
вовключения, т. е. магнитное поле ее вращается в сторону, проти-
воположную вращению ротора, что создает соответствующий тор-
146
мозной момент для испытываемого двигателя /. Тормозной момент
регулируют подводимым к нагрузочной машине напряжением при
помощи источника 2 регулируемого напряжения. Нагрузочную
асинхронную машину следует заранее протарироватъ, т. е. опреде-
лить зависимость вращающего момента на валу от подводимого к
машине напряжения при работе ее в режиме электромагнитного тор-
моза, При этом необходимо убедиться в отсутствии значительных
колебаний величины тормозного момента нагрузочной машины при
фиксированном напряжении в
двапазоне скольжения от 1 до 2.
Одну и ту же протэрированную
нагрузочную асинхронную маши-
ну вследствие постоянства момен-
та при заданном напряжении
можно использовать для испыта-
ния асинхронных двигателей с
разными номинальными частота- рис 55 схема для определения ни-
ми вращения. нимальвого вращающего момента
Для определения минималь-
ного вращающего момента на нагрузочную машину подают пони-
женное напряжение, соответствующее определенному значению
тормозного вращающего момента. Одновременно с нагрузочной ма-
шиной включают на номинальное напряжение испытываемый дви-
гатель /, Если минимальный вращающий момент испытываемого
двигателя меньше тормозного вращающего момента нагрузочной
машины, то агрегат задержится на промежуточной частоте враще-
ния, а если минимальный вращающий момент испытываемого дви-
гателя выше тормозного, то агрегат достигает полной частоту вра-
щения испытываемого двигателя,
Пуски испытываемого двигателя производят несколько раз при
разных тормозных моментах на валу, значения которых регу-
лируются подводимым к нагрузочной машине напряжением. При
испытании следует определять наибольшее значение тормозного мо-
мента, прн котором агрегат достигает полной частоты вращения
испытываемого двигателя. Это значение принимают равным най-
денному значению минимального вращнющего момента в процессе
пуска испытываемого двигателя.
•Л. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СООТВЕТСТВИЯ НОМИНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ДВИГАТЕЛЕЙ ТРЕБОВАНИЯМ СТАНДАРТОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ПРИЕМО-СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Исходные положения, Номинальными показателями асинхрон-
ных двигателей, значения которых установлены в стандартах или
технических условиях, являются: КПД t|, коэффициент мощности
cos ф, максимальный момент М*, а для двигателей с короткозамк-
нутым ротором, кроме того, начальный пусковой момент Мп и на-
U7
чвльный пусковой ток In. Эти показатели определяют по резуль-
татам приемочных, типовых, периодических или квалификацион-
ных испытаний (см. § 8.1). Однако таким испытаниям подвергают
лишь незначительное количество электродвигателей (два-три дви-
гателя каждого типоразмера). Все-же двигатели, выпускаемые за-
водом, проходят приемо-сдаточные испытания, в результате кото-
рых номинальные показатели в явном виде ие получают. Вместе
с тем ГОСТ 183 устанавливает допуска на номинальные показа-
тели, поэтому, определив по результатам приемо-сдаточных ис-
пытаний значения токов и потерь холостого хода и короткого за-
мыкания, необходимо вынести для каждого испытанного двигателя
суждение о соответствии его номинальных показателей требова-
ниям стандарта с учетом допусков на эти показатели.
Это в принципе возможно, так как существуют функциональ-
ные зависимости между номинальными показателями двигателей
и параметрами приемо-сдаточных испытаний; определим эти за-
висимости.
Обозначим параметры приемо-сдаточных испытаний (ПСИ) сле-
дующим образом: ток и потери холостого хода при номинальном
напряжении—/о, Го; ток и потери короткого замыкания при напря-
жении короткого замыкания (см. § 8.3) — /к, Рк. Данные опы-
тов холостого хода и короткого замыкания используются для пост-
роения круговой диаграммы, по которой определяются номиналь-
ные показатели. Функциональная связь между номинальными пока-
зателями и результатами приемо-сдаточных испытаний может быть
выражена лишь приближенно (с той точностью, с какой строится
круговая диаграмма). Это связано с тем, что круговую диаграмму
искажают следующие факторы: вытеснение тока в клетке ротора
при пуске; насыщение путей потоков рассеяния при токах, соот-
ветствующих вращающему моменту и пуску электродвигателя;
нелинейность характеристики намагничивания стали, вследствие
чего в электродвигателях с насыщенными путями главного магнит-
ного потока конец вектора тока холостого хода не находвтся на
круговой диаграмме, построенной по рабочим точкам.
Приближенное определение рассматриваемых соотношений
вполне приемлемо, если необходимо определить допустимые преде-
лы для параметров ПСИ по заданным допустимым значениям но-
минальных показателей.
Рассмотрим, в какой связи находятся номинальные показатели
с параметрами ПСИ.
Начальный пусковой ток /а может быть получен по измеренно-
му току короткого замыкания 1Л с учетом изменения насыщения
путей потоков рассеяния.
Начальный пусковой момент Afa определяется в основном поте-
рями Рк и током I» (влиянием изменения потерь холостого хода Ро
и сопротивления обмотки статора г\ на начальный пусковой мо-
мент Л1П можно пренебречь).
148
КПД электродвигателя является функцией потерь, которые оп-
ределяются в основном потерями холостого хода Ро и короткого за-
мыкания Рц.
Коэффициент мощности cos ф и максимальный момент есть
функции всех параметров ПСИ /о, /«, Ро, Рк. Однако без особых до-
казательств ясно, что роль Ро ничтожно мала. Для решеяня зада-
чи на плоскости, а не в трехмерном пространстве можно принять
cos ф<=const. Тогда Ри изменяется пропорционально /ж. Такое до-
пущение, как показывает опыт, близко к действительности и мало
влияет на точность полученных результатов.
Рис. 8.6. Круговая диаграмма асинхронного двигателя
без учета явления насыщения и вытеснения тока
Таким образом, анализ зависимостей между номинальными по-
казателями в параметрами приемо-сдаточных испытаний покаэы-
г зет, что
4=/(/r); Л!0=(р(/к,Рг); ti=F(P0,Pk);
COS ер И Ми ян Ф (/о, /„).
Это позволяет наметить такое решение поставленной задачи: в ко-
ордвпатах 7о—7К; Р$—Р*\ 1к—Ръ построить допустимые области (зо-
чы), границы которых определяются допустимыми значениями но-
минальных показателей электродвигателей.
Определение допустимой зоны для токов холостого хода и ко-
роткого эамыкання. Границы зоны /о—7И определяются наименьши-
ми допустимыми значениями costp и Мм и наибольшим допустимым
значением /п.
Для нахождения функциональных связей созф=Ф(/о. /г); Ммя
“©(/о, /к) рассмотрим круговую диаграмму (рис. 8.6) для рабо-
чего режима двигателя (без учета явлений, искажающих крута-
»ую диаграмму). Для удобства поверием систему координат на
’/гол 2? против часовой стрелки. Тогда круговая диаграмма в но-
вой системе координат будет иметь вид, приведенный на рнс. 8.7.
На круговой диаграмме току холостого хода 70 соответствует
«трезок OF, току короткого замыкания 1п—0В, номинальному то-
149
ку h — OA, расстоянию от начала координат до центра круговой
диаграммы С—ОС, радиусу круговой диаграммы R—FC. Все пе-
речисленные величины выражены в масштабе тока, поэтому удобно
для определения соотношений между величиной максимального мо-
мента и радиусом круговой диаграммы условно выразить макси-
мальный момент Мм, соответствующий отрезку KF, также в масшта-
бе тока; а —угол наклона линии моментов.
Ряс. 8.7, Круговая диаграмма асинхронного двигателя в поверну-
той на угол 2у системе координат
Известно, что
(8.33)
где и — сопротивление обмотки статора; хк— индуктивное сопро-
тивление короткого замыкания, определяемое по формуле
хх=У/2/?, (8.34)
где U — фазовое напряжение; Я —радиус круговой диаграммы, А.
Из круговой диаграммы (рис. 8.7) с учетом (8.33) и (8.34) не-
трудно получить соотношение между максимальным моментом Мк
(отрезок KF) и радиусом /? (отрезок FC):
(8.35)
Для удобства записи обозначим:
/„ cos д; л cos <р'=/д; (8.36)
/nsin<p;=/nP; /, sin <?’=/#. (8.37)
Примем /o=OF«0'f.
Найдем /0 = ф(С, Я):
/0 = С-Я- (8.38
Пренебрегая величиной Ро по сравнению с h и /иа, можно уста-
новить приближенную связь /В=/(Я, С):
/п=С sin +/Д2 - С3 cos2 (8.39)
1Б0
Составим уравнение геометрического места точек, равноудален*
вых от точек Ап В:
/(х- /Л)2+(у-/х)’=У (л - /вЛ)’+(У - /ял)’. (8.40)
преобразуя которое получим
/’-/?-2(/яЛ~/я)л-2(/оЛ-/а}1/=0. (8.41)
При у=0 найдем абсциссу центра окружности круговой диаграм-
мы хс=С:
С=0,5(4-/?)/(/пЯ-/Л). (8.42)
Определим:
/?=/(/,. С); (8.43)
AC^fO'C-fW+AG3. (8.44)
Считая AGf&AH—h, получим
/^(С-ЛМЛ. (8.45)
Полученные зависимости позволяют определить границы эо-
ны /о — /« по допустимым значениям /п,
cos 5 и М*.
Определим вначале эти границы по
упрощенной круговой диаграмме (без
учета искажающих круговую диаграмму
явлений).
Граница по максимально допустимо-
му пусковому току /п.д определяется по
следующей формуле:
/к.х—(8.46) г
где /к.д — максимально допустимый ток
короткого замыкания; 1}я — номинальное Рас, 8.8. Допустимая эоаа
линейное напряжение двигателя; Г/к — изменения/а—/
напряжение короткого замыкания, при
котором измеряют ток 2*.
По найденному значению тока короткого замыкания /к,в в ко-
ординатах 70—/в можно провести границу зоны /о—/к по максималь-
но допустимому пусковому току (линия ED на рис. 8.8). Далее бу-
дет показано, как учесть влияние насыщения на величину /ад-
Определим границу зоны по максимально допустимому значе-
нию коэффициента мощности cos<pB. Это значение определяется
Допуском на коэффициент мощности по ГОСТ 183—74. Определим
максимально допустимый рабочий ток /щ при cos фД и номиналь-
ном КПД.
/1и = Р/(3(/т)|ГС05?д).
(8.47)
151
Границу в зоне /о—Л по созфд можно определить, если найти
соотношения между Zo и Z», прн которых Л=/1М и со5ф=совфд.
Для этого следует задаться рядом значений тока /к и найти соот-
ветствующие значения 10, пользуясь формулами (8.38), (8.42) н
(8.45).
Зададимся 7К=Л.Д. Расстояние Ct до центра окружности кру-
говой диаграммы, проходящей через концы векторов /п.я и /|Ж, оп-
ределяется нз (8,42) при /п=/пд; Л=ЛМ’» ф'=фд
С1—О15(/2а-/?м)/(/пд81п <— /mSin<p'). (8.48)
По формуле (8.45) —радиус /?j окружности
(С,-/1И sin qO’-Hi^cosV- (8.49
По (8.38) .вычисляют ток холостого хода /01, соответствующий /к.д:
(8.50)
Найденная точка с координатами (Лд, Л») является точкой пе-
ресечения границ воны /о—Л по /п.д и по cos фд (точка А на
рис. 8.8).
Ряс. 8.9. К определению соотношений между /0 в /„ исходя
ИЗ COS Фд
Для получения других точек границы по cos фД можно задаться
рядом значений /к (меньших Л д) и определить соответствующие
значения /0 для круговых диаграмм, проходящих через конец век-
тора тока Ли (рис, 8.9). Однако уменьшать значения ZK для ок-
ружностей, проходящих через точку Л, можно лишь до определен-
ного предела, который ставит наименьшая допустимая величина
максимального момента.
Определим эту крайнюю точку границы по созфИ1 являющуюся
также точкой пересечения границ по созфд и Л1мн. Так как иско-
мая точка находится на границе по Л4м.д, то по (8.35) находят ми-
нимально допустимый радиус /?мин круговой диаграммы данного
152
влектродвигателя при наименьшей допустимой величине МАмл мак-
симального момента, условно выраженного в масштабе тока.
Расстояние С2 до центра окружности круговой диаграммы,
имеющей радиус и проходящей через точки А и В2 (рис. 8.9),
определяют из (8.45). Используя (8.38) и (8.39), находят соот-
ветствующие значения 7м и 1ю, координаты которых определяют
точку пересечения границ по cosq>n и Мк.д в зоне /о—/к (точка В
на рис. 8.8).
Таким образом, определены две точки искомой границы по
cos фд.
Из формул (8.38), (8.39), (8.42) и (8.45) следует, что граница
по cos фд нелинейна, поэтому необходимо найти по крайней мере
еще одну точку искомой границы. Для этого следует задаться зна-
чением /из (7кг</>!з</к.д) и, используя формулы (8.48), (8.49) к
(8.50), с заменой индекса «1> на сЗ> при С, R и 70 найти 7Яз.
По трем найденным точкам с достаточной для практики точ-
ностью в координатах /о—7» может быть построена граница по
созфд (линия АВ на рис. 8.8).
ГОСТ 183—74 позволяет иметь значения cos ф на 0,02 ниже до-
пустимого созфд, если
(cos ?д—0,02)7] > cos? д-%. (8.51)
Учитывая это, установим дополнительную границу в зоне /о—
—ПО (COS фд—0,02) =COS ф’д.д.
Определим максимально допустимый рабочий ток при мини-
мально допустимых cos ф и КПД:
/in=P/&U cos <p*V (8.52)
Теперь легко найти соотношения между /о и 1К, при которых 7| =
=/'1м и cos ф= (cos фд—0,02). Для этого следует задаться рядом зна-
чений тока /к и найти соответствующие значения 70, пользуясь фор-
мулами (8.48) ... (8.50) при cos ф,=cos ф/д,д. Расчеты допус-
тимых зон показали, что границы по (cosфд—0,02) и по созфд прак-
тически эквидистантны. Поэтому расчет границы воны по (cos ф—
—0,02) можно упростить, рассчитав только одну точку искомой
границы, через которую затем провести кривую эквидистантную гра-
нице по созфд. Расчет удобно производить для значения /к=/я.д.
Искомое значение соответствующего тока холостого хода 7'oi оп-
ределяют аналогично тому, как это осуществлялось при нахожде-
нии /0|.
Определим границу по Мм.д. Так как наименьшему допустимо-
му максимальному моменту электродвигателя соответствует оп-
ределенный диаметр (радиус /?MHK) круговой диаграммы, то можно
определить соотношения между /0 и 7Н, при которых радиус круго-
вой диаграммы будет Rum. Одна точка границы по М*.д определена
(точка пересечения границ по cosфд и Л4М.Д с координатами /ог, 7Ю).
153
Для определения второй точки зададимся значением /<>— ОШи
(об определении 1от см. дальше).
Пользуясь (8.38), найдем
Смм=^мм«4“Л)ммв» (8.53)
а по (8.39) — соответствующее значение 1клт
Л.ИИ^1/^«=СК1181П ?<+]//&»—См,«cos2(8.54)
Расчеты показывают, что на интересующем участке граница по
Мм.д практически не отличается от лииейной. Поэтому для облегче-
ния расчетов можно не определять третью точку границы по Ми.д,
а провести границу по МИ1Д через две точки с координатами Ли,
1Х2, 4шш, Л,имя. При желании рассчитать третью точку можно за-
даться значением /ю (/о2>Лй>/омм) и найти соответствующее зна-
чение 7жз по формулам, аналогичным (8.38) и (8.39).
Таким образом, в системе координат (/п—/н) может быть по-
строена допустимая зона (рис. 8.8), ограниченная с трех сторон:
минимального и максимального токов короткого замыкания, мак-
симального тока холостого хода. Минимально допустимый ток хо-
лостого тока определяется двумя параметрами: минимально допус-
тимым воздушным зазором и величиной МДС, приходящейся на
ферромагнитные участки магнитной цепи. Допуск на среднюю ве-
личину воздушного зазора стандартами не устанавливают, а оп-
ределяют конструктивными н технологическими допусками. Обыч-
но он составляет —10%. Величина минимальной МДС, приходя-
щейся на ферромагнитные участки, естественно, не ограничена. По-
этому зона /о—/к с четвертой с’гороны (по величине 7ога) может
быть ограничена лишь условно.
Примем, что МДС на ферромагнитные участки может быть мень-
ше расчетной на 30%. Тогда величина минимально допустимого
тока холостого хода может быть определена следующим образом.
Разложим ток холостого хода на две составляющие:
от МДС, приходящейся на воздушный зазор, folk» (где Ац —
коэффициент насыщения, равный отношению суммарной МДС к
МДС воздушного зазора) и от МДС, приходвщейся на ферромаг-
нитные участки, Zo(t—1/М-
Тогдв
7омИ=0,9№4-0,7/0(1 - 1/Аи)=/о(О,7+О,2/^). (8.55)
Величины 4 и в (8.55) могут быть взяты из расчета электро-
двигателя.
Так определяется граница зоны /о—/« по минимальному току
холостого хода. Однако следует иметь в виду, что указанная гра-
ница не гарантирует минимальный воздушный зазор, так как по-
ложение границы зависит не только от величины воздушного эа-
154
вора. Поэтому границу по минимальному току холостого хода (ли-
ния CD на рис. 8.8) следует рассматривать как условную.
Определение допустимой зоны для токов с учетом вытеснения
тока и насыщения. Приведенные формулы для расчета границ до-
пустимой зоны /0—/к выведены без учета явлений, искажающих
круговую диаграмму. Учесть влияние вытеснения тока в клетке ро-
тора, насыщения путей потоков рассеяния при пуске электродвига-
теля и насыщения пути главного магнитного потока на изменение
круговой диаграммы для каждого испытанного электродвигателя
не представляется возможным, можно лишь определить соответ-
ствующие коэффициенты для каждого типоразмера двигателя. Без
существенной погрешности можно принять эти коэффициенты по-
стоянными для двигателей данного типоразмера.
Вытеснение тока в клетке ротора. Из-за вытеснения тока меня-
ются величина и направление вектора тока короткого замыкания.
Изменение величины и направления вектора тока короткого за-
мыкания оценивается соответственно следующими показателями:
(8.56)
cos ъ,=cos (8.57)
где гк, 2К — соответственно активное и полное сопротивления ко-
роткого замыкания без учета вытеснения тока в клетке ротора
и явления насыщения путей потоков рассеяния при пуске; ги.в,
2к.1 — соответственно активное, и полное сопротивления короткого
замыкания с учетом вытеснения тока в клетке ротора, ио без учета
насыщения; kt — коэффициент изменения величины тока коротко-
го замыкания из-за вытеснения тока в клетке ротора; cos фк1 —ко-
эффициент мощности короткого замыкания с учетом вытеснения
тока в клетке ротора и без учета насыщения (по расчетным дан-
ным).
Поскольку вытеснение тока в клетке ротора при пуске (при не-
изменной частоте сети) зависит в основном от размеров пазов ро-
тора и удельного сопротивления материала клетки ротора, кото-
рые при налаженном производстве меняются незначительно, а так-
же из-за отсутствия возможности учесть степень вытеснения тока
для каждого испытанного двигателя, принимают коэффициенты
ka и cos ф| постоянными для электродвигателей данного типораз-
мера.
Насыщение путей потоков рассеяния при пуске электродвигате-
ля. Возьмем из опыта короткого замыкания каждого электродвига-
теля значение тока /Пд при номинальном напряжении и значение
тока /и.п при напряжении короткого замыкания рассчитаем
ток короткого замыкания прн номинальном напряжении Ua без
учета насыщения путей потоков рассеяния при пуске
l‘^=IMUJUv (8.58)
155
Изменение тока короткого замыкания из-за насыщения определя-
ется коэффициентом насыщения, который для каждого электродви-
гателя
й1=/од//;.п. (8.59)
Коэффициент насыщения для электродвигателей данкого ти-
поразмера определим как среднеарифметическое найденных коэф-
фициентов kt. Опыт показывает, что величина kT мало изменяет-
ся от случайных производственных отклонений. Поэтому величину
kt, определенную по результатам испытаний нескольких электро-
двигателей, можво считать постоянной для данного типоразмера.
При токе, соответствующем максимальному вращающему мо-
менту, насыщение путей потоков рассенния будет иным, чем при
пусковом токе. Учесть влияние насыщения путей потоков рассея-
ния на величину максимального момента Л4И можно следующим
образом, Из опытов короткого замыкания нескольких электродви-
гателей данного типоразмера следует взять значения тока и
cos фиг при напряжении короткого замыкания Un (напряжение U^z
выбирается таким, чтобы ток короткого замыкания при нем был
примерно в 2,5... 4 раза больше номинального; такой ток соответ-
ствует максимальному моменту). Отношение максимальных момен-
тов пропорционально отношению индуктивных сопротивлений ко-
роткого замыкания, поэтому поправочный коэффициент для учета
влияния насыщения иа величину Мм
AM=xt/xr2=£/E/w2sin <рк2). (8.60)
Коэффициент kv для электродвигателей данного типоразмера
определяем как среднеарифметическое найденных коэффициентов.
Коэффициент Лм, определенный по результатам испытаний не-
скольких электродвигателей, можно принять, как и коэффициент kt,
постоянным для данного типоразмера электродвигателей.
Насыщение пути главного магнитного потока. Для электродви-
гателей с насыщенным путем главного магнитного потока ток хо-
лостого хода, определенный по круговой диаграмме, будет мень-
ше тока холостого ходв, полученного опытным путем.
Проще всего учесть это явление можно по данным типовых ис-
пытаний одного ила нескольких электродвигателей данного типо-
размера коэффициентом k, учитывающим насыщение пути основ-
ного магнитного потока
(8.61)
где /оп — ток холостого ходв при номинальном напряжении (из опы-
та холостого хода данного электродвигателя); гОп —ток холосто-
го хода того же электродаигателя, но полученный из круговой
диаграммы, построенной по рабочему току и току короткого за-
мыкания без учета вытеснения тока и насыщения путей потоков
рассеяния.
156
Для определения тока /'оп без графических построений можно
воспользоваться формулами (8.42), (8.45) и (8.38) при /и=/плйв и
/i=/in, где Лп — номинальный рабочий ток испытанного электро
двигателя; cos <pj — коэффициент мощности испытанного электро-
двигателя при номинальной нагрузке
<?;=<Т1+<2у. (8.62)
Коэффициент k для электродвигателей каждого типоразмера
можно принять постоянным.
Таким образом могут быть определены поправочные коэффи-
циенты, учитывающие явления, искажающие круговую диаграмму.
Введем эти коэффициенты в ранее выведенные (по упрощенной
круговой диаграмме) формулы для границ допустимой зоны /0—Лс.
В формулу (8.46), по которой определяется граница по допус-
тимому пусковому току, должен быть введен коэффициент, учиты-
вающий явление насыщения путей потоков рассеяния при пуске.
В этом случае максимально допустимый ток короткого замыкания
/«“/.„Wr (8.63)
Величина расстояния Ci до центра окружности круговой днаг-
граммы, проходящей через концы векторов 7к.д и /]м, определяется
из (8,42) при Уп=/п.дАв/йт; Л=/1М; ф'к=фК1+2у, т. е. с учетом влия-
ния вытеснения тока и насыщения путей магнитного потока.
Величина тока холостого хода в этом случае
/0l=*(Cj-/?,). (8.64)
Минимально допустимый радиус круговой диаграммы опреде-
ляется для рабочего круга, т. е. для режима работы электродви-
гателя, при котором не наступает насыщения путей потоков рас-
сеяния, поэтому величина Мм=М*м.д, входящая в (8,35), должна
определяться без учета насыщения
Afi.*=Afll.,rtc/(0,955AM3t/). (8.65)
При вычислении второй точки границы следует учесть влияние
насыщения пути главного магнитного потока
Лп = ^(Ог — ЯМЙ1). (8.66)
При нахождении 1^ следует учесть влияние вытеснения тока:
/ JU х=Cj sin фк —|— — Сз (cos фк)2. (8.67)
Для расчета третьей точки границы по cos фД расстояние Са до
центра окружности круговой диаграммы определяется из (8.42) при
= ф'« = Фк+2у; затем находят /?з и /м-
Аналогично преобразуются формулы для определения точки с
координатами /н.д и j'oi с учетом влияния вытеснения тока и на-
сыщения путей магнитного потока при /ц=ЛыЛДт;
157
Формулы (8.53) и (8.54) преобразуют к виду
Сив,=/?мик4-(8.68)
/<1МН,(/л/?в/^/к = Скии ®1П ?к4~ 1/"/?мин “Смяв COS (8.69)
Определение допустимой эоны для потерь холостого хода и ко-
роткого замыкания.
Определим зависимость между КПД двигателя и параметрами
Ра и Рк.
Потери асинхронного двигателя складываются из следующих
частей:
Pi = Рт+Ре + РМ + +Р» (8.70)
где Рг — сумма потерь; Рж — механические потери; Рс — потери в
стали; Рщ — потери в обмотке статора; Рм2 — потери в обмотке ро-
тора; Рд —добавочные потери при нагрузке.
Потери холостого хода
Ро=Р*ы+Р' + Р^ (8.71)
где Рм—потери в обмотке статора от тока холостого хода при но-
минальном напряжении.
Потери короткого замыкания Рк при напряжении короткого за-
мыкания ик
Рк=P^tMi "t* Ркм1> (8.72)
где Ри.и1 — потери в обмотке статора при опыте короткого замыка-
ния для напряжения Ук; Рк.мг — потери в обмотке ротора при опы-
те короткого замыкания для напряжения UK.
Потери в обмотке статора при опыте короткого замыкания
(8.73)
где Л —ток короткого замыкания при напряжении UK‘, Пн —сопро-
тивление фазы обмотки статора при температуре опыта короткого
замыкания.
Потери в обмотке ротора при опыте короткого замыкания
^.й=3/;1г^Р, (8.74)
где /*2К—приведенный ток короткого замыкания в роторе для на-
пряжения на статоре UK‘, — приведенное сопротивление ротора
в режиме короткого замыкания; kv — коэффициент, учитывающий
влияние вытеснения тока в роторе.
Разобьем суммарные потери электродвигателя при номинальной
мощности на две части:
Р1=РЛ+Р„ (8.75)
158
где
/>.=Рм«+Ре; (8.76)
/>Wd+/’r (8.77)
Зона Рц—Р* должна быть построена на основании минимально
допустимого КПД, т. е. по полученным в результате приемо-сда-
точных испытаний параметрам Ро в Рк необходимо судить о пол-
ных потерях двигателя при номинальной мощности, Для этого оп-
ределим зависимости Pt>=f (Ра) и Рк=ф(/’а):
Ря=Р0-Рма. (8,78)
Для нахождения зависимости /\=ф(Рв) проанализируем фор-
мулы для Рк и Pt. Потери Рк и Р» можно рассматривать как функ-
цию параметров л, г2" и хк.
Анализ рассеяния значений гь г2" и хг, полученных по результа-
там приемо-сдаточных испытаний значительного количества асин-
хронных двигателей, показал, что параметр т2 изменяется значи-
тельно больше, чем параметры и и х«. Поэтому наибольшее влия-
ние на изменение Рк и Ря оказывает величина г2. Это позволяет
принять следующие допущения для определения искомой зависи-
мости Рк=ф(Рв):
rj=var; /-j=const; лж=const.
Напишем выражения для Рн и Рв с учетом принятых допуще-
ний:
Рх=Рк>М14-Р<<1(?^; (8.79)
P«=Pxt-|-PliiArt4-Px> (8.80)
где kn — коэффициент, учитывающий изменение сопротивления ро-
тора, зависящее от вариации качества материала и технологии.
Из (8.79) найдем и подставим в (8.80), в результате по-
лучим искомую зависимость Рв - (Рк):
Pt — Лц + Р» + Р*г (Рк — Ркм\ (8.81)
Определим сумму потерь при минимально допустимом КПД
Р1Д=Р(1/т|ж-1). (8.82)
Для того чтобы КПД двигателя находился в допустимых пре-
делах, необходимо
P,+ Pt<Pw (8.83)
По формулам (8.78), (8.81) и (8.83) нетрудно определить соот-
ношения между Рс и Рк, при которых КПД двигателя не выходит
за допустимый предел; эти соотношения определяем по формуле
Pj = РцО “ P*i ~P*~~ Pul(PB ~ Ркм\\'Ркм2‘ (8.84)
1S9
Величины Рцъ Ан, Рм, Рд, Р«м\, Рк*и в формуле (8.84) могут
быть взяты из результатов периодических испытаний какого-либо
электродвигателя данного типоразмера. Величину Р1Д рассчитыва-
ют по минимально допустимому КПД.
Для опоеделеиия границы зоны Ро—Рк по минимально допус-
тимому КПД (линия АВ на рис. 8.10) зададимся двумя произволь-
ными значениями Рк и по формуле (8.84) найдем соответствующие
значения Ро.
При расчете зоны Zo—Л< была опре-
делена граница (линия РЕ на рис. 8.8)
для значений коэффициента мощности,
меньших допустимого на 0,02; при этом
произведение КПД на коэффициент мощ-
ности должно быть больше или равно
произведению допустимых значений КПД
и коэффициента мощности.
Поэтому в системе координат Ро—Рк
необходимо построить дополнительную
границу для значения КПД, равного
(т]д+0,02), с тем чтобы контролировать
электродвигатели, у которых точки в зоне
/о—/к находятся между линиями АВ и
EF (рис. 8.8).
Определить эту границу можно сле-
дующим образом. Сумму потерь при КПД, равном (лд+0,02), оп-
ределяем по формуле
Ри=Р{[1/С'1«4-О,О2)]-1}. (8.85)
р.
Рис. 8.10. Допустимая зона
изменения Р<г~Рн
Границу зоны Рс—Рк по (т)д+0,02) определяем по формуле,
аналогичной (8.84):
Ро = Pi -Ь Art ~ All “ А“ Ай(А ~ А.мО/А.кЗ- (8.86)
Задаваясь двумя значениями Рк, по (8.86) находим соответст-
вующие значения Ро. По этим соотношениям в координатах Ро и
Ри строим границу зоны по КПД, равному (у]п-|-0,02) (линия CD
на рис. 8Д0). Пользуясь зонами /о—/к и Ро—А, можно контроли-
ровать произведение созфдт]д. Чтобы испытанный электродвига-
тель удовлетворял произведению соэфдЛд, необходимо выполнение
следующих условий:
— в случае, когда точка в зоне /о—/к находится ниже границы
по cos фд (ниже линии АВ в зоне /0—/к), точка в зоне Ро—Рк не
должна выходить за границу по т]Д (за линию АВ в зоне Ро—А);
— в случае, когда точка в зоне /о—/к находится между граница-
ми по cos фД и (cos фд—0,02) (между линиями АВ и EF в зоне
/о—/г), точка в зоне Ро—А должна находиться между линиями
АВ и CD на расстоянии от линии АВ (в зоне Ро —Рк), пропор-
циональном расстоянию от линии АВ (в зоне /о —/к).
160
Со стороны максимального и со стороны минимального Рл зо-
на ограничена лишь условно (линии ЕА и FB на рис. 8.10) по
фактически возможному рассеянию величины вследствие того,
что значения Рк ограничиваются по допустимому КПД лишь в свя-
зи с изменением Ро; кроме того, минимальная величина Рк контро-
лируется в эоне /к—Рк по допустимой величине начального пуско-
вого момента.
Определение допустимой зоны для така и потерь короткого за-
мыкания. Для нахождения границы зоны Л<—Рк по начальному
пусковому моменту воспользуемся известным соотношением
Л1я = (Ря-3/^1к-Рс)9550/йе, (8.87)
где Мп — начальный пусковой момент электродвигателя, Н м; 1а и
Рп —ток, А, и потери короткого замыкания, кВт, при номинальном
напряжении; г\Х — сопротивление, Ом, фазы обмотки статора при
температуре опыта короткого замыкания; Ро — потери в стали при
номинальном напряжении на холостом ходу, кВт.
Следует заметить, что в действительности при пуске потери в
стали меньше, чем при холостом ходе, вследствие значительно боль-
шего падения напряжения в обмотке статора. Однако при пуске
дополнительно появляются потери в стали ротора и некоторые
другие добавочные потери; поэтому условно можно принять по-
тери в стали при пуске равными потерям в стали на холостом ходу.
В формуле (8.87) потери Рс составляют очень небольшую часть от
потерь Рп, поэтому такое допущение мало сказывается на величи-
ве Af п,
Если в формуле (8.87) принять величину Afn равной величине
минимально допустимого начального пускового момента Мп.д, то
можно найти соотношения между /к и при которых величина
начального пускового момента равна минимально допустимой.
Чтобы применить формулу (8.87) для расчета границы по мини-
мально допустимому пусковому моменту, значения /п и Рп долж-
ны быть заменены интересующими нас параметрами /н и Рк- Одна-
ко при этом необходимо иметь в виду разницу в насыщения путей
потоков рассеяния электродвигателей при номинальном напряже-
нии и напряжении U*. Разницу в насыщении можно учесть по ре-
зультатам испытаний нескольких электродвигателей данного типо-
размера аналогично тому, как это было сделано при расчете эоны
Аг—4, т. е. при помощи соответствующих коэффициентов насыще-
ния. Коэффициент насыщения для тока короткого замыкания kr оп-
ределяем по (8.59). Коэффициент насыщения, учитывающий раз-
ницу в насыщении при пересчете потерь короткого замыкания с
напряжения Ut на поминальное, который обозначим fen, может
быть определен следующим образом, Из характеристики короткого
замыкания электродвигателя возьмем потери короткого замыка-
ния при номинальном напряжении /’м и при напряжении корот-
6 Г •. Btpr О. Л. 161
кого замыкания Р,л. Находим потери короткого замыкания при
номинальном напряжении без учета насыщения Р'кл:
P^P^tftUi (8.88)
Коэффициент насыщения для потерь определяем по формуле
ka=P,JP'a.B (8.89)
Можно применять среднеарифметическое значение коэффици-
ентов ka, определенных для нескольких электродвигателей данно-
го типоразмера. Опыт показывает, что величина коэффициента
Ап незначительно меняется от случайных производственных погреш-
ностей.
Выразим величину минимально допустимого начального пуско-
вого момента
<8-90/
где Л<п.я— номинальная величина начального пускового момента;
0,85 — коэффициент, учитывающий допуск в минус 15% на пуско-
вой момент.
Для решения интересующей нас задачи формулу (8.87) мож-
но записать в следующем виде:
AfM= - P№^lnz. (8.91)
После преобразования получим
PA^(^n.A/9550)(/^^3/’ruAHW^J. (8.92)
По формуле (8.92), задаваясь тремя произвольными значения-
ми /ж, можно найти соответствующие значения Рй; величину потерь
в стали можно найти по результатам испытания электродвигате-
ля данного типоразмера. По найденным соотношениям между /к
и Рк можно в системе координат Itc—P* построить кривую (линия
АВ на рис. 8.11), которая является границей зоны 1К—Рк по мини-
мально допустимому начальному пусковому моменту.
Со стороны максимально допустимого 1*. зона Лк—Рк может
быть ограничена, так же как зона /о—/» по максимально допусти
мому начальному пусковому току 1КЛ> который определяем по фор
муле (8.63). Для этого значения тока в зоне /н—Рк проводим гра
ницу по максимально допустимому пусковому току (линия ВС на
рис. 8.11).
Со стороны минимального тока 1К зону достаточно ограничить
лишь условно (по значению тока /«, соответствующего точке С в зо-
ве /о—/к), так как величина минимального /к контролируется в зо-
не /о—/г границей по максимальному вращающему моменту.
Со стороны максимального Р» зону также достаточно ограни-
чить условно исходя из фактически возможного рассеяния вели-
чины Рк, так как величина Рг контролируется в зоне Ро—Р«.
162
В асинхронных двигателях с фазным ротором ГОСТ н техни-
ческие условия не предъявляют требований к начальному пусково-
му току и начальному пусковому моменту, поскольку пуск этих
двигателей осуществляется с помощью пусковых реостатов. В свя-
I зя с этим отпадает необходимость в расчете зоны Рк, а также
’’раницы по в зоне /о—1К для двигателей с фазным ротором. Из-
I за отсутствия вытеснения тока в обмотке ротора при пуске при-
нимают £я=1 и вносят некоторые другие упрощения в приведенные
ранее зависимости, связанные с учетом явления вытеснения тока я
насыщения путей потоков рассеяния при пуске. Допустимые зоны
/с—-/« и Рк—Ро для электродвигателей с фазным ротором приве-
дены на рис. 8.12.
Рис. 811 Допустимая зона каме- Рис. 8.12. Допустимые зоны изменения
нения /*—Рк и Рк— Р» для электродвигателей с
фазным ротором
Метод контроля номинальных показателей электродвигателей
по результатам приемо-сдаточных испытаний. Зоны на параметры
приемо-сдаточных испытаний (/0) /к, Ро и Рк), рассчитанные по но-
минальным показателям электродвигателей с учетом допусков на
эти показатели, позволяют осуществлять контроль номинальных
показателей электродвигателей по результатам приемо-сдаточных
испытаний.
С этой целью по результатам приемо-сдаточных испытаний сле-
дует нанести в координатах /0—М Ро—/’к и /«—точки, соответ-
ствующие полученным значениям параметров приемо-сдаточных
испытаний. Попадание точек внутрь всех допустимых зон свиде-
тельствует о соответствии номинальных показателей испытанного
двигателя требованиям технических условий с учетом допусков
по ГОСТу. Если хоть одна точка выходит за пределы любой из
эон, это свидетельствует о том, что по крайней мере по одному
Номинальному показателю электродвигатель не удовлетворяет пред-
писанным требованиям.
По положению точек в зонах (в том случае, если они все ока-
зались внутри зон) можно также получить представление о вели-
»*
163
чине номинальных показателей испытанного двигателя. Для этого
следует иметь масштаб для измерения в эонах номинальных пока-
зателей. Для коэффициента мощности таким масштабом служит
расстояние между линиями АВ и FE (см. рис. 8.8), а для КПД —
расстояние между линиями АВ и CD (см. рис. 8.10). В обоих слу-
чаях они равны 0,02.
Для определения масштабов для максимального момента Л!м.
начального пускового тока /п и момента Afn наиболее удобно рас-
считать и построить в зонах дополнительные линии для номиналь-
ных значений этих показателей. Тогда расстояния между грани-
цами зон по допустимым значениям показателей /п, Мп и их
номинальными значениями позволят определить масштаб для этих
показателей. Расстояние между линиями будет равно величине до-
пуска.
Таким образом, с помощью описанных допустимых зон могут
быть проконтролированы и даже примерно определены номиналь-
ные показатели электродвигателей только по результатам приемо-
сдаточных испытаний.
М. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ НАРУШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРИЕМО-СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИИ
Испытания асинхронных двигателей должны не только выяв-
лять соответствие показателей электродвигателей техническим тре-
бованиям, ио и являться основой управления качеством их изго-
товления. То обстоятельство, что результаты приемо-сдаточных
испытаний оцениваются сочетанием трех пар параметров этих ис-
пытаний, позволяет проводить ориентировочное диагностирование
хода и нарушений технологического процесса. Если в выбранных
для контроля координатах /о—/к. Pq—Рк и 1к—Рк наносить точки
по результатам приемо-сдаточных испытаний, то при устойчивом
технологическом процессе они образуют эллипсы рассеяния внутри
зон (вследствие неизбежных, но допустимых отклонений в техно-
логическом процессе). Однако при разладке технологического про-
цесса точки начнут смещаться в определенных направлениях, При
этом направления определяются характером технологических от-
клонений. Пока точки смещаются внутри допустимых зон, не выхо-
дя за их пределы, можно предотвратить нарушения, происходящие
в технологическом процессе. Для этого следует заранее определить
и наметить в координатах /о—Л<> Ра—Рк и 1к—Рк направления, в
которых могут смещаться точки при тех или иных нарушениях про-
изводственного процесса.
Так, при изменении средней величины воздушного зазора можно
написать аналитические выражения, связывающие относительные
изменения параметров приемо-сдаточных испытаний [2] от относи-
тельного изменения средней величины воздушного зазора (A5/S):
Д/0//0=А/еД6/8; (8.93)
164
AP0/P0=WM; (8.94)
Л/к//ц — A//8/8; (8.95)
ДРК/^=Ч^; (8.96)
(8.97)
Cs=l-58[/I(*cl- 1)’/Й«+(5(^-1Л: (8.98)
йра = 2Р qjoCj (1(8,99)
[*;W*i+*&А(1+IW (8.100)
kpK=bc&rf [x;).dl/x -h л;х32 (i+^ejkM. (8.Ю1)
Определив относительные изменения параметров приемо-сдаточ-
ных испытаний от относительного изменения средней величины воз-
душного зазора, можно построить в зонах линии, показывающие
направления, в которых будут смещаться точки в зонах под влия-
нием изменения б (стрелки 1 на рис. 8.13).
Рис, 8.13. К диагностированию нарушений технологического процесса
Конечно, изменение величины воздушного зазора может про-
исходить по нескольким причинам, однако, имея сигнал об изме-
нении воздушного зазора, несложно определить и причину этого
изменения.
Аналогично может проводиться диагностирование нарушения
технологического процесса, приводящего к увеличению активного
сопротивления обмотки ротора (Дг/'/^Л Изменений тока и по-
165
терь холостого хода при этом нс произойдет (AZo=0; ЬРо—й), а ток
и потери короткого замыкания изменятся следующим образом:
д/ж//г=^;кАг5/г2; (8.102)
bPjPK = kpK&ri/r'ti (8.103)
й/к = /к/’2гк//кг»; (8.104)
kp^rl/г'к—2гчг’к1хк, (8.105)
Определив по этим формулам относительные изменения Л/к//г
и ЛРк/Рн, можно построить Линии, показывающие направления сме-
щения точек при нарушении технологического процесса, приводя-
щего к увеличению активного сопротивления ротора г2" (стрелки 2
на рис. 8.13).
Линии со стрелками 3 на рис. 8.13 показывают направления
смещения точек под влиянием увеличения количества витков в об-
мотке статора, т. е. вследствие ошибочной укладки большего ко-
личества витков в пазы.
1.?. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ НОМИНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ОДНОТИПНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ в процессе
СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Определение среднеарифметических значений номинальных по-
казателей. Определенные в результате приемо-сдаточных испытаний
однотипных электродвигателей параметры позволяют судить об из-
менении их номинальных показателей (средних значений и рассеи-
вания). Для этого должны быть известны формулы, позволяющие
по среднеарифметическим и среднеквадратическим отклонениям па-
раметров, полученных в результате приемо-сдаточных испытаний
Uo, Ро, I* и Рк), определить среднеарифметические и среднеквадра-
тические отклонения номинальных показателей.
Из математической статистики известно, что если величины на-
ходятся в функциональной связи, то по среднеарифметическим зна-
чениям аргументов можно найти среднеарифметические значения
функций. Для этого следует подставить в формулу, выражающую
функциональную связь, среднеарифметические значения аргу-
ментов.
Для решения поставленной задачи следует выразить в виде
формул существующие функциональные связи между номинальны-
ми показателями и параметрами приемо-сдаточных испытаний. Эти
связи могут быть выражены лишь приближенно, вследствие того что
круговую диаграмму асинхронного двигателя, из которой могут
быть установлены эти связи, искажает ряд факторов. Они учиты-
вались в § 8.5 рядом коэффициентов: k, kB, k-r, kM, kn. Эти коэффи-
166
диенты принимаются постоянными для всех электродвигателей дан-
ного типоразмера. В действительности они не остаются постоянны-
ми для разных электродвигателей одного и того же типоразмера,
ио изменяются как показала проверка, весьма незначительно.
При решении поставленной задачи вполне устраивают прибли-
женные функциональные свизи, так как по ним определяют не но-
минальные показатели каждого двигателя по результатам его
приемо-сдаточных испытаний, а среднеарифметические значения
номинальных показателей. Следовательно, вполне допустимо учи-
тывать все искажающие круговую диаграмму факторы в среднем.
Функциональные связи /п=?(/к). Л4я=ф(Л<, Рк) и п=Ф(^о, Р?)
были выражены в § 8.5. Ими можно воспользоваться для нахожде-
ния среднеарифметических величин 7ц, Л4П и тр
(8.106)
Я=^29.55 (РЛ- (8.107)
где Л?п — среднеарифметическое значение пускового момента, Н-м;
Ч=р/(Р+А4.₽0+5Рж), (8.108)
где А и В — постоянные для данного типоразмера электродвигателя
Д = Рщ 4» Рчй -Ь (8- 1 09)
В = Р-2/Рг.и2. (8.110)
Максимальный вращающий момент и коэффициент мощности
можно выразить как функции трех параметров контрольных ис-
пытаний (/о, /и,Рк). Однако при определении в § 8.5 соответствую-
щих границ зоны /о—/к параметр cos<pr принимался постоянным;
кроме того, в зависимость cosq>=f(/o, /к) входила не полезная
мощность, а максимально допустимый ток /1М. Поэтому установ-
ленные в § 8.5. функциональные связи для максимального момента
и коэффициента мощности непригодны для решения данной зада-
чи. Найти интересующие зависимости максимального момента и
коэффициента мощности от параметров приемо-сдаточных испы-
таний нетрудно из круговой диаграммы асинхронного двигателя.
Для этого рассмотрим круговую диаграмму для рабочего режима
асинхронного двигателя (рис. 8.14). Связь между величинами /о',
V, и Рп круговой диаграммы и параметрами /о, 7К и Рк может быть
выражена следующим образом с учетом всех указанных ранее фак-
торов, искажающих круговую диаграмму:
(8.111)
Ра=и\^Р^ (8.112)
/i=/o/A, (8.113)
167
где kr — коэффициент, учитывающий уменьшение потерь коротко-
го замыкания от увеличения угла между напряжением и током ко-
роткого замыкания вследствие вытеснения тока в клетке ротора.
Коэффициент kr определяем по формуле
(8.114)
где г'к — расчетное активное сопротивление короткого замыкания
без учета вытеснения тока в роторе; г'х.в —расчетное активное со-
противление короткого замыкания с учетом вытеснения тока в ро-
торе.
Рис. 8.14. Определение зависимостей costp = (/0, /», Ри) и Ми=ф(701 Рк) с
использованием круговой диаграммы, построенной без учета явления насыщения
и вытеснения тока (а) и повернутой на угол 2у в системе координат (б)
Для удобства нахождения искомых связей повернем систему
координат на угол 2у против часовой стрелки, Круговая диаграмма
в повернутой на угол 2у системе координат изображена на
рис. 8.14, б, где <ф'=<ф-|-<2у. Полезная мощность в масштабе
тока — отрезок CD
P2=P/3U (8.115)
DE — линия полезной мощности, КС!IDE
ОО' = Р01 = Р2—/'osin2y; (8.116)
££=: Pnl = [p„/3U - //- (Ра/3(У)2 tg 2у] cos 2у. (8.117)
Найдем координаты точки С (хе, ус) в системе координат (х, у).
Уравнение прямой КС в этой системе координат:
(8.118)
Уравнение окружности:
(л-/?)2-Н’=Я2. (8.119)
168
Решив совместно уравнения (8.118) и (8.119), найдем коорди-
наты точек их пересечения. Прямая КС имеет две точки пересече-
ния с круговой диаграммой. Нас интересует точка с меньшей абс-
циссой, поэтому выбираем меньшее значение корня
Л=[(Я - Р2 tg ₽)/(l + tg2 Р)] [ 1 - /1 - (1 + tg2 3) /ЗД - Pt tg ₽)’;
(8.120)
(8.121)
Найдем радиус круговой диаграммы. Из рис. 8.14, б следует
Я=0,5 [/ /« - /й- /й / (/, (8.122)
где
7^=70 sin <р0. (8.123)
Найдем tg р.
Из рис. 8.14, б следует
tgP=Pnl/(//;‘-P2i-/J. (8.124)
Теперь можно найти связь между коэффициентом мощности и
параметрами приемо-сдаточных испытаний.
В системе координат х"', у"
COS ? = Ус I V Хе -Ь у'е , (8.125)
где х" и у" — координаты точки С.
Учитывая формулы преобразования координат
jc"=xtcos2v —2/i sin 2у; y"=^i sin 2у —yjCosSy,
*1=*+^; У1=0тЬРо1
получим
COS ?=[(*,.-Но») Sin 2у+
+ (У,+Рм)«®2VJ / К(*,+ЛГ+ (I/.+ Р01)!. (8.126)
Полученные формулы выражают искомую связь между коэф-
фициентом мощности и параметрами приемо-сдаточных испытаний.
Для электродвигателей с малым углом 2у формулы (8.116),
(8.117) и (8.126) могут быть упрощены:
Р01 = />0/3(7; (8.127)
PnX=PB=uWkrPJU^U\ (8,128)
cos<p=(i/c4-Pqi)/ j/*(JC«-p/oe)2-|-($/e+Z’oi)2- (8.129)
1G9
Для определения среднеарифметических значений коэффициен-
та мощности в формулы, выражающие связь созф=/(/о, К, Рк),
должны быть подставлены соответствующие среднеарифметические
значения параметров приемо-сдаточных испытаний. Можно полу-
чить формулы, выражающие функциональную связь между макси-
мальным моментом и параметрами приемо-сдаточных испытаний.
Преобразуя (8.35), можно найти зависимость:
<8.130)
где c—1rJU.
Чтобы получить величину (Н-м) с учетом насыщения путей
потоков рассеяния, в (8.130) следует ввести коэффициент А:
Л=9,55М^/«с. (8Л31)
Тогда максимальный момент (Н-м)
Ми=ДА?(К1-Н/с2Я2-Н)- (8.132)
Связь между радиусом круговой диаграммы Р и параметрами
приемо-сдаточных испытаний выражается формулой (8.122).
Таким образом, формулы (8.122) н (8.132) выражают искомую
зависимость Мм=ф(/о< /к. ^к). Для определения среднеарифмети-
ческих значений максимальных моментов в указанные формулы
должны быть подставлены соответствующие среднеарифметические
значения параметров приемо-сдаточных испытаний.
Определение среднеквадратических отклонений номинальных
показателей.
Интересующую нас задачу можно сформулировать следующим
образом: определить среднеквадратнческне отклонения (или коэф-
фициент вариации) функции по известным среднеквадратическим
отклонениям (или коэффициентам вариации) аргументов в случае,
когда аргументы статистически связаны. Точное решение указанной
задачи, даже в более простом случае, когда аргументы статисти-
чески независимы, сложно и им практически не пользуются. В ма-
тематической статистике пользуются приближенным методом, за-
ключающимся в следующем,
Пусть z=f(xi, Хч, .... хп), причем г— функция, мало изменяю-
щаяся в области, определяемой неравенствами (хе—х,-)<о,-, где
or — среднеквадратическое отклонение. Тогда z может быть приб-
лизительно выражена равенством
= (-’I—*1)+...+ ? (Jtn — хл), (8,133)
oxj дхп
где Xi, Х2, хя — среднеарифметические значения аргументов.
Приближенное представление функции формулой (8.133) явля-
ется линеаризацией функции, Для статистически связанных аргу-
170
ментов дисперсия функции o2(z) может быть определена по фор-
муле
,, V / df \2 2 I I / df \2 2 . о й/ df _ .
° = 3+ 37~) °-г" + 2 + -
\ ОХ'£
-+277--|гГ1'"’''0'.+-- (8.134)
0Х| дхл
где ri/2, Г\(п— коэффициенты корреляции.
В формуле (8.134) в выражения для частных производных дол-
жны быть подставлены среднеарифметические значения аргумен-
тов.
Пользуясь (8.134), можно получить формулы для определения
коэффициентов вариации номинальных показателей по известным
коэффициентам вариации и среднеарифметическим значениям па-
раметров приемо-сдаточных испытаний.
Нетрудно показать, что коэффициент вариации начального пус-
кового тока при допущении Ат=const можно принять равным
коэффициенту вариации тока короткого замыкания О/к:
^„=4- (8.135)
Определим коэффициент вариации пускового момента. Для это-
го представим формулу (8.107) в следующем виде:
MB^NPt-L^-KPc, (8.136)
где
^=9,55U2Jfe11/(U^Лc); Z=9.5S4/®3rlr*’/(£7®rte); К=9,55/ле. (8.137)
Формула (8.136) выражает функцию Мп=(Р*, 1К), причем аргу-
менты /к и Рк, как правило, коррелированы.
Если теперь взять частные производные дМ^/дР* и дМп1д1к, вос-
пользоваться формулой (8.134) для получения <зма и найти коэффи-
циент вариации, то получим
^/>,+4/4»^~ Wri*ipViVpt I (1 — Л» (8.138)
где
(8.139)
Определим коэффициент вариации КПД. Функциональная
связь т)=ф(Ро> Р») выражается формулой (8,108).
Найдя частные производные дт)/5Р0 и дг\1дРк, воспользовав-
шись формулой (8.134), с учетом того, что гр,/р =0, полу-
чим, в,2.
Разделив оп на т], найдем коэффициент вариации КПД:
®ч=Ч / Wp^B^pJP. (8.140)
171
Определим коэффициент вариации коэффициента мощности.
Для этого найдем частные производные cosq> по /о, /к, Ра и Р^
Подставим полученные значения в формулу (8.134). После ряда
упрощений получим следующее выражение для коэффициента ва-
риации Ucosv:
-/5sin 2y [cos? У Ge4-/’oi)2+(-«c+^)2]J v/t. (8.141)
Для электродвигателей с малым углом 2? формула (8.141)
может быть упрощена:
Т/си г = Ро(лс4*/оа)' [(-зсс+Лп)3 + (д:с_|“Л)в)2]} (8.142)
Определим коэффициент вариации максимального вращающего
момента. Найдем частные производные М* по Л, Рл и /о. Подста-
вим полученные значения в формулу (8.134), учтем наличие кор-
реляционной связи между параметрами /0 и /к, /к и Рк.
В результате ряда упрощений получим следующее выраже-
ние для «Ил1м;
= (О,5ЛТМ/;(1 -ti2р)/;)/(Л.
(8.143)
Полученные результаты позволяют производить анализ изме-
нения во времени номинальных показателей однотипных электро-
двигателей по результатам приемо-сдаточных испытаний. Для
этого следует рассчитать, а затем сопоставить среднеарифмети-
ческие значения и среднеквадратические отклонения номиналь-
ных показателей электродвигателей данного типоразмера за раз-
ные интервалы времени— декады, месяцы, кварталы, годы,
М. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА ВЫБОРКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ
И СООТВЕТСТВИЯ ВАРИАЦИИ НОМИНАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДОПУСКАМ
Определение объема выборки. Изложенный в § 8.7 метод опре-
деления среднеарифметических и средяеквадратических отклоне-
ний номинальных показателей по результатам приемо-сдаточных
испытаний позволяет кроме анализа изменений во времени поми-
нальных показателей решить еще ряд важных задач. Одной из
таких задач является определение объема выборки для периоди-
ческих, приемочных или типовых испытаний.
Чем больше объем выборки, тем ближе среднеарифметические
значения номинальных показателей электродвигателей, получен-
ные из выборки, к тем же показателям в генеральной совокупно-
сти. Однако периодические, приемочные н типовые испытания тре-
172
буют довольно много времени, поэтому необходимо установить
рациональное количество двигателей, которое следует подвергать
этим испытаниям. Для этого следует задаться допустимыми рас-
хождениями между среднеарифметическими значениями показа-
I телей в выборке и в генеральной совокупности. Задаться этим
похождением можно на основании следующих соображений.
Известно, что при серийном производстве неизбежны отклоне-
ния отдельных значений показателей от их номинальных величин.
Указанные отклонения вызываются двумя видами причин: систе-
матическими и случайными. Величина поля допуска должна быть
примерно равна сумме систематических и случайных смещений
номинальных параметров. Максимальную величину рассеяния от
случайных причин можно принять с вероятностью 0,9973, равной
За (распределение нормальное).
Допустимую величину систематического отклонения парамет-
ров от номинальных данных можно считать в процентах от номи-
нального значения, но удобнее считать это отклонение как опре-
деленную часть среднеквадратического отклонения. Будем счи-
тать, что систематическое отклонение допускается не более чем
на величину о; тогда поле допуска должно быть примерно рав-
но 4ст.
В настоящее время иа заводах обычно подвергают периодиче-
ским, приемочным или типовым испытаниям по два электродвига-
теля каждого типоразмера. Определим расхождение между вы-
борочными и генеральными средними при двух испытанных элек-
тродвигателях. Для этого воспользуемся следующей формулой:
А=^/Ул, (8.144)
где Д — максимальное расхождение между выборочными и гене-
ральными среднеарифметическими, соответствующее заданной ве-
роятности; о — среднеквадратическое отклонение параметра в ге-
неральной совокупности; п —количество электродвигателей в вы-
борке (в данном случае п=2); ta—коэффициент, характеризую-
щий вероятность того, что расхождение не будет больше Д; при
вероятность а=0,95; при /а=3 вероятность а=0,997.
Для поставленной задачи вполне достаточна вероятность 0,95,
поэтому примем в (8.144) (п=2.
Формула (8.144) отражает хорошо известный факт, что при за-
данных л и расхождение будет определяться величиной харак-
теристики рассеяния параметров ст,
Из (8.144) следует, что при двух испытанных электродвигате-
лях величина максимального расхождення_между средними будет
в У 2 раз больше сигмы, т. е. будет в У2 раз больше величины,
принятой нами за допустимую.
С учетом среднего фактического рассеяния номинальных пока-
аателей асинхронных двигателей ряда электромашиностроитель-
173
ных заводов, которые определены по методике, изложенной в
§ 8.7, величина наибольшего расхождения между выборочными и
генеральными средними номинальных параметров прн двух ис-
пытанных электродвигателях: Дт)=0,77%; Д cos ф = 0,013; ДМм=
= 3,5%МН; ДМл = И%Л1я; Д/п=4,3%/я.
Из этих данных видно, что абсолютные значения наибольших
расхождений между выборочными и генеральными средними пу-
сковых моментов и коэффициентов мощности составляют в сред-
нем около 50% допуска. Ясно, что такие расхождения недопу-
стимы.
Преобразуем формулу (8.144) следующим образом:
л=62/Д2. (8.145)
Из (8.145) видно, что если принять допустимым отклонение
среднеарифметических значений номинальных показателей от их
номинальных значений, равное среднеквадратическому отклоне-
нию, то количество электродвигателей, которое необходимо под-
вергнуть периодическим или типовым испытаниям, равно четырем.
С вероятностью 0,95 можно утверждать, что из-за ошибки из-
мерений (погрешность измерительных приборов) среднеарифмети-
ческие значения показателей, определенные по четырем электро-
двигателям, не будут отличаться от фактических средних значе-
ний параметров этих электродвигателей больше, чем на а прибо-
ра. Эта величина составляет примерно ‘/ю поля допуска и поэто-
му может не учитываться.
Определение соответствия вариации номинальных показателей
электродвигателей допускам. Основной стандарт на электрические
машины ГОСТ 183 устанавливает допуски на номинальные по-
казатели асинхронных двигателей. Изложенная в § 8.7 методи-
ка позволяет получить по материалам приемо-сдаточных испыта-
ний статистики номинальных параметров. Имея данные о средне-
арифметических значениях и о рассеянии номинальных парамет-
ров электродвигателей, можно оценить соответствие фактического
рассеяния номинальных показателей установленным допускам,
При этом будем разделять систематические и случайные отклоне-
ния номинальных показателей.
Систематическое отклонение характеризуется смещением сред-
неарифметического значения показателя от его номинальной ве-
личины. Случайные отклонения характеризуются рассеянием от-
дельных значений показателей около его среднеарифметического
значения; мерой этого рассеяния служит среднеарифметическое
отклонение о (или коэффициент вариации).
Для того чтобы отдельные значения параметра не выходили
за допустимый предел, должны удовлетворяться следующие нера-
венства:
а) в случае отрицательного допуска (например, на КПД т|)
ц—Э0ч>т)и—допуск;
174
б) в случае положительного допуска (например, на пусковой
ТОК) /в+3в/в<£ 4,ж-|_ допуск.
На рис. 8.15 показаны четыре возможных случая соотноше-
ний между фактическим распределением значений одного из но-
минальных показателей (КПД) и его номинальным значением с
учетом допуска (за исключением случая, когда смещение средне-
арифметического имеет знак, противоположный допуску, так как
этот случай не представляет для нас интереса). На рис. 8.15, а
представлен случай, когда среднеарифметическое значение пока-
зателя совпадает с его номинальной величиной и допуск несколь-
ко больше За. При этом вероятность появления брака ничтожно
мала.
Ряс, 8.15. Возможные соотношения между фактическим распреде-
лением значений КПД я его номинальным значением с учетом
допуска
Брак может появиться в двух случаях, изображенных па рис.
8.15, б, в\ в случае смещения среднеарифметического значения в
сторону допуска нли в случае увеличения рассеяния значений
показателя. На рис. 8.15, г изображен случай, когда величина
допуска выбрана такой, чтобы при данном рассеянии показателя
допустить определенное смещение среднеарифметического значе-
ния (в сторону допуска) без появления брака.
Величины допусков, устанавливаемые стандартом, должны со-
ответствовать точностным возможностям крупносерийного произ-
водства. Такому требованию к величине допуска удовлетворяют
175
на рис, 8.15 случаи а и г. Очевидно, при одинаковом рассеянии
значения показателя от случайных причин величина допуска мо-
жет быть меньше, когда поле допуска не предусматривает смеще-
ния средней в сторону допуска.
Однако нельзя не предусматривать смещение среднеарифмети-
ческого, так как даже при большом объеме испытанных двигате-
лей среднеарифметические почти никогда не совпадают с номи-
нальными показателями. Даже после уточнения номинальных по-
казателей по результатам типовых испытаний четырех электро-
двигателей величина расхождения может составлять в среднем о.
Поэтому можно считать, что допуск должен быть равен примерно
4о (За на случайные отклонения и о —на систематическое смеще-
ние средней).
1.9. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИСПЫТАТЕЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОЭВМ
Реализация методов контроля, диагностирования и анализа из-
менения номинальных показателей асинхронных двигателей, из-
ложенных в § 8.6, 8.7 и 8.8, осуществлена на ряде электромаши-
ностроительных заводов с помощью автоматизированной испыта-
тельно-диагностической системы с использованием ЭВМ.
На рис. 8.16 приведена блок-схема алгоритма контроля номи-
нальных показателей асинхронных двигателей с короткозамкну-
тым ротором по значениям токов и потерь холостого хода и ко-
роткого замыкания (/01 Ро, /я, Рк).
Методика диагностирования причин отклонений токов и потерь
холостого хода и короткого замыкания в процессе производства
асинхронных двигателей сводится к определению направлений
смещений точек в допустимых зонах. Эти направления указывают
16 наиболее вероятных признака брака (П1 — П16), а также наи-
более распространенные технологические причины брака.
На рис. 8.17 приведена блок-схема алгоритма диагностирова-
ния причин нарушения технологического процесса изготовления
асинхронных двигателей, На основе логического анализа, выде-
ленных по этому алгоритму признакам брака сопоставляются тех-
нологические причины брака.
В настоящее время применяется автоматизированная испы-
тательно-диагностирующая система «ТЕСТ-2». Цифровое из-
мерение в измерительной системе тогов и потерь холостого хо-
да и короткого замыкания осуществляется по определенному
алгоритму. Соответствующие каналы преобразования измеритель-
ной системы построены на аналоговых интегрирующих преоб-
разователях переменного тока и мощности трехфазной цепи с
унифицированными выходными сигналами постоянного тока (0 —
176
5 мА). В качестве аналого-цифрового преобразователя выходных
сигналов Е 824 и Е 848 применены АЦП типа 7077/1 с использо-
ванием пространственного разделения каналов преобразования.
Рис, 8.16. Блок-схема алгоритма контроля номинальных пока-
зателей асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
по значениям токов и потерь холостого хода н короткого за-
мыкания
Кроме того, измерительная система «ТЕСТ-2» содержит каналы
преобразования и передачи бинарных сигналов, которые соответ-
ствуют результатам испытаний асинхронных двигателей на соот-
ветствие допускам по ГОСТу.
177
Рис, 8,17. Блок-схема алгоритма диагностирования причин нару-
шения технологического процесса изготовления асинхронных дви-
гателей
Система «ТЕСТ-2» функционирует совместно с испытательным
конвейером, имеющим семь основных позиций испытаний асин-
хронных двигателей. На первой позиции испытательного конвейе-
ра контролируется обрыв фаз, на второй — сопротивления изоля-
ции обмоток относительно корпуса двигателя и между обмотка-
ми. На третьей и четвертой позициях осуществляются испытания
межвитковой изоляции обмоток на электрическую прочность. На
пятой позиции электродвигатели подвергаются испытаниям в ре-
жимах холостого хода и короткого замыкания. Шестая позиция
предназначена для испытаний изоляции обмоток относительно
корпуса и между обмотками на электрическую прочность, а седь-
мая—для вибрационных испытаний.
Во время испытаний от позиций 1—4, 6 и 7 через измеритель-
ную систему на входы блока сопротивления поступают бинарные
сигналы. Если на соответствующей позиции электродвигатель не
выдерживает испытания, то вырабатывается «0» (низкий потен-
циал), если выдерживает — сигнал «1» (высокий потенциал).
При испытаниях АД на пятой позиции, т. е. в режимах холо-
стого хода и короткого замыкания, с помощью измерительной
системы измеряются токи и потери.
Цифровым эквивалентам этих параметров асинхронных двига-
телей присваивают признаки «ВРО» и они поступают на входы
блока сопротивления, В режиме короткого замыкания сигнал
«ВРО» имеет высокий потенциал (<1>), а в режиме холостого хо-
да—низкий потенциал («О»).
Блок сопряжения системы «ТЕСТ-2» осуществляет обмен из-
мерительной и управляющей информацией между управляющим
вычислительным устройством и внешними устройствами (ВУ)
путем временного разделения каналов.
Отбраковка и диагностирование асинхронных двигателей осу-
ществляются путем обработки результатов измерений параметров
холостого хода и короткого замыкания испытуемых электродви-
гателей по алгоритмам, приведенным на рис. 8.16 и 8.17.
Далее путем обработки результатов измерений параметров хо-
лостого хода и короткого замыкания (/0, Рс, /к, Рк, /=»1, N)
годных асинхронных двигателей осуществляют их статистический
анализ и прогнозирование разладок в производственном процес-
се. Эта задача решается путем сличения результатов измерений
параметров холостого хода и короткого замыкания с контрольны-
ми зонами (рис. 8.8, 8.10 и 8.11), вычисленными для данного ти-
поразмера электродвигателя.
Для каждого годного асинхронного двигателя оформляют про-
токол испытаний с указанием реквизитов двигателя и значений
параметров ПСИ.
Количество электродвигателей, отбракованных по результатам
приемо-сдаточных испытаний на всех семи позициях испытатель-
ного конвейера, а также локализованные виды и технологические
179
факторы брака классифицируют и отражают в бланке испытаний
отбракованных электродвигателей и в итоговом (за смену) отчете.
В этом отчете отражают также количество годных электродви-
гателей с указанием среднестатистических значений их парамет-
ров ПСИ.
। Таким образом, по результатам
Ряс. 3.18. Блок-схема алгоритма функ-
ционирования система <Тест-2>
приемо-сдаточных испытании асинх-
ронных двигателей, т.е. do значениям
токов и потерь холостого хода и ко-
роткого замыкания, можно оценить
соответствие выходных показателей
испытанного двигателя требованиям
стандартов с учетом допусков на зна-
чения КПД, коэффициента мощно-
сти, максимального момента, началь-
ных пусковых токов и моментов.
Кроме того, по направлению смеще-
ния точек, построенных по результа-
там приемо-сдаточных испытаний
в контрольных зонах можно судить
о тенденциях в разладке технологи-
ческого процесса.
По материалам приемо-сда-
точных испытаний, накопленных
за определенный интервал време-
ни (смену, день, неделю, месяц
и т. п.), вырабатывают рекомен-
дации по управлению качеством
выпускаемых электродвигателей.
Блок-схема алгоритма функ-
ционирования системы «ТЕСТ-2»
показана на рис. 8.18.
Микропроцессорные программ-
но-алгоритмические средства для
организации структур управляю-
щего вычислительного устройст-
ва или центрального управляю-
щего вычислительного устройства
модифицируются на основе ис-
пользования современных дости-
жений микропроцессорной техники.
Совершенствование алгоритма
функционирования в «ТЕСТ-2М»
направлено на обеспечение циф-
рового программного управления
работой измерительного комплек-
са и на использование дополни-
тельных процедур контрольно-из-
180
мерительной, испытательной и диагностической работы для повы-
шения достоверности и глубины контроля параметров и диагности-
рования асинхронных двигателей. В этом направлении значитель-
ное внимание уделяется использованию структурно-алгоритмиче-
ских методов повышения точности измерительной системы.
Вопросы для самопроверки
1. Какие испытания входят в программу приемо-сдаточных испытаний асин-
хронных двигателей?
2. Для каких асинхронных двигателей следует определять коэффициент
трансформация?
3. Для чего следует производить обкатку асинхронных двигателей перед
определением тока и потерь холостого хода?
4. Как в процессе проведения опыта холостого хода установить целесооб-
разное минимальное напряжение?
5. До какого наибольшего напряжения допускается повышать напряжение
при снятии характеристики холостого хода для' асинхронных двигателей с на-
сыщенной магнитной пепью?
6. Для чего в конце опыта холостого хода следует измерять сопротивление
обмотки статора?
7. В каких пределах допускается отклонение частоты сети от номинальной
при снятии характеристики холостого хода и как при этом следует привести
напряжение, потери в стали и механические потери к номинальной частоте?
3. Какие методы существуют для определения начального пускового мо-
мента?
9, Зависит ли величина начального пускового момента в момент его изме-
рения от относительного положения зубцов статора и ротора?
10. Если получено несколько значений начального пускового момента прн
разных относительных положениях (в момент измерения) зубцов статора и ро-
тора, то что следует принимать за величину начального пускового момента
электродвигателя?
11, Как провести опыт короткого замыкания асинхронного двигателя, какие
требования при этом предъявляются к напряжению, подаваемому на статор?
12. Почему в конце опыта короткого замыкания следует измерять сопротив-
ление обмотки?
13, С помощью каких приборов измеряют начальный пусковой момент при
опыте короткого замыкания?
14. Прн каких значениях напряжения сети измеряют ток и потерн корот-
кого замыкания в процессе проведения приемо-сдаточных испытаний?
15. Какова должна быть процедура опыта короткого замыкания, чтобы не
допустить чрезмерного нагрева обмоток токами короткого замыкания?
16. Как можно проконтролировать правильность определения коэффи иеита
мощности по расчетной формуле?
17. Если невозможно снять рабочую характеристику прн номинальном на-
пряжении, то прн каких значениях напряжения допускается снимать рабочие
характеристики и как затем пересчитать результаты испытаний?
18, Как определить рабочие характеристики и номинальные показатели для
электродвигателей большой мощности (свыше 500 кВт)?
19. Как построить круговую диаграмму для асинхронных двигателей с фаз-
ным ротором по данным опытов холостого хода н короткого замыкания?
20. При какой частоте сети следует дополнительно снимать характеристику
короткого замыкания для того, чтобы построить круговую диаграмму для асин-
хронных двигателей с короткозамкнутым ротором с целью определения по кру-
говой диаграмме поминальных показателей и рабочих характеристик?
18!
21. Как следует строить на круговых диаграммах дополнительную окруж-
ность токов с целью определения величины максимального момента для электро-
двигателей с фазным ротором или с короткозамкнутым ротором, но с простой
клеткой?
22. Какие способы принимаются для определения максимального момента
асинхронного двигателя?
23. Почему при нахождении величины максимального момента электродви-
гателя следует определять соответствующее этому моменту скольжение?
24. Как осуществляется способ определения максимального момента элект-
родвигателя из опыта пуска?
25. Какие существуют два способа удлинения периода пуска при опреде-
лении величины максимального момента электродвигателя яз опыта пуска?
26. Какие трудности возникают при определении величины максимального
момента электродвигателя из опыта пуска н как эти трудности можно преодо-
леть?
27, Как осуществить метод определения максимального вращающего момен-
та путем нагрузки и непосредственного измерения вращающего момента элект-
родвигателя?
28, При измерении величины максимального момента с помощью нагрузоч-
ного устройства при пониженном напряжении как можно определить необходи-
мый показатель степени для пересчета величины максимального момента прн
пониженном напряжении к номинальному?
29. В чем заключается метод определенна максимального вращающего мо-
мента электродвигателя по мощности на валу н частоте вращения, если прн
этом мощность на валу определяется прн помощи тарированной нагрузочной
машины или методом отдельных потерь?
30. Как следует строить круговую диаграмму по данным опытов холостого
хода и короткого замыкания для асинхронных двигателей с короткозамкнутым
ротором с глубоким или бутылочным пазом или с двойной клеткой в роторе с
целью определения величины максимального момента электродвигателя?
31. Какие способы применяются для определения величины минимального
вращающего момента?
32. В чем заключается метод определения величины минимального вра-
щающего момента асинхронного двигателя при непосредственной нагрузке его
тарированной асинхронной машиной, работающей в режиме противовключения,
включенной в сеть с регулируемым напряжением?
33. Как производится тарировка асинхронной машины, работающей в режи-
ме противовключения к являющейся нагрузочной для испытуемого асинхронно-
го двигателя при определении его минимального момента?
ГЛАВА 9
ИСПЫТАНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН
9.1. ПРОГРАММЫ ИСПЫТАНИЙ, ДОПУЩЕНИЯ
И ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ИСПЫТАНИЯ
Программы испытаний. Для синхронных машин программы
приемочных, приемо-сдаточных, периодических и типовых испыта-
ний устанавливает ГОСТ 183,
Программа приемочных испытаний включает следующие опе-
рации: измерения сопротивления изоляции обмоток относительно
корпуса машины и между обмотками и сопротивления обмоток
при постоянном токе в практически холодном состоянии; испыта-
ния при повышенной частоте вращения, изоляции обмоток отно-
182
сительно корпуса и между обмотками на электрическую прочность
и межвитковой изоляции обмоток переменного тока на электри-
ческую прочность; определение характеристики холостого хода,
характеристики установившегося трехфазного короткого замыка-
ния (трехфазных машин) или однофазного короткого замыкания
(однофазных машин) и тока третьей гармонической (если маши-
на предназначена для работы при соединении обмотки статора в
треугольник); измерение тока возбуждения в режиме ненагру-
жениого перевозбужденного двигателя при номинальном напряже-
нии и номинальном токе статора (якоря) и определение U-образ-
ной характеристики (для машин частотой 50 Гц и мощностью не
более 1000 кВ-А); определение номинального тока возбуждения,
номинального изменения напряжения и регулировочной характе-
ристики: испытания на кратковременную перегрузку по току;
определение КПД; испытания на нагревание и механической
прочности при ударном токе короткого замыкания; определение
коэффициента искажения синусоидальности кривой линейного на-
пряжения; опытное определение индуктивных сопротивлений и
постоянных времени обмоток; определение начального пускового,
минимального и входного вращающих моментов, начального пу-
скового тока синхронных двигателей и начального пускового тока
синхронных компенсаторов (не имеющих пусковых двигателей);
испытание злектромашинного возбудителя по программе типовых
испытаний машин постоянного тока; определение скорости нара-
стания напряжения возбудителя для синхронного генератора и
синхронного компенсатора (для машин мощностью свыше
3000 кВ-А); проверка состояния уплотнений и определение утеч-
ки водорода (для машин с водородным охлаждением); измерение
вибраций и уровня шума.
Кроме того, в стандартах на отдельные виды синхронных ма-
шин приведены дополнительные требования по программе испы-
таний (например, в ГОСТ 14965 «Генераторы трехфазные син-
хронные с мощностью свыше 100 кВт. Общие технические усло-
вия»).
В программу приемо-сдаточных испытаний синхронных машин
входят первые семь операций программы приемных испытаний.
В настоящей главе рассмотрены методы испытаний, специфич-
ные для синхронных машин, остальные изложены в разд. 1 как
общие для всех видов электрических машин.
Принимаемые допущения и особенности обработки материалов
испытаний. При проектировании и испытании электрических машин
удобно выражать параметры и характеристики в относительных
единицах. Этот метод широко применяется для синхронных ма-
шин; в качестве базисных значений принимают номинальное зна-
чение линейного напряжения UB и полной мощности Рн. Тогда
базисное значение тока
/б=/в=Рв/(ГЗ(Л). (9.1)
183
Базисное значение полного сопротивления
г^С/Л/3/J. (9.2)
За базисные значения частоты тока или напряжений и угловой
скорости машины принимают их номинальные значения /б=/в;
(0б=2л/н. За базисное значение тока возбуждения при вычисле-
нии характеристик и построении диаграмм принимают ток воз-
буждения, соответствующий номинальному напряжению по ха-
рактеристике холостого хода //,. Время выражается в секундах.
Вращающий момент можно выражать в долях от номинального.
Чтобы отличить величины в физических и относительных едини-
цах, будем обозначать строчными буквами величины в относи-
тельных единицах и прописными —в физических.
Обозначения электромагнитных параметров соответствуют обо-
значениям, принятым в теории двух реакций. При этом предпола-
гается, что дополнительно к обмотке возбуждения имеется по од-
ному эквивалентному демпферному контуру по продольной и по-
перечной осям машины.
Постоянные времени определяют, предположив, что соответст-
вующие переходные составляющие токов н напряжений изменя-
ются по экспоненциальному закону. Если кривая изменения рас-
сматриваемой составляющей, полученная опытным путем, не яв-
ляется строго экспоненциальной, то в качестве эквивалентной
постоянной времени принимается время, в течение которого эта
составляющая уменьшается до 1/е=0,368 своего первоначального
значения. Кривые затухания, соответствующие этим постоянным
времени, могут рассматриваться как эквивалентные кривые, по-
лученные по данным измерений.
При определении параметрон машины по переходным функ-
циям н частотным характеристикам ротор машины можно рас-
сматривать как многоконтурный.
Под понятием «насыщенное значение параметра» будем в
дальнейшем понимать его значение при номинальном напряжении
(кроме синхронных индуктивных сопротивлений), а под понятием
ненасыщенное — значение параметра при номинальном токе
якоря.
Значение параметра машины при номинальном напряжении
якоря соответствует магнитному состоянию машины при внезап-
ном коротком замыкании на выводах обмотки якоря, которому
предшествует работа машины в режиме холостого хода с номи-
нальным напряжением при номинальной частоте вращения. Вме-
сте с тем значение параметра машины при номинальном токе
якоря соответствует магнитному состоянию ненасыщенной маши-
ны при протекании в обмотке якоря тока с номинальным значе-
нием основной гармонической составляющей. Поэтому очень важ-
но для возможности сопоставления опытных параметров и посто-
184
явных времени машины указывать способ и значения тока и на-
пряжения, при которых производилось их определение.
Еще одно правило, которого следует придерживаться при ис-
пытании синхронных машин,— обмотки должны быть соединены
по рабочей схеме и все параметры следует определять примени-
тельно к схеме соединения фаз якоря в звезду, если по условиям
проведения опыта не требуется другой схемы соединения обмоток,
например в открытый треугольник. В случае соединения обмотки
якоря в треугольник полученные значения параметров должны
соответствовать эквивалентной обмотке, соединенной в звезду.
ШИНЫ
IX ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОСТОГО ХОДА
И ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, СИММЕТРИЧНОСТИ
НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА ТРЕТЬЕЙ ГАРМОНИЧЕСКОЙ
Определение характеристики холостого хода. Эта характери-
стика представляет собой зависимость напряжения обмотки якоря
от тока возбуждения, которую обычно
определяют при холостом ходе и номи-
нальной частоте вращения машины в ре-
жиме генератора, но можно снимать эту
характеристику и в режиме неиагружеи-
ного двигателя. При снятии характеристи-
ки измеряют ток возбуждения, линейное
напряжение и частоту (или частоту вра-
щения). Чтобы иметь возможность оце-
нить третью гармоническую составляю-
щую при соединении обмотки статора в
звезду, измеряют также фазное напряже-
ние, а при соединении в треугольник (ес-
ли выведены начала и концы всех фаз) —
фазный ток. При снятии характеристики
холостого хода частота / (Гц) может не-
сколько отличаться от номинальной fH;
в этом случае истинное напряжение (fi)
холостого хода Но может быть найдено по измеренному U следую-
щим образом:
(9-3)
Известно, что вследствие явления гистерезиса характеристика
холостого хода обычно не проходит через начало координат, по-
этому для определенности условились снимать характеристику хо-
лостого хода с наибольшего значения тока возбуждения, равного
поминальному току возбуждения, но не ниже значения, соответст-
вующего 1,3 номинального напряжения Ув испытуемой машины;
ток следует снижать плавно. Чтобы полученную характеристику
провести через начало координат, необходимо сместить ее иа ве-
185
личину Ai/ по оси абсцисс (рис. 9.1); значение At> получают пу-
тем графической экстраполяции характеристики до пересечения
с осью абсцисс.
Если в синхронных машинах с самовозбуждением выводы об-
мотки возбуждения доступны, то лучше снимать характеристику
холостого хода при питании обмотки возбуждения от посторонне-
го источника. При токе возбуждения, равном нулю, следует изме-
рить остаточное напряжение; чтобы повысить точность определе-
ния этого напряжения, желательно измерять его непосредственно,
без трансформатора напряжения.
Определение характеристики холостого хода при работе син-
хронной машины в режиме ненагруженного двигателя имеет осо-
бенности. Испытуемый двигатель питается переменным током от
источника, напряжение которого можно плавно регулировать от
значения не менее 1,3 номинального напряжения испытуемой ма-
шины до минимально возможного. Характеристика снимается прн
коэффициенте мощности, равном единице, для чего при каждом
значении подаваемого на якорь напряжения необходимо измерять
ток возбуждения, добиваясь его соответствия минимальному току
в обмотке якоря. Измерять следует ток возбуждения, линейное
напряжение, частоту сети, ток якоря и потребляемую мощность.
Характеристику холостого хода можно снять и на выбеге ма-
шины. Прн этом изменение частоты вращения не должно быть
очень быстрым (в 1 с Лп7ля^0,04). Непосредственно перед отклю-
чением машины от сети устанавливается ток возбуждения, близ-
кий к номинальному. После отключения машины ток возбужде-
ния снижается ступенями; на каждой ступени регистрируются
значения перечисленных параметров.
Определение симметричности напряжения. Оценка симметрич-
ности производится по отношению разности между наибольшим
и наименьшим измеренными в режиме холостого хода при номи-
нальном напряжении линейными напряжениями к среднему его
значению. Линейные напряжения измеряют одновременно прибо-
рами одного класса.
Определение характеристики трехфазного короткого замыкания
к тока третьей гармонической. Характеристика установившегося
трехфазного короткого замыкания снимается при замкнутых на-
коротко выводах машины и вращении ее каким-либо приводом;
при этом снимают зависимость тока в обмотке якоря от тока воз-
буждения. Если обмотка якоря соединена в треугольник и выведе-
ны начала и концы всех фаз, следует измерять также фазный
ток.
Третья гармоническая составляющая тока в этом случае оце-
нивается по средним значениям токов
/эф=У/ф.ч>-(/и/3), (9.4)
где /ф,ер, /а.ер—средние значения фазного и линейного тока, А.
186
При снятии характеристики короткого замыкания один из от-
счетов рекомендуется производить при токе якоря, близком к но-
минальному. Для получения характеристики короткого замыка-
ния, проходящей через начало координат, снятую при опыте ха-
рактеристику смещают по оси абсцисс на величину Д(. Допуска-
ется снимать характеристику короткого замыкания на выбеге ма-
шины; при этом изменение частоты вращения в 1 с не должно
превышать значения Лгс/пн<с0,1.
9.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ, U-ОБРАЗНОЯ
И РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК И КОЭФФИЦИЕНТА ИСКАЖЕНИЯ
СИНУСОИДАЛЬНОСТИ КРИВОЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Рис 9.2, Определение тока возбуж-
дении ненагруженной синхронной
машины в режиме перевозбужде-
ния при номинальном напряжении
и номинальном токе якоря графи-
ческим методом
Измерение тока возбуждения ненагруженной синхронной маши-
ны в режиме перевозбуждения при номинальных напряжении и то-
ке якоря. Испытание для определе-
ния тока возбуждения, соответству-
ющего номинальным напряжению и
току якоря прн коэффициенте мощ-
ности, равном нулю в режиме пере-
возбуждения, проводят в режиме ге-
нератора или двигателя. Если ма-
шина испытывается в режиме гене-
ратора, то активная мощность, от-
даваемая в сеть, должна быть рав-
на нулю, а в режиме двигателя —
равна нулю нагрузка на валу.
При испытании напряжение и
ток якоря могут отличаться от но-
минальных не более чем на ±15%.
В этом случае для определения то-
ка возбуждения можно применить
следующий графический метод (рис.
9.2). В системе координат строится характеристика / хо-
лостого хода и точка С, соответствующая измеренным значениям
напряжения и тока возбуждения при коэффициенте мощности, рав-
ном нулю, и измеренном токе якоря. Из точки С параллельно оси
абсцисс в сторону характеристики холостого хода откладывают
отрезок CF, равный току возбуждения, соответствующему по ха-
рактеристике установившегося короткого замыкания току якоря /,
измеренному при определении точки С. Далее через точку F про-
водят прямую параллельно начальной части характеристики хо-
лостого хода до пересечения с ней в точке Н. Через точки Н и С
проводят прямую и из точки И откладывают отрезок
(/„//),
(9.5)
где /н — номинальный ток якоря, А.
187
Рис. 9.3, Определение номинального тока
возбуждения графическим методом
Затем характеристику холостого хода переносят параллелько
самой себе вправо и вниз на расстояние НМ так, чтобы точка И
соответствовала точке N. Полученная кривая 2 представляет со-
бой нагрузочную характеристику машины при коэффициенте мощ-
ности, равном нулю в режиме перевозбуждения. На полученной
кривой находят точку А, соответствующую номинальному напря-
жению. Абсцисса этой точки (ОВ) определяет ток возбуждения,
соответствующий номинальному напряжению и току якоря в ре-
жиме перевозбуждения при ко-
эффициенте мощности, равном
нулю.
U-образная характеристи-
ка. Эта характеристика пред-
ставляет собой зависимость
тока в обмотке якоря от тока
возбуждения при номинальном
напряжении на зажимах я не-
изменной активной мощности
(в том числе при активной
мощности, близкой к нулю),
Для определения этой харак-
теристики синхронную машину
подключают к сети или к отдельному генератору для работы с но-
минальным напряжением и частотой в режиме двигателя или ге-
нератора. При испытании измеряют ток, напряжение, мощность и
частоту в цепи якоря и ток возбуждения; их измеряют при пере-
возбуждении и недовозбуж дении. Желательно при испытаниях за-
фиксировать точки: при минимальном значении тока якоря; при
при токе возбуждения, равном нулю (в режиме недовозбуждения);
при токе якоря, равном номинальному (в режиме перевозбужде-
ния).
Определение номинальных тока возбуждения и изменения на-
пряжения. Номинальный ток возбуждения определяют при работе
синхронной машины на сеть неизменного напряжения в предна-
значенном для нее режиме (генератор, синхронный компенсатор
или двигатель) с номинальным напряжением, мощностью, коэф-
фициентом мощности и частотой.
Однако непосредственная номинальная нагрузка синхронных
машин при испытании не всегда может быть осуществлена.
В этих случаях можно прибегнуть к методу определения номи-
нального тока возбуждения путем графических построений. Ис-
ходными для таких построений являются найденные опытным
путем характеристики холостого хода и установившегося трех-
фазного короткого замыкания и расчетное индуктивное сопротив-
ление хр, методы определения которого описаны в § 9.6.
Построение ведется следующим образом (рис. 9.3). По оси
абсцисс откладывают вектор номинального тока якоря испытуе*
186
мой машины iB, а под углом <рв к нему —вектор номинального
напряжения UK. Из конца вектора Un перпендикулярно вектору
тока откладывают вектор падения напряжения iHxP. Для машин
большой мощности (свыше 20 кВ-А) падением напряжения в ак-
тивном сопротивлении обмотки якоря можно пренебречь. При не-
обходимости учитывать это падение напряжения следует отло-
жить вектор падения напряжения в активном сопротивлении
прямой последовательности обмотки якоря из конца вектора на-
пряжения параллельно вектору тока якоря (для генератора —
в направлении вектора тока, для двигателя — в обратном на-
правлении). Геометрическая сумма векторов номинального напря-
жения и падения напряжения в индуктивном сопротивлении хр
дает вектор ЭДС ер. Вектор тока возбуждения 1/Р, создающего
эту ЭДС, можно определить по характеристике 1 холостого хода,
отложив его от начала координат по направлению вектора еР.
По характеристике короткого замыкания определяют составляю-
щую тока возбуждения компенсирующую реакцию якоря при
токе короткого замыкания, равном номинальному току, и откла-
дывают ее из конца вектора i/p вверх перпендикулярно вектору
тока якоря. Составляющую тока возбуждения (определяемую,
как показано на рис. 9.3), компенсирующую реакцию якоря при
токе короткого замыкания, равном номинальному, следует вычис-
лять как разность между током возбуждения ifV) соответствующим
номинальному току якоря, определенным по характеристике корот-
кого замыкания, и током возбуждения qp, соответствующим паде-
нию напряжения в индуктивном сопротивлении хр при номиналь-
ном токе якоря, определенным по характеристике холостого хода,
Геометрическая сумма двух найденных векторов тока возбужде-
ния дает искомый вектор номинального тока возбуждения fyn.
Номинальное изменение напряжения в относительных едини-
цах Д£/в синхронных генераторов можно определить по формуле
idJv = (U.-Un)/U„ (9.6)
где Уо —напряжение холостого хода, соответствующее номиналь-
ному току возбуждения i/B и определяемое непосредственно испы-
танием или графически, В.
Номинальное изменение напряжения At7„ можно также выра-
жать в процентах.
Регулировочная характеристика. Эта характеристика представ-
ляет собой зависимость тока возбуждения от тока якоря при не-
изменных напряжении, коэффициенте мощности и частоте враще-
ния. Регулировочная характеристика может быть снята при непо-
средственной нагрузке синхронной машины от сети неизменного
напряжения в режиме генератора, двигателя или синхронного
компенсатора. При испытании измеряют напряжение, ток, мощ-
ность, коэффициент мощности, частоту в цепи якоря и ток в цепи
189
возбуждения; один из отсчетов рекомендуется выполнять при токе
якоря, близком к номинальному.
Регулировочную характеристику можно построить по точкам,
полученным методом графических построений, как показано на
рис. 9.3. Для этого следует задаться несколькими значениями
тока якоря (в пределах от нуля до /и) и найти графическими по-
строениями токи возбуждения if при заданных напряжении, ко-
эффициенте мощности и частоте вращения.
Определение коэффициента искажения синусоидальности кри-
вой напряжения. Допускаемое отклонение от синусоиды обычно
оговаривают в технических требованиях к синхронным генерато-
рам. Степень отклонения кривой напряжения от синусоидальной
формы принято характеризовать коэффициентом искажения сину-
соидальности или коэффициентом телефонных гармоник.
Измерения проводят при работе машины в генераторном режи-
ме при холостом ходе и номинальном напряжении. Линейное на-
пряжение машины подиодят к соответствующему прибору (анали-
затор гармонических составляющих, измеритель коэффициента
нелинейных искажений или осциллограф). Приборы можно под-
ключать через делитель напряжения или через трансформатор
напряжения. Для машин с номинальной частотой до 100 Гц изме-
рения следует проводить при частотах гармоник до 5000 Гц.
При использовании измерителя коэффициента нелинейных ис-
кажений коэффициент искажения синусоидальности кривой на-
пряжения К получают в процентах непосредственно со шкалы
прибора. Если коэффициент искажения К рассчитывают по ам-
плитудам отдельных гармонических составляющих ГД,
(измеренных непосредственно или полученных по данным разло-
жения кривой напряжения), то пользуются формулой
К= ЮО 1/ V U^/U^ (9.7)
Коэффициент телефонных гармоник kt в процентах определя-
ют при работе машины с основным возбудителем в режиме холо-
стого хода с номинальными напряжением и частотой с помощью
специального прибора или анализатора гармонических составляю-
щих напряжения. При использовании анализатора для каждого
из трех линейных напряжений величина рассчитывается по
формуле
йт-1001/ V ufa/U, (9.8)
где п — количество гармонических составляющих линейного на-
пряжения, частоты которых находятся в пределах от номинальной
до 5000 Гц; Ui—действующее значение i-й гармонической состав-
190
ляющей линейного напряжения, В; U — действующее значение ли-
нейного напряжения машины, В; А— весовой коэффициент, выби-
раемый по табл. 9.1, в зависимости от частоты i-й гармонической
составляющей напряжения.
Таблица 9.1
Частота, Гц Весом# жо»ф- фкцжеат Частота, Гц Весовой жо- тффяцжент X; Частота, Гц Весом# ш- хффнцмент Х|
16,66 0,00000117 1350 1,57 2700 1,96
50 0,0000444 1400 1.58 2750 1,96
100 0,00112 1450 1,60 2800 1,97
150 0,00665 1500 1,61 2850 1,97
200 0,0223 1550 1,63 2900 1,97
250 0,0556 1600 1,65 2950 1,97
300 0,111 1650 1,66 3000 1,97
350 0,165 1700 1.68 3100 1,94
400 0,242 1750 1,70 3200 1,89
450 0,327 1800 1,71 3300 1,83
500 0,414 1850 1,72 3400 1,75
550 0,505 1900 1,74 3500 1,65
600 0,595 1950 1,75 3600 1,51
550 0,691 2000 1,77 3700 1,35
700 0,790 2050 1,79 3800 1,19
750 0,895 2100 1,81 3900 1,04
800 1,000 2150 1,82 4СКЮ 0,890
850 1,10 2200 1,84 4100 0,740
900 1,21 2250 1,86 4200 0,610
950 1,32 2300 1,87 4300 0,496
1000 1,40 2350 1,89 4400 0,398
1050 1,46 2400 1,90 4500 0,316
1100 1,47 2450 1.91 4600 0,252
1150 1,49 2500 1,93 4700 0,199
1200 1,50 2550 1,93 4800 0J58
1250 1,53 2600 1,94 4900 0,125
1300 1,55 2650 1,95 5000 0,100
Коэффициент телефонных гармоник машины принимается рав-
ным наибольшему значению из трех полученных величин йт,
9.4. ИСПЫТАНИЕ НА ВНЕЗАПНОЕ ТРЕХФАЗНОЕ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
И СИНХРОННЫХ ИНДУКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Испытание на внезапное трехфазное короткое замыкание. Это
замыкание проводят для испытания механической прочности ма-
шины, а также для определения электромагнитных параметров
машины.
Непосредственно перед опытом машина должна работать в
режиме холостого хода с заданным напряжением при номиналь-
ной частоте вращения и отключенном автоматическом регуляторе
возбуждения (АРВ).
191
При проведении опыта замыкают накоротко обмотку якоря,
Если имеется последовательная обмотка возбуждения электро-
машинного возбудителя, то ее необходимо исключить. Если в ка-
честве основной системы возбуждения применена система само-
возбуждения с управляемыми вентилями нли высокочастотная
система возбуждения с неуправляемыми выпрямителями, то для
проведения рассматриваемого опыта следует использовать элек-
тромашннный возбудитель. При этом его номинальный ток дол-
жен в два раза или более превышать ток возбуждения холостого
хода испытуемой машины. Возбудитель в этом случае должен
иметь независимое возбуждение, а его последовательная обмотка
возбуждения, если она имеется, должна быть отключена.
Для оценки результатов испытаний механической прочности
узлов машины проводят их тщательный осмотр и испытывают
электрическую прочность изоляции обмотки якоря относительно
корпуса. Если необходимо исследовать в процессе опыта дефор-
мацию конструктивных узлов машины и их вибрацию, то устанав-
ливают соответствующие датчики
Опыт внезапного короткого замыкания используется для опре-
деления индуктивных сопротивлений, переходных функций и по-
стоянных времени. При этом замыкание трех фаз должно проис-
ходить практически одновременно с расхождением по времени не
более 15 эл. град. Для определения названных параметров осцил-
лографируют токи во всех фазах якоря и ток в цепи возбужде-
ния. Запись переходного процесса производят в течение времени,
равного примерно удвоенному значению переходной постоянной
времени по продольной оси при замкнутой накоротко обмотке
якоря, при этом установившиеся значения измеряют с помощью
приборов и регистрируют на осциллографе. Для измерения токов
короткого замыкания применяют безындукционные шунты или
измерительные трансформаторы.
Чтобы получить параметры, соответствующие ненасыщенному
состоянию машины, опыт внезапного короткого замыкания прово-
дят при нескольких значениях напряжения в пределах 0,1 ...0,4
номинального. Для каждого напряжения определяют параметры
и затем строят зависимости их изменения от начальных значений
переходного или сверхпереходного токов.
Ненасыщенные значения параметров определяют по этим зави-
симостям для токов, которые должны быть равны номинальному
току якоря.
Значения параметров, соответствующие насыщенному состоя-
нию машины, определяют в тех случаях, когда опыт короткого
замыкания может быть произведен при номинальном напряжении
на выводах машины. Если это невозможно, то проводят опыты
при напряжениях 0,3; 0,5 я 0,7 номинального; определяют пара-
метры для каждого опыта, строят зависимости параметров от на-
пряжения перед опытом и экстраполяцией определяют насыщен-
192
ные значения параметров, соответствующие номинальному напря-
жению.
По осциллограмме токов внезапного трехфазного короткого
замыкания находят зависимость изменения во времени апериоди-
ческой и периодической составляющих токов в каждой фазе яко-
ря, вычисляемые соответственно как алгебраические полусуммы и
алгебраические полуразности ординат верхней и нижней огибаю-
щих фазного тока якоря при коротком замыкании. Периодическую
составляющую тока якоря при коротком замыкании определяют
как среднеарифметическое периодических составляющих токов
трех фаз.
Рис. 9.4. К определению начально-
го значения переходной состав-
ляющей тока короткого замыка-
ния прн экспоненциальной
зависимости А/а=/(/)
Рис. 9.5. К определения начально-
го значения переходной состав-
ляющей тока короткого замыкания
если зависимость lg AZB=™
«/(f) не имеет линейного участка
Для определения переходной (Д/ж") и сверхпереходной (Д/<*)
составляющих тока из кривой изменения периодической состав-
ляющей тока якоря вычитают амплитуду установившегося тока
короткого замыкания /г(ео). Полученную разность, представляю-
щую сумму строят на графике в полулогарифмических
координатах. Начальное значение переходной составляющей тока
короткого замыкания определяют следующим образом. Если кри-
вая 1 (A/K=f (f), рис. 9.4), построенная в полулогарифмических ко-
ординатах, за исключением начальной части, представляет собой
7 Гмийерг О. Д. ‘93
прямую линию (соответствует экспоненте), то, экстраполируя ее
на ось ординат, определяют начальное значение Д/к'(0) пе-
реходной составляющей тока короткого замыкания. Если кри-
вая 1 Д/к=/(/), построенная в полулогарифмических коор-
динатах (рис. 9.5), не имеет прямолинейного участка, то из-
меряют амплитуду тока Ц, соответствующую времени ОА', где
отрезок ОА' принимают равным десяти периодам тока или вре-
мени, в течение которого сверхпереходямя составляющая стано-
вится незначительной. Затем определяют время OB', в течение
которого ток Л затухает до значения
(9.9)
Постоянную времени т<г' определяют как разность OB'—О А' в се-
кундах. Начальное значение переходной составляющей Д/ж'(0)
определяют экстраполяцией на ось ординат прямой 2, проведен-
ной через точки, соответствующие точкам h и 1В (рис. 9.5).
Сверхпереходную составляющую тока короткого замыкания
определяют как разность м жду кривой Д/к'+Д/к" и прямой,
определяющей значение АЛ/. Изменения сверхпереходной со-
ставляющей тока 2 во времени также строят в полулогарифмиче-
ских координатах (см. рис. 9.4). Экстраполяцией прямолинейной
части полученной кривой на ось ординат определяют начальное
значение сверхпереходной составляющей тока короткого замыка-
ния Д//'(0).
Апериодические составляющие токов всех фаз строят в зави-
симости от времени также в полулогарифмических координатах.
Экстраполяция этих кривых на момент возникновения короткого
замыкания дает начальные значения соответствующих токов.
Наибольшее возможное значение апериодической составляющей
тока может быть определено аналитически (в относительных или
физических единицах):
(9.10)
где /«s — начальное наибольшее абсолютное значение апериоди-
ческой составляющей тока, A; hi — начальное абсолютное значе-
ние апериодической составляющей тока в любой из двух других
фаз, А.
По осциллограмме тока в цепи возбуждения при внезапном
коротком замыкании обмотки якоря можно определить зависи-
мость периодической составляющей тока от времени как полураз-
ность ординат верхней и нижней огибающих осциллограммы тока
в обмотке возбуждения и построить ее в полулогарифмических
координатах. Начальное значение тока периодической составляю-
щей можно определить экстраполяцией полученной кривой на
время начала короткого замыкания, В случае, если затухание
периодической составляющей тока в цепи возбуждения отличает-
194
ся от экспоненциального закона, его начальное значение можно
определить экстраполяцией на .время начала короткого замыка-
ния касательной к основной части кривой.
Наибольший возможный ударный ток внезапного короткого
замыкания можно определить как сумму периодической и апе-
риодической составляющих через 0,5 периода после момента ко-
роткого замыкания.
Значение периодической составляющей для этого момента
времени определяют как сумму установившегося тока внезапного
короткого замыкания, переходной и
сверхпереходной составляющих тока.
Последние две составляющие берутся
на рис, 9.4 для соответствующего мо-
мента времени.
Значение апериодической составля-
ющей через 0,5 периода после момента
короткого замыкания определяют с
учетом затухания
(9.И>
где /«. макс — наибольшее возможное
значение апериодической составляю-
щей тока внезапного короткого замы-
кания, А; та —постоянная времени за-
тухания апериодической составляющей
тока, с.
Определение отношения короткого
замыкания и синхронных индуктивных
сопротивлений. Отношение короткого
Рис. 9.6, К определению отно-
шения короткого заыыкання и
синхронного индуктивного со-
противления по продольной осн
замыкания Хс определяют
как частное от деления тока возбуждения i’/о, соответствующего
номинальному напряжению по характеристике 1 холостого хода,
на ток возбуждения i/к, соответствующий номинальному току по
характеристике 2 установившегося трехфазного короткого замы-
кания (рис. 9.6);
(9.12)
Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси (Ха)
находят по характеристике холостого хода и короткого замыка-
ния как частное от деления напряжения U(ac> холостого хода,
взятого по прямолинейной части характеристики холостого хода
(или ее продолжению —прямая 3) при некотором токе возбужде-
ния, на ток 7(всу симметричного короткого замыкания, получае-
мый по характеристике короткого замыкания при том же токе
возбуждения (рис. 9.6):
Полученное таким образом сопротивление Ха является ненасы-
щенным.
7»
195
Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и по-
перечной осям могут быть определены из опыта с поворотом фа-
зы1; Однако для этого опыта необходим источник переменного на-
пряжения соответствующей частоты достаточной мощности с ре-
гулируемой фазой, что представляет определенные трудности и
поэтому этот метод используется редко.
В машинах с относительно небольшими механическими поте-
рями (меньше 1% от суммы потерь) синхронное индуктивное со-
противление по продольной оси может
быть определено методом отрицательного
возбуждения. При этом машина должна
работать параллельно с сетью без актив-
ной нагрузки при напряжении, близком
к номинальному. Во время опыта ток воз-
буждения уменьшают до нуля, изменяют
направление тока и плавно увеличивают
его до выпадения машины из синхрониз-
ма. Во время опыта измеряют напряже-
ние, ток якоря я ток возбуждения вплоть
до момента выпадения машины из синхро-
низма. Сопротивление Хч по поперечной
Рве. 9.7. К определению сип-оси
тронного индуктивного СОПрО- у у If Ilf! I, |Л1\ ?Q 14%
тивленвя по поперечной оси ме- л а—л г 1\и г "т Iе! > > 1у•14;
’°"" отричагилвого ’“«У*-где |е| —абсолютное значение ЭДС, оп-
ределяемое по спрямленной характерис-
тике 1 холостого хода (рис, 9,7), проведенной через точку характе-
ристики 2 холостого хода, соответствующую напряжению Ur, для
тока возбуждения ifT] Ur, {'^ — напряжение якоря и ток возбужде-
ния непосредственно перед нарушением синхронизма; Xd — синхрон-
ное индуктивное сопротивление по продольной оси, определенное
по той же спрямленной характеристике.
Если при проведении опыта удается определить ток якоря не-
посредственно перед нарушением синхронизма (/,), то
Zf=(/X/3/r). (9-15)
Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси
определяют методом малого скольжения. Для этого обмотку яко-
ря машины, работающей с малым скольжением, питают от источ-
ника симметричного напряжения от 0,01 до 0,2L/e, При этом на-
пряжение должно быть таким, чтобы машина не втягивалась в
синхронизм. Обмотка возбуждения должна быть разомкнута, ро-
тор вращается первичным двигателем со скольжением не более
0,01, а для машин с массивным ротором —не более 0,002, чтобы
исключить влияние на полученный результат токов, наведенных
при асинхронном режиме в успокоительных контурах. В момент
196
включения или отключения источника питания обмотки якоря
обмотка возбуждения должна замыкаться накоротко или на
сопротивление во избежание ее повреждения.
При проведении опыта измеряют приборами или записывают
на осциллограмму ток и напряжение якоря, напряжение иа об-
мотке возбуждения, скольжение и по возможности угол б. Сопро-
тивление Xq подсчитывают по измеренным во время опыта току
я напряжению якоря при максимальном напряжении Ufa на об-
мотке возбуждения (при этом угол 8 равен 90°):
*в=£4,../(/3/ммс). (9.16)
Если положение /ине не совпадает с С/Иин, то при расчете Хч
следует брать за основу /наке и напряжение при этом токе. Зна-
чение Uюн определяют как среднеарифметическое двух последо-
вательных минимумов огибающей кривой напряжения. Для конт-
роля полученных результатов из этого же опыта можно опреде-
лить Ха по результатам измерения напряжения и тока в момент,
когда напряжение на разомкнутой обмотке возбуждения равно
нулю. При этом
^^Ум.кЛ/3/ц»). (9.17)
Измерения целесообразно повторить при нескольких значениях
скольжения и экстраполировать полученные значения X, и Xd к
скольжению, равному кулю. Результаты определения Х5 из опыта
малого скольжения считают правильными, если полученное из
этого же опыта значение Х« совпадает с его значением, получен-
ным другим способом с погрешностью до 5%. Значения Хч, полу-
ченные из опыта малого скольжения, соответствуют ненасыщен-
ному состоянию машины.
Существует еще один способ определения синхронного индук-
тивного сопротивления по поперечной осн —метод нагрузки с из-
мерением угла между ЭДС машины и напряжением иа выводах.
Этот опыт проводится при работе испытуемой машины парал-
лельно с сетью или на выделенную нагрузку при номинальной
частоте. Активная мощность машины должна быть не менее 0,5
номинальной при коэффициенте мощности, близком к номиналь-
ному. При проведении опыта измеряют напряжение U, ток яко-
ря I, определяют угол ф между напряжением и током, а также
угол б (внутренний угол между векторами напряжения на выво-
дах и ЭДС машины), который удобно измерять стробоскопиче-
ским методом, и определяют
X9=U tg8/(/3/ (cos? — sin ?tg8)). (9.18)
Если значением активного сопротивления пренебречь нель-
зя, то
X„=(U sin (9.19)
197
где /rf=/sin(d + q>) — продольная составляющая тока якоря;
_/СО9(8+ф) — поперечная составляющая тока якоря; Я» — ак-
тивное сопротивление фазы обмотки якоря,
Если этот опыт проводят при номинальном напряжении, то
определяют насыщенные значения Xq для определенной нагрузки,
W. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕХОДНОГО И СВЕРХПЕРЕХОДНОГО
ИНДУКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси. Это
сопротивление Ха' определяют из опыта внезапного короткого
замыкания как отношение напря-
жения Г/(0) холостого хода, изме-
ренного непосредственно перед ко-
ротким замыканием, к начальному
значению /к(оо) периодической со-
ставляющей тока короткого замыка-
ния, из которого следует вычесть зна-
чение переходной Д//(0) составляю-
щей (см. рис. 9.4):
Xa=U (0)/{/3 [/к(оо) + Д/'ж (0)].
(9.20)
Переходное индуктивное сопро-
тивление может определяться и по
осциллограмме восстановления на-
пряжения якоря после отключения
Ряс, 9.8, К определению синхрон-
ного индуктивного сопротивления
по поперечной ося методом восста-
новления напряжения
симметричного короткого замыка-
ния на выводах машины. При этом
получают ненасыщенные значения индуктивного сопротивления,
Метод восстановления напряжения состоит в том, что испытуемая
машина вращается -с номинальной частотой при замкнутой нако-
ротко обмотке якоря. Ток возбуждения устанавливается соответ-
ственно линейной части характеристики холостого хода. Отключе-
ние установившегося трехфазного короткого замыкания необходи-
мо производить практически одновременно во всех трех фазах с
расхождением по углу в момент гашения дуги в пределах 180 эл.
град. Во время опыта осциллографируют линейные, напряжения я
токи якоря во всех фазах. На график (рис, 9.8) наносят в полуло-
гарифмических координатах разность установившегося и восста-
навливающегося напряжения U^y—U, которая устанавливается по
их амплитудам. Экстраполяция прямолинейной части этого графи-
ка на ось ординат позволяет определить начальное значение пе-
реходной составляющей напряжения ДУ'(О). Для получения на-
чального значения сверхпереходной составляющей напряжения
ДУ"(0) на том же графике можно построить разность между на-
198
пряжением, АУ'+АУ" и переходной составляющей напряжения
А У', экстраполируя ее иа момент отключения короткого замыкания.
Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси оп-
ределяют как отношение разности между установившимся напря-
жением У (со) и начальным значением переходной составляющей
напряжения АУ'(О) к току якоря 4, измеренному непосредствен-
но перед отключением короткого замыкания:
^=(У(оо)-ДУ'(0))/(/3/г). (9.21)
Если известны Ха, т'ы, т4, то переходное индуктивное сопро-
тивление
Х^=Х,Ъ/х'м, (9.22)
где т'ао — переходная постоянная времени по продольной оси при
разомкнутой обмотке якоря, с; — переходная постоянная вре-
мени по продольной оси, при замкнутой накоротко обмотке яко-
ря, с.
Сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной
оси. Это сопротивление Xd" получают экспериментально из опы-
тов: внезапного короткого замыкания; восстановления напряже-
ния; отключения питания илн питания обмотки якоря от внешнего
источника при двух положениях ротора и при произвольном по-
ложении ротора.
Из опыта внезапного короткого замыкания сверхпереходное
индуктивное сопротивление по продольной осн определяют как
отношение напряжения холостого хода У(0), измеренного непо-
средственно перед коротким замыканием, к начальному значению
периодической составляющей тока короткого замыкания, опреде-
ляемому из анализа осциллограммы:
X’d=U С0)/(/3 [/« (оо)+Д4 (0)+Д/к (0)]). (9.23)
Из опыта восстановления напряжения сверхпереходное индук-
тивное сопротивление по продольной оси определяют как отноше-
ние разности между установившимся напряжением У(<») и сум-
мой начальных значений переходной ДУ'(О) и сверхпереходпой
АУ"{0) составляющих напряжения к току 1К якоря, измеренного
непосредственно перед отключением короткого замыкания:
х;={у (оо) - [ДУ' (0) 4-ДУ" (0) ]}/(/3/Д (9.24)
Для определения сверхпереходных индуктивных сопротивлений
из опыта отключения питания машину с замкнутой накоротко об-
моткой возбуждения приводят во вращение со скольжением мень-
ше 1%; обмотку якоря подключают к симметричному трехфазяо-
му источнику номинальной частоты с пониженным напряжением
(5... 10%) Уи. Отключение следует производить при продольном
199
или поперечном положении ротора, которое определяется путем
измерения внутреннего угла й между векторами напряжения и
ЭДС машины. Во время опыта регистрируют линейные напряже-
ния, токи якоря и положение ротора. Отключение машины сле-
дует производить при продольном положении ротора. Сверхпере-
ходное индуктивное сопротивление по продольной оси в этом
случае
^«ДУо/(/37(О)), (9.25)
где 7(0)—ток якоря в момент, предшествующий отключению ма-
шины; — мгновенное уменьшение напряжения якоря в момент
отключения машины.
Определение сверхпереходных индуктивных сопротивлений из
опыта питания обмотки якоря от внешнего источника при двух
положениях неподвижного ротора производят при подключении
к двум любым линейным выводам обмотки якоря источника пере-
менного тока пониженного напряжения номинальной частоты;
при этом обмотка возбуждения замкнута накоротко. В результате
опыта получают значения параметров, соответствующих скольже-
нию, равному единице. Длительность приложения напряжения
должна быть ограничена во избежание перегрева частей ротора.
Медленно поворачивая ротор, находят положения, в которых ток
в обмотке возбуждения имеет максимальное и практически нуле-
вое значение. Первое положение соответствует продольной оси,
второе—поперечной. В этих положениях измеряют приложенное
напряжение U, ток в обмотке якоря 7 и потребляемую мощность
Р. Напряжение, ток и мощность измеряют при максимальном то-
ке в обмотке возбуждения. Если опыт не может быть выполнен
при номинальном токе или номинальном напряжении, то для
определения параметров, соответствующих пусковым условиям
нли ненасыщенному состоянию машины, можно провести несколь-
ко опытов при различных значениях приложенного напряжения
(но не ниже 0,2 от номинального). По полученным данным строят
зависимость определяемого параметра от приложенного напряже-
ния или тока в обмотке якоря. Сверхпереходное индуктивное со-
противление по продольной оси
x;=/z; -а, (9.26)
где
z;=7//(2/); J?;=p/(2/2),
Определение сверхпереходных индуктивных сопротивлений из
опыта питания обмотки якоря от внешнего источника при произ-
вольном положении неподвижного ротора производят при пооче-
редном подключении каждых двух линейных выводов обмотки
якоря испытуемой машины к источнику переменного тока пони-
200
жеиного напряжения; при необходимости ротор машины заторма-
живают, Измеряют приложенное напряжение, ток и мощность
цепи якоря и ток в обмотке возбуждения прн подключении каж-
дой пары выводов. По результатам измерений определяют индук-
тивные сопротивления между каждой парой линейных выводов
обмотки якоря (Xls; Х23; Х3|) по формуле (9.26).
Тогда саерхлереходное индуктивное сопротивление по про-
дольной оси
Аг;=Хср + ДХ, (9.27)
где Хер= (Xu+Xja+XjtJ/S; AX=-^-j/ XjjfXij—Х53)+Х23(Х2э—
-X31)+XS1(XS1-X15)= V (Хср-Х12)»+ -Х31)/3^’
Величина ДХ в формуле (9.27) положительна, если наиболь-
шему из трех измеренных индуктивных сопротивлений якоря со-
ответствует максимальное из трех значений тока в цепи возбуж-
дения, а если соответствует минимальное из трех значений тока
в цепи возбуждения, то величина ДХ отрицательна.
Сверхпереходное индуктивное сопротивление по поперечной
оси X, находят из опытов отключения питания, питания обмотки
якоря от внешнего источника при двух положениях ротора и пи-
тания обмотки якоря от внешнего источника при произвольном
положении ротора.
Все перечисленные опыты проводят так же, как для определе-
ния сверхпереходных индуктивных сопротивлений по продольной
оси. При использовании метода отключения питания обмотки яко-
ря от источника пониженного напряжения отключения осуществ-
ляют при поперечном положении ротора, Сверхпереходные индук-
тивные сопротивления по поперечной оси определяют по форму-
лам, приведенным в настоящем параграфе, в которых индекс d
следует заменить иа индекс q. В формуле (9.27) перед ДХ ставят
плюс, когда наибольшему сопротивлению соответствует минималь-
ное значение из трех значений тока в цепи возбуждения, и ми-
нус, когда наибольшему из трех измеренных сопротивлений якоря
соответствует максимальное из трех значений тока в цепи возбуж-
дения.
М. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ОБРАТНОЙ И НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
РАССЕЯНИЯ ЯКОРЯ И РАСЧЕТНОГО ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Индуктивное и активное сопротивления обратной последова-
тельности. Эти сопротивления определяются из опытов установив-
шегося двухфазного короткого замыкания или обратного чередо-
вания фаз.
201
В опыте установившегося двухфазного короткого замыкания
испытуемую машину с замкнутыми между собой двумя фазами
вращают первичным двигателем с номинальной частотой прн на-
личии возбуждения к измеряют ток короткого замыкания /к2,
ток возбуждения, напряжение (U) между линейнымя выводами
разомкнутой и одной нз замкнутых фаз и потребляемую мощ-
ность (Р). Измерения производят
Рис. 95. Схема для проведения опы-
та двухфазного короткого замыкания
с целью определения индуктивного и
актзвного сопротивлений обратной
последовательности
Индуктивное Х5 и активное
довательностн
при нескольких значениях тока
короткого замыкания. Схема для
проведения опыта приведена иа
рис. 9.9. Чтобы избежать чрезмер-
ного нагрева ротора, продолжи-
тельность опыта при токах выше
0,1 /а ограничивают временем, не-
обходимым для отсчетов по при-
борам. У явнополюсных машин,
если это позволяет уровень виб-
рации, ток во время испытаний
может быть доведен до номи-
нального значения, а у неявного-
люсиых машин ток якоря, как
правило, не рекомендуется уста-
навливать выше 0,5/н.
!а сопротивления обратной после-
Х,=р;(/з/2й);
r2~V ич^-ру^зй).
(9.28)
(9.29)
Очень важно при испытаниях определять форму кривых напря-
жения и тока, и в случае отклонения их от практически синусои-
дальных в расчет необходимо принимать значения, соответствую-
щие основным гармоникам. Если при опыте измеряют также
реактивную мощность, то
^3=^/3 (/»+№ (9.30)
/?2==t/3Q/(/3 (/»+(?)). (9.31)
По полученным нз опытов значениям Х2 и Ri, рассчитанным для
каждого измеренного /щ, строят их зависимости от тока. Для по-
лучения ненасыщенных значений Xt и Я2 следует экстраполиро-
вать полученные зависимости на значение тока короткого замы-
кания, равного /3?,.
В опыте обратного чередования фаз испытуемая машина с
замкнутой накоротко обмоткой возбуждения, вращающаяся с но-
минальной частотой, питается от постороннего источника пони-
202
женного симметричного напряжения, равного (0,02... 0,2) UB с об-
ратным чередованием фаз, т, е. в режиме электромагнитного тор-
моза со скольжением, равным двум. При этом измеряют напря-
жение и ток во всех трех фазах и подведенную мощность.
Полное, активное и индуктивное сопротивления обратной пос-
ледовател ьности
Z2«£///3/; (9.32)
/?2=Р/(3/’); (9.33)
X2=/Z2-/& (9.34)
где Р — мощность, подведенная к обмотке якоря, В-А; / — сред-
ний измеренный ток, A; U — среднее приложенное напряжение, В.
Индуктивное и активное сопротивления определяют для каж-
дого значения приложенного напряжения, а затем строят их за-
висимость от тока. Если опытным путем определены значения
Хл" и Xq", то индуктивное сопротивление обратной последователь-
ности
X2=(Xd+Z;)/2. (9.35)
Индуктивное и активное сопротивления нулевой последователь-
ности. Эти сопротивления определяют из опытов однофазного пи-
тания трех фаз испытуемой машины и установившегося короткого
замыкания двух фаз на нейтраль.
В опыте однофазного питания трех фаз машина вращается с
номинальной частотой (или близкой к номинальной) при замкну-
той накоротко обмотке возбуждения. В этом случае все три фазы
обмотки якоря соединяют последовательно в разомкнутый тре-
угольник. Измеряют напряжение (</), ток (/) и мощность (Р)
при нескольких значениях приложенного напряжения. Напряже-
ния выбирают так, чтобы ток в обмотке якоря не превышал номи-
нального значения. Можно определять индуктивное и активное
сопротивления нулевой последовательности и при параллель эм
соединении фаз обмотки.
При последовательном соединении фаз обмотки активное со-
противление Ro нулевой последовательности, а также полное со-
противление Zo можно определить по формулам (9.32) и (9.33),
заменив Zj и R? соответственно на Zo и Ra.
При параллельном соединении фаз обмотки
Я0=ЗР//а; (9.36)
Zo = 3(7//. (9.37)
Индуктивное сопротивление нулевой последовательности опре-
деляется по формуле (9.34), в которой X следует заменить на Хо»
a Z2 и Я2 соответственно на Za и Rq. Хо и Ro определяют для
203
ууплгп значения прялозкенного напряжения и строят их зависи-
мость от тока.
В опыте установившегося
нейтраль испытуемая машина
обмотка якоря соединяется в
короткого замыкания двух фаз на
вращается с номинальной частотой,
звезду, а две фазы замыкают на
нейтраль (рис. 9.10). Машину
возбуждают и измеряют напря-
жение между выводом разомкну-
той фазы и нейтралью (U), ток,
протекающий в перемычке от
замкнутых накоротко выводов к
нейтрали (/о), и мощность (Р).
Измерения проводят при несколь-
ких значениях тока в нейтрали.
Значение тока и длительность
Рис, 9.10. Схема для проведения опы-
та установившегося короткого замы-
кайля двух фаз иа нейтраль
проведения опыта ограничивают-
ся условиями нагревания ротора
или возможностью появления не-
допустимых вибраций. Индуктив-
ное и активное сопротивления нулевой последовательности
УТрД- fn/fa (9.38)
Rt-P/fc (9.39)
При существенном отклонении кривых напряжения и тока от
практически синусоидальной формы в расчете следует учитывать
значения основных гармоник. Если при опыте измеряют реактив-
ную мощность Q, то
х‘=и'т£ф--
b-v'lgip-
(9.40)
(9.41)
По полученным из опытов значениям Хо и Ro, рассчитанным
для каждого измеренного /о, строят их зависимости от тока. Не-
насыщенное значение Хо и Ro можно получить экстраполяцией
полученных зависимостей на значение тока в нейтрали, равного
трехкратному номинальному току.
Индуктивное сопротивление рассеяния якоря. Это сопротивле-
ние Хв определяют при вынутом роторе и питании трех фаз об-
мотки якоря от постороннего источника напряжения номинальной
частоты. Измеряют приложенное линейное напряжение U, линей-
ный ток I и подводимую мощность Р. По этим параметрам опре-
деляют индуктивное сопротивление фазы якоря Ха, используя
204
формулы (9.32)—(9.34), заменив в них индексы <2> на индек-
сы <а>.
Далее находят индуктивное сопротивление Хь, обусловленное
потоком на активной поверхности якоря, создаваемым обмоткой
якоря в том пространстве, которое обычно занимает ротор. Для
Рис, 9.11. К определению расчетного
индуктивного сопротивления графи-
ческим методом
этого на активной поверхности
статора помещают контрольную
катушку, длина которой равна
полной длине сердечника стато-
ра, а ширина — полюсному деле-
нию. Активные стороны катушки
укрепляют над клиньями пазов, а
лобовые оттягивают растяжками
по радиусам к осн машины в
плоскостях, ограничивающих па-
кет сердечника статора для пре-
дохранения их от влияния пото-
ков рассеяния вокруг лобовых
частей обмотки. К контрольной
катушке присоединяют вольтметр
с возможно большим внутренним
сопротивлением. Индуктивное со-
противление, обусловленное потоком на активной поверхности
якоря,
(9.42)
где — напряжение, измеренное на контрольной катушке; I—
линейный ток; ш — количество последовательно соединенных вит-
ков одной фазы обмотки якоря; k — обмоточный коэффициент
обмотки якоря; о>к — количество витков контрольной катушки,
При дробном числе пазов на полюс и фазу в якоре ширина
контрольной катушки выбирается равной наибольшему целому
числу пазов, заключенному в полюсном делении; тогда
. f N Я
sin ~. —
\ 3? 2
X^U.wk
(9.43)
где N — наибольшее целое число пазов, заключенных в полюсном
делении; $ —дробное число пазов на полюс и фазу.
Искомое индуктивное сопротивление рассеяния
Хв=Ха-Хь. (9.44)
Расчетное индуктивное сопротивление. Это сопротивление Хр
определяют с помощью графических построений по характеристи-
кам холостого хода, установившегося трехфазного короткого за-
мыкания и по точке А нагрузочной характеристики, соответствую-
щей номинальным значениям напряжения и тока якоря в режиме
перевозбуждения с коэффициентом мощности, близким к нулю
205
(рис. 9.11). Влево от точки А параллельно оси абсцисс отклады-
вают отрезок ДГ, равный току возбуждения Ли при номинальном
токе якоря (по характеристике 1 установившегося трехфазного
короткого замыкания). Из точки F проводят линию параллельно
начальной части характеристики 2 холостого хода до пересечения
с последней в точке Н. Перпендикуляр из точки Н на линию AF
(отрезок HG) пропорционален падению напряжения Uhg на ин-
дуктивном сопротивлении при номинальном токе якоря
Расчетное индуктивное сопротивление
ХР=У„0/(/3/1). (9.45)
Приближенно для машин с номинальной частотой до 100 Гц
Х^аХа. (9.46)
Для машин с явновыраженными полюсами на роторе а=1; для
машин с неявновыраженными полюсами а=0,6...0,65.
9.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИ
Переходная постоянная времени по продольной осн. Для расче-
та и анализа переходных процессов в синхронных машинах необ-
ходимо знать постоянные времени, определяемые эксперимен-
тально. Переходную постоянную времени по продольной оси при
разомкнутой обмотке якоря (r'do) находят по данным опытов га-
шения поля при разомкнутой обмотке якоря, ударного возбужде-
ния, восстановления напряжения и отключения питания.
Опыт гашения поля проводят на машине, приводимой во вра-
щение с номинальной частотой; производят внезапное замыкание
накоротко обмотки возбуждения. Для ограничения тока короткого
замыкания источника питания обмотки возбуждения рекоменду-
ется последовательно с ним вводить добавочное сопротивление.
Опыт можно проводить при разомкнутой или замкнутой нако-
ротко обмотке якоря.
Для определения переходной постоянной времени по продоль-
ной оси при разомкнутой обмотке якоря гашение поля должно
проводиться при номинальном напряжении на выводах машины.
Во время опыта осциллографируют напряжение якоря и ток в
обмотке возбуждения или напряжение на кольцах. Напряжение
якоря, соответствующее моменту начала гашения поля, прини-
мают за исходное.
Разность напряжения якоря, полученного из осциллограммы и
остаточного напряжения машины для различных моментов време-
ни, строят на графике в полулогарифмических координатах. Вре-
мя, в течение которого указанная разность напряжений умень-
шится до 0,368 своего первичного значения, соответствует т'ао-
Опыт ударного возбуждения проводят на вращающейся с но-
минальной частотой машине, обмотку возбуждения которой вне-
206
запно подключают к цепи якоря или предварительно возбужден-
ного возбудителя или другого источника, обеспечивающего ста-
бильное напряжение на зажимах обмотки возбуждения. Напря-
жение источника выбирают так, чтобы установившийся ток воз-
буждения соответствовал прямолинейной части характеристики
холостого хода. Обмотка якоря при опыте может быть разомкиу-
определения переходной по-
Рис, 9.12. К определению переход-
ной постоянной времени по про-
дольной оси методом восстановле-
ния напряжения
той или замкнутой накоротко. Для
стоянкой временя по продольной
осн прн разомкнутой обмотке якоря
необходимо осциллографировать
напряжение и ток возбуждения и
кроме того напряжение якоря.
По осциллограмме определяют раз-
ность между установившимся и
текущим значениями напряжения
якоря и строят эту разность в функ-
ции времени в полулогарифмиче-
ских координатах. Прямолинейную
часть этой кривой экстраполируют
на ось ординат, определяя таким
образом начальное значение пере-
ходной составляющей. Время, в те-
чение которого переходная состав-
ляющая уменьшится до 0,368 свое-
го первоначального значения, соответствует 1%.
Искомое значение т^в можно определить также по изменению
тока возбуждения. Для этого по характеристике холостого хода
следует определить ток возбуждения, соответствующий установив-
шемуся значению напряжения якоря, и отложить в полулогариф-
мических координатах разность между этим током и текущими
значениями тока возбуждения в функции времени.
Переходную постоянную времени по продольной оси при
разомкнутой обмотке якоря можно определить и из опыта восста-
новления напряжения. Время, в течение которого переходная со-
ставляющая напряжения Д(/ (рис. 9.12) уменьшается до 0,368
своего первоначального значения, соответствует т'йо.
При использовании опыта отключения питания при продоль-
ном положении ротора напряжение якоря, определенное по осцил-
лограмме (за вычетом остаточного напряжения У(оо)), строят в
функции времени (рис. 9.12). Прямолинейную часть полученной
кривой 1 экстраполируют на ось ординат и определяют начальное
значение переходной составляющей. Время, в течение которого
переходная составляющая уменьшается до 0,368 своего первона-
чального значения, соответствует т'м.
Если из предыдущих опытов определены Ха, Х'л и x'd, то
(9.47)
207
xta=taXd!Xa.
Переходную постоянную времени по поперечной оси при
разомкнутой обмотке якоря •t'r# определяют по опыту отключения
питания при поперечном положении ротора.
Переходную постоянную времени по продольной осн при зам-
кнутой накоротко обмотке якоря т/ можно определить по данным
опытов внезапного трехфазиого короткого замыкания и гашения
поля при замкнутой накоротко обмотке якоря, а также из опыта
ударного возбуждения. При всех опытах осциллографируют соот-
ветствующие токи. Переходную постоянную времени по продольной
оси при замкнутой накоротко обмотке якоря определяют по разно-
сти между установившимся и переменным значениями тока якоря.
Время, в течение которого разность токов уменьшается до величи-
ны, равной 0.368 своего первоначального значения, соответст-
вует Kd'.
Если опытным путем определены т'й. Х& и X/, то
trf=tabXdlXa. (9.48)
Сверхлереходная постоянная времени по продольной оси. Сверх-
переходную постоянную времени по продольной осн при разомкну-
той обмотке якоря определяют из опыта восстановления напря-
жения (см. § 9.5 и рис. 9.8). Время, в течение которого сверхпере-
ходная составляющая напряжения ДУ" (см. рис. 9.8) уменьшается
до 0,368 своего перво начального значения, соответствует х"ло-
Если опытным путем были определены Ха, Хл” и сверхпереход-
ная постоянная времени по продольной оси при замкнутой накорот-
ко обмотке якоря т</', то
tdz=XdXdlXa. (9.49)
Сверхпереходпую постоянную времени по продольной оси при
замкнутой накоротко обмотке якоря (т/') находят из опыта вне-
запного трехфазного короткого замыкания на выводах машины,
как это показано в § 9.5.
Постоянные времени апериодической составляющей тока якоря,
контура возбуждения и успокоительного контура. Из опыта по за-
туханию периодической составляющей тока в цепи возбуждения
определяют постоянную времени апериодической составляющей
тока якоря тв. Время, в течение которого периодическая составляю-
щая тока в цепи возбуждения уменьшится до 0,368 своего первона-
чального значения, соответствует т0.
Постоянные времени контура возбуждения и успокоительного
контура по продольной оси находят расчетно-экспериментальным
методом из опытов гашения поля при холостом ходе с напряже-
нием, соответствующим линейной части характеристики холостого
хода, и внезапном коротком замыкания обмотки возбуждения; хо-
лостом ходе с напряжением, соответствующим линейной части ха-
рактеристики холостого хода, и внезапном замыкании обмотки
208
возбуждения на добавочный резистор; коротком замыкании с по-
минальным током и внезапном коротком замыкании обмотки воз-
буждения; коротком замыкании с номинальным током и внезапном
коротком замыкании обмотки возбуждения на добавочный ре-
зистор.
В первых двух опытах осциллографируют затухание напряже-
ния якоря и определяют переходные постоянные времени по про-
дольной оси прн разомкнутой обмотке якоря без добавочного ре-
зистора в цепи возбуждения тао и с добавочным резистором r'dor-
В третьем и четвертом опытах осциллографируют затухание
тока якоря и определяют постоянные времени по продольной оси
при замкнутой накоротко обмотке якоря без добавочного резистора
в цепи возбуждения т/ и с добавочным резистором ч'а*.
Кроме того, во всех четырех опытах осциллографируют затуха-
ние тока в обмотке возбуждения для определения сверхпереходных
постоянных времени: т"йо; т"л>г; т"<1 и t"dr (обозначение индексов
аналогично обозначению для переходных постоянных времени).
Постоянные времени контура возбуждения тц и успокоительно-
го контура тщ по продольной оси при замкнутой накоротко обмот-
ке якоря
(1 + Д) [(td - < J+(rd - r’dr )]/л; (9.50)
tid = (Vdr + Tdr) - [(trf - Vdr) + (Td - Xdr)]/C. (9.51)
где а —кратность добавочного сопротивления, определяемая отно-
шением сопротивления добавочного резистора к сопротивлению об-
мотки возбуждения.
По аналогичным формулам определяют постоянные времени
контура возбуждения тзд н успокоительного контура ti*, при
разомкнутой обмотке.
9.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУСКОВЫХ ТОКОВ И ВРАЩАЮЩИХ МОМЕНТОВ
СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И КОМПЕНСАТОРОВ
Методы определения пусковых токов и вращающих моментов
синхронных двигателей и синхронных компенсаторов, не имеющих
пусковых двигателей, в основном идентичны методам, применяемым
для той же цели в асинхронных двигателях. Рассмотрим некоторые
дополнительные требования и условия при определении таких пара-
метров в синхронных двигателях и компенсаторах.
Обмотку возбуждения следует замыкать накоротко или на ре-
зистор. Для двигателей мощностью 100 кВт и ниже наибольшее
подводимое напряжение составляет Уы=(1±011)С,в, для двигате-
лей и синхронных компенсаторов большей мощности —Ум>0,51/в.
209
В этом случае начальные пусковые ток /н я момент Мм опреде-
ляют приведением к номинальному напряжению
/ кк ((/<— ^ЛсМ^/ц— <ЛХ
(9,52)
Af м=AfKM (/кя/Лм^2» (9.53)
где — напряжение, соответствующее отрезку, отсекаемому на
оси абсцисс касательной 1 к кривой 2, изображающей зависимость
тока от напряжения (рнс. 9.!3), В; /км — наибольший ток при испы-
Ряс. 9.13. К определению печального пус-
кового тока п начального пускового мо-
мента
тании, соответствующий
и„\ Л1км — вращающий
момент, измеренный или
рассчитанный при напря-
жении Uк, Н-м.
Начальные пусковые
ток и момент могут быть
определены из опыта пус-
ка иен а груженного двига-
теля. Для этого испытуе-
мую машину приводят во
вращение в направлении,
противоположном основ-
ному, с частотой 0,2 ...0,3
номинальной, включают
ее в сеть и регистрируют с
помощью осциллографа
процессы разгона; допускается производить пуск из неподвижного
состояния.
Для приближения получаемой из опыта пуска динамической
моментной характеристики к статической длительность разгона
увеличивают за счет присоединения к двигателю дополнительной
маховой массы.
Если прямая тарировка записи динамического момента или
углового ускорения невозможна, то допускается определять мас-
штаб момента по изменению частоты вращения. Для этого необ-
ходимо на осциллограмме пуска (рис. 9.14) выбрать близкий к пря-
молинейному участок кривой Л!д так, чтобы за соответствующий
ему отрезок времени Af приращение частоты вращения Ал соста-
вило не менее 20% синхронной частоты, и вычислить на этом участ-
ке среднее значение динамического момента (Н-м)
Л^Л.ер=п/дл/(30Д/), (9.54)
где / — момент инерции ротора и дополнительных маховых масс.
Затем следует найти ординату кривой Мд(Лм.ер), соответствующую
среднему моменту Л!д.ср на участке А/ (по равенству площадей фи-
гур Q}~Qz)t я определить масштаб (Н-м/мм) кривой динамиче-
ского момента:
/ям=Л4л,ср/Ли,ср.
210
Минимальный вращающий момент, развиваемый двигателем в
процессе асинхронного Пуска, определяют способами, изложенными
в § 8.4. Эти же методы пригодны для определения номинального
входного момента синхронного даигателя, который определяют при
частоте вращения, равной 0,95 синхронной ($^0,05),
Максимальный вращающий момент явнополюсных и иеявяопо-
люсных синхронных машин обычно определяют расчетом при номи-
нальном напряжении якоря, частоты и тока возбуждения,
Рне. 9.14. К определению масштаба кривой дина-
мического момента
Вопросы для самопроверки
1. Что входит в программу приемо-сдаточных испытаний синхронных машин?
2, При обработке результатов испытаний синхронных машин какие пара-
метры принято выражать в физических единицах, а какие в относительных?
3. Что понйыается под «насыщенным» и «ненасыщенным» значением пара-
метра?
4. Какому правилу в части соединения обмоток я, в частности, соединения
фаз якоря следует придерживаться при испытании синхронных машин?
5. Какие особенности имеет снятие характеристики холостого хода при ра-
боте синхронной машины в режиме иенагруженпого двигателя?
6. Как можно снять характеристику холостого хода на выбеге синхронной
машины?
7. Как определяется при испытаниях симметричность напряжения синхрон-
ных генераторов?
8. Как можно снять характеристику трехфазного короткого замыкания син-
хронного генератора н определить прн этом ток третьей гармонической?
9. Можно ля снять характеристику короткого замыкания синхронной ма-
шины на выбеге?
10. В каких режимах (генератора или двигателя) может быть проведено из-
мерение тока возбуждения ненагруженной синхронной машины в режиме пере-
возбуждения при номинальных напряжении и токе якоря? Какой при этом дол-
жен быть коэффициент мощности?
11. Как с помощью графических построений можно определить номиналь-
ный ток возбуждения синхронной машины в случае, если непосредственная но-
минальная нагрузка при испытаниях не может быть осуществлена?
12. Как снять регулировочную характеристику синхронной машины?
13, Что характеризует коэффициент искажения синусоидальности кривой
напряжения синхронного генератора н как его рассчитать?
21!
14. Какие приборы могут служить для определения коэффициента иска-
жения синусоидальности кривой напряжения при подведения к ним линейных
напряжений синхронных машин?
15. Как по результатам измерения трех линейных напряжений синхронных
генераторов определить коэффициент телефонных гармоник?
16. Как проверяется механическая прочность синхронной машины?
17, Ках проводится испытание яа внезапное трехфазкое короткое замыка-
ние синхронных машин?
18, Какие требования предмвляются к одновременности замыкаяяя трех
фаз при опыте внезапного короткого замыкания? и
19. Можно ли использовать опыт внезапного короткого замыкания для оп-
ределения индуктивных сопротивлений, переходных функций и постоянных вре-
мени? Какие измерения следует для этого сделать?
20, Как следует проводить опыт внезапного короткого замыкания, чтобы
получить «ненасыщенные) и «насыщенные» значения параметров?
21, Как из опыта внезапного короткого замыкания можно определить по ос-
циллограммам токов переходную и сверхпереходную составляющих тока якоря?
22. Через какую часть периода после момента короткого замыкания возни-
кает наибольший возможный ток внезапного короткого замыкания н сумму ка-
ких составляющих он представляет?
23. Из каких слагаемых состоит периодическая составляющая тока вне-
аапного короткого замыкания для каждого момента временя?
24. Из каких двух характеристик можно определить ненасыщенное синхрон-
ное индуктивное сопротивление машины по продольной оси (*d)?
25. Как можно определить синхронное индуктивное сопротивление по про-
дольной осн машины методом отрпцательного возбуждения (для машин с от-
носительно небольшими механическими потерями)?
26. Как можно определить ненасыщенное значение индуктивного сопротив-
ления машины по поперечной осн (х,) методом малого скольжения?
27. Как осуществляется способ определения синхронного индуктивного со-
противления по поперечной оси методом нагрузки с измерением угла между
ЭДС машины я напряжением на выводах?
28 Как нз опыта внезапного короткого замыкания определить переходное
индуктивное сопротивление машины по продольной оси (x'd)?
29. Как можно определить переходное индуктивное сопротивление машины
методом восстановления напряжения?
30, Какие методы применяются для определения сверхпереходного индук-
тивного сопротивления по продольной осн (х'd)?
31. Как определить сверхпереходное индуктивное сопротивление машины по
продольной оси методом отключения питания?
32. Как определять еверхпереходные индуктивные сопротивления машины
по продольной оси методом питания обмотки якоря от внешнего источника при
двух положениях неподвижного ротора?
33, Как определить сверхпереходное сопротивление машины по продольной
оси методом питания обмотки якоря от внешнего источника при произвольном
положении неподвижного ротора?
34 Какие методы применяются для определения сверхпереходкых индук-
тивных сопротивлений по поперечной оси (r"d)?
35. Как опытным путем определить индуктивное (х?) я активное (/?ч) со-
противления обратной последовательности синхронных машин?
36. Как выполняется опыт установившегося двухфазного короткого замы-
ияия?
37. Каких ограничений по времени проведения опыта установившегося двух-
фазного короткого замыкания и по величине тока короткого замыкания следу-
ет придерживаться, чтобы избежать прн этом чрезмерного нагрева ротора?
38. как следует поступать в случаях, если прн проведении опыта устано-
вившегося двухфазного короткого замыкания определенная с помощью осдил-
212
реходную nt
ря
54. Как
лографа форма кривых напряжений я тока отличается от практически синусо-
идальной?
39. Как определить ненасыщенные значения индуктивных я активных со-
противлений обратной последовательности синхронных машин из опыта уста-
новившегося двухфазного короткого замыкания?
40. Как осуществляется опыт для определения индуктивного и активного
сопротивлений обратной последовательности методом обратного чередования
фаз?
41. Как опытным путем определять индуктивное сопротивление пулевой по-
следовательности синхронных машин?
42. Как проводится опыт однофазного питания трех фаз с целью определе-
ния индуктивного и активного сопротивлений нулевой последовательности син-
хронных машин?
43 Как проводится опыт установившегося короткого замыкания двух фаз
на нейтраль с целью определения индуктивного я активного сопротивлений ну-
левой последовательности синхронных машин?
44. Как можно определить ненасыщенные значения индуктивного и активно-
го сопротивления нулевой последовательности из опыта установившегося ко-
роткого замыкания двух фаз на нейтраль?
45, Как опытным путем можно определить индуктивное сопротивление рас-
сеяния якоря (ха)?
46. Как с помощью графических построений на базе характеристики холо-
стого хода, установившегося трехфазного короткого замыкания и по номиналь-
ной точке нагрузочной характеристики можно определить расчетное индуктив-
ное сопротивление синхронной машины (хр)?
47. С какой целью следует определить опытным путем постоянные временя
синхронных машин?
48. По каким опытам можно определить переходную постоянную времени
по продольной оси прн разомкнутой обмотке якоря (т'аа)?
49. Как проводится опыт гашения поля при разомкнутой обмотке якоря
с целью определения переходной постоянной времени по продольной оси?
50. Как проводится опыт ударного возбуждения с целью определения пе-
реходной постоянной временя по продольной осп?
51. Как определить переходную постоянную времени по продольной осн при
разомкнутой обмотке якоря из опыта восстановления напряжения?
52 Как можно определить переходную постоянную времени по продольной
□си при разомкнутой обмотке якоря машины по методу отключения питания при
продольном положении ротора?
53. Как из опыта восстановления напряжения можно определить сверхле-
стоянную времени по продольной оси при разомкнутой обмотке ико-
на опыта внезапного трехфазного короткого замыкания на выводах
машины определить сверхпереходиую постоянную времени по продольной оси
при замкнутой накоротко обмотке якоря (т"*)?
55. Как по опыту внезапного трехфазного короткого замыкания определить
постоянную времени апериодичной составляющей тока якоря (та)?
56. Какие опыты гашения поля следует провести для определения постоян-
ных времени контура возбуждения и успокоительного контура по продольной
осн при замкнутой накоротко или при разомкнутой обмотке якоря?
57. Какие требования и условия к определению пусковых токов и вращаю-
щих моментов синхронных двигателей и компенсаторов предъявляются допол-
нительно к тем, которые учитываются прн испытании асинхронных двигателей?
58. Какими методами можно определить номинальный входной момент
синхронного двигателя?
59. Каким методом следует определять значения начальных пусковых токов
к моментов, если опыт проведен прн пониженном напряжении?
60 Как определить начальные пусковой ток и момент из опыта пуска йена-
груженного двигателя?
213
ГЛАВА 10
ИСПЫТАНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА,
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
И ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ
Ш. ИСПЫТАНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Программы испытаний. Как указано в § 1.2, наиболее полными
испытаниями являются приемочные. Для машин постоянного тока
ГОСТ 183 предписывает следующую программу приемочных ис-
пытаний, по которой: измеряют сопротивления изоляции обмоток
относительно корпуса -машины и между обмотками и сопротивле-
ния обмоток при постоянном токе в практически холодном состоя-
нии; испытывают машину при повышенной частоте вращения, изо-
ляцию обмоток на электрическую прочность относительно корпуса
машины и между обмотками и электрическую прочность межвит-
ковой изоляции обмоток; определяют ток возбуждения генератора
иля частоту вращения двигателя при холостом ходе (для двигате-
лей с последовательным возбуждением — при независимом возбуж-
дении) и характеристики холостого хода, проверяют коммутацию
при номинальной нагрузке и кратковременной перегрузке по току
(для машин мощностью свыше 500 кВт допускается проводить это
испытание в режиме короткого замыкания); определяют внешнюю
характеристику генератора или механическую (скоростную) харак-
теристику двигателя и регулировочную характеристику генератора
или двигателя; испытывают машину на нагревание; определяют об-
ласти безыскровой работы (для машин с добавочными полюсами)
и коэффициент полезного действия; измеряют вибрацию, биение
коллектора, уровень радиопомех и шума.
В программу приемо-сдаточных испытаний машин постоянного
тока входит первые семь из перечисленных операций программы
приемных испытаний, а в отдельных случаях проводят измерение
вибрации и уровня шума.
Проверка состояния обмоток и коллектора до начала испытаний.
До начала испытаний машин постоянного тока следует проверить
правильность соединений обмоток машины и состояние коллектора.
ГОСТ 183 предписывает следующие обозначения обмоток ма-
шин постоянного тока (табл. 10.1).
Проверка правильности соединения обмоток между собой в соб-
ранной и подготовленной к испытанию машине заключается в том,
чтобы определить, правильно ли обозначены начала и концы всех
обмоток и правильно ли соединены эти обмотки между собой.
В принципе понятия «начало» и «конец» обмоток условны; по-
этому следует оговорить, чт<5 считать началом обмотки. Для этого
установлено следующее правило. Если смотреть на машину со сто-
роны приводного конца вала (а в машинах с двумя приводными
214
концами вала—со стороны, противоположной коллектору), то при
работе машины в режиме двигателя я вращения ее по часовой
стрелке ток во всех обмотках должен протекать от начала к концу.
Началом обмотки якоря считается та часть обмотки, которая
Таблица 10.1
Навиевомпе обмотка Обшвачекяя выводов
КАЧАЛО конец
Обмотка Поря Я1 Я2
Обмотка добавочных полюсов Д1 Д2
Компенсационная обмотка К1 К2
Последовательная обмотка возбуждения С! С2
Параллельная обмотка возбуждения Ш1 Ш2
Обмотка независимого возбуждения Н1 Н2
Уравнительная обмотка в уравнительный У! У2
Обмотка особого назначения Oi; Оа О,: О*
соединена со щетками той полярности, к которой присоединен поло-
жительный провод сети (это правило справедливо для генератора
и двигателя). Щетки на коллекторе обычно располагают примерно
против середины главных полюсов. Полярность щеток можно опре-
делять по отношению к полярности главных полюсов, пользуясь
табл. 10.2.
Таблица 10J
Тип обыопж Обозвачевве псяяряоетя капа вря
вращвяка м а плиты йо часовой стрелке врашевяя катаны против псовея стрелы
Обозввчеме гмввых полисов
н S К S
Петлевая прямоходовая Петлевая обратно ходовая Волновая прямоходовая Волновая обратноходовая + 11 + 1++I I++ 1 + 11 +
Полярность добавочных полюсов должна соответствовать сле-
дующему правилу: по направлению вращения двигателя после каж-
дого главного полюса следует добавочный полюс той же полярно-
сти, а в генераторах—добавочный полюс противоположной поляр-
ности.
215
Правильность соединения обмоток проверяется и таким спосо-
бом: при сохранении направления вращения машины при переходе
от режима работы двигателя к генератору или обратно ток в якоре
и в обмотках последовательной цепи должен изменить направление,
а в обмотках параллельного или независимого возбуждения сохра-
нить направление; при изменении направления вращения и сохране-
нии режима работы машины (генератор или двигатель) ток должен
изменить направление или в последовательной цепи, или в обмот-
ках параллельного или независимого возбуждения.
Пользуясь перечисленными правилами, процедура проверки пра-
вильности маркировки выводов обмоток и их соединений может
быть следующей. Первоначально любая щетка может быть условно
принята положительной. Обычно петлевую обмотку выполняют
прямоходовой, а волновую — обратноходовой. В соответствии с
табл. 10.2 против щеток положительной полярности должны нахо-
диться южные главные полюса. Тогда при параллельной обмотке
возбуждения может быть отмечен один из выводов этой обмотки,
к которому должен быть присоединен положительный проводник
питания, для создания необходимой полярности главных полюсов.
Такую же полярность полюсов должна создавать последовательная
обмотка возбуждения, что позволяет разметить ее начало и конец.
Далее, учитывая, что в генераторе, если двигаться в направлении
вращения, после главного полюса определенной полярности должен
следовать добавочный полюс противоположной полярности, можно
произвести маркировку начала и конца добавочного полюса.
Проверка состояния поверхности коллектора до начала испы-
таний машины и затем, если это требуется, в процессе испытаний
является весьма важной и ответственной операцией. Основные тре-
бования к поверхности коллектора: поверхность должна иметь пра-
вильную цилиндрическую форму, образующие цилиндра — строго
прямолинейны; коллектор не должен создавать биения щеток из-за
эксцентричности поверхности коллектора, которая может возник-
нуть от неправильной центровки при обточке коллектора, выступа-
ния или провала отдельных коллекторных пластин; изоляция между
пластинами не должна выступать за рабочую поверхность коллек-
тора; промежутки между пластинами должны быть свободны от
стружек, всевозможных кусочков, пыли и т. п.; пластины не должны
иметь острых краев, заусенцев и т. п.
Шероховатость поверхности коллектора после приработки ее со
щетками должна быть не ниже класса 7.
Проверка качества сборки машины и установка щеток в нейт-
ральное положение. Перед испытаниями машины постоянного тока
кроме проверки состояния обмоток и коллектора обычно проверяют
соответствие установочных размеров требованиям чертежа, качест-
во сборки машины, равномерность воздушного зазора между глав-
ными и добавочными полюсами и якорем, равномерность расста-
новки полюсов по окружности магнитной системы и щеток по
216
окружности коллектора, силу нажатия на щетки, расстояние ниж-
ней кромки щеткодержателей от рабочей поверхности коллектора,
аксиальную симметрию сердечников якоря и полюсов.
Величину воздушного зазора обычно измеряют с помощью щу-
пов под серединой каждого полюса, прн этом если длина сердеч-
ника якоря превышает 300 км, то рекомендуется проводить измере-
ния с обоих торцов машины. Если измерение воздушного зазора
затруднено из-за конструктивных особенностей машины, например
наличия стеклобандажа на якоре, то допускается определение воз-
душного зазора по разности диаметров полюсной системы и якоря.
Если машина выполнена с эксцентричным зазором, измеряют обыч-
но лишь минимальный зазор.
Представляет интерес проверка формы наружной поверхности
якоря и магнитной системы. Для проверки формы наружной по-
верхности якоря измеряют зазор под одним и тем же полюсом при
повороте якоря на равные доли оборота. Определение формы внут-
ренней поверхности магнитной системы производят, измеряя воз-
душный зазор в одной и той же точке якоря, поворачивая якорь
каждый раз на одно полюсное деление. Если такой поворот якоря
трудно осуществим, можно измерять воздушный зазор под всеми
полюсами при двух диаметрально противоположных положениях
якоря относительно магнитной системы.
Перед началом испытаний проверяют также установку щеток в
нейтральное положение (если это требуется по технической доку-
ментации), т. е. такое положение щеток, прн котором напряжение
на них при отсутствии нагрузки на якоре максимально возможное.
Установить щетки в нейтральное положение можно одним из сле-
дующих методов: индуктивным при неподвижном якоре или мето-
дом реверсирования при работе машины под нагрузкой.
Индуктивный метод основан на том, что при нахождении щеток
на нейтрали ЭДС, наводимая в обмотке неподвижного якоря, долж-
на быть равна нулю. Поэтому если при неподвижном якоре щетки
разной полярности соединить с чувствительным магнитоэлектриче-
ским прибором (предпочтительно с нулем по середине шкалы),
а обмотку главных полюсов кратковременно подключать к источ-
нику постоянного тока, то при положении щеток, соответствующем
нейтрали, стрелка прибора не должна отклоняться или отклонения
должны быть минимальными и направленными в разные стороны.
Для нахождения нейтрального положения щетки предварительно
устанавливают против середины главных полюсов, а затем, регули-
руя их положение и наблюдая за отклонениями стрелки упомяну-
того прибора, исключают отклонения стрелки или допускают мини-
мвльные при отключении обмотки главных полюсов от источника.
Опыт повторяют при установке якоря в различные положения по
отношению к полюсам. При отсутствии источника постоянного тока
обмотку главных полюсов можно подключать к источнику перемен-
ного тока. При положении щеток, соответствующем нейтрали, чув-
. 217
ствительный вольтметр переменного тока, присоединенный к щет-
кам разной полярности, покажет минимальное напряжение.
Метод реверсирования заключается в том, что при работе маши-
ны под нагрузкой положение щеток, соответствующее нейтрали,
определяют, изменяя направление вращения машины,
Для двигателей постоянного тока при неизменных напряжении,
токе нагрузки и токе возбуждения передвигают щетки таким обра-
зом, чтобы добиться практически неизменной частоты вращения
при реверсе; это положение щеток будет соответствовать нейтраль-
ному. Опыт лучше всего проводить прн номинальной частоте вра-
щения,
Для генераторов постоянного тока поддерживают неизменной
частоту вращения, токи нагрузки и ток возбуждения; при положе-
нии щеток, соответствующем нейтрали, практически не изменяется
напряжение на зажимах генератора при реверсировании. При этом
питание обмотки возбуждения должно быть независимым.
У машин со смешанным возбуждением, как известно, обмотки
возбуждения могут создавать согласные или встречные магнитные
потоки. При поиске нейтрального положения щеток в машинах со
смешанным возбуждением методом реверсирования, естественно,
следует сохранять систему возбуждения, т. е. согласное или встреч-
ное направление магнитных потоков обмоток возбуждения; до-
пускается отключать при этом испытании последовательную об-
мотку.
Окончательно щетки в нейтральное положение должны быть ус-
тановлены после приработки щеток к контактной поверхности кол-
лектора.
Особенности измерения сопротивления обмотки якоря. Обычно
любые обмотки электрических машин, кроме обмоткн якоря машин
постоянного тока, имеют начало и конец, поэтому измерение их
сопротивлений при постоянном токе не вызывает особых трудностей
и проводится так, как указано в гл. 4. Особенность обмотки якоря
машины постоянного тока заключается в том, что она не имеет ни
начала, ни конца; за них могут быть приняты любые две точки,
присоединенные к коллектору. Кстати, измерение сопротивления
обмотки якоря возможно только через коллекторные пластины.
При этом необходимо знать тип и схему обмотки якоря, наличие и
число уравнительных соединений, так как результаты измерений
следует пересчитывать, если по результатам измерений придется
определять расчетное сопротивление, необходимое для расчета по-
терь в обмотке и определения КПД. В случае если измерение со-
противления производится для определения превышения темпера-
туры обмотки якоря при испытании на нагревание, то знания типа
н схемы обмотки не требуется, поскольку производится относитель-
ное сравнение измеренных сопротивлений в процессе нагрева ма-
шины, н измерения осуществляют между произвольными коллек-
торными пластинами, удаленными друг от друга не менее чем на
218
К/2р и выбранными так, чтобы измеряемое сопротивление было
наибольшим. *
При простых волновых или простых петлевых обмотках с пол-
ным числом уравнительных соединений измерения сопротивлений
следует проводить между коллекторными пластинами, отстоящими
одна от другой иа К/2р пластин (где К — количество коллекторных
пластин, 2р —количество полюсов). Если отношение К/2р оказы-
вается дробным числом, то его округляют до ближайшего целого.
Лучше всего измерять сопротивление обмотки якоря при под-
нятых или изолированных щетках, если это легко осуществить.
В остальных случаях допускается измерение сопротивления обмот-
ки якоря при опущенных щетках. При этом измерительные прибо-
ры следует подключать к коллекторным пластинам, находящимся
вблизи оси щеток.
Очень удобно применять для измерения сопротивления обмотки
якоря двойные игольчатые щупы —по одной паре щупов подво-
дится измерительный ток, а другая пара щупов используется для
измерения падения напряжения.
Характеристика холостого хода. При холостом ходе определяют-
ся ток возбуждения генератора или частота вращения двигателя.
Характеристика холостого генератора — это зависимость напря-
жения на выходе генератора в функции тока возбуждения (7о=
=f(is). Характеристику холостого хода определяют при независи-
мом возбуждении или при самовозбуждении. Если машина имеет
смешанное возбуждение, то при снятии характеристики холостого
хода обмотка последовательного возбуждения не должна быть на-
гружена током обмотки параллельного возбуждения. Для машины
с последовательным возбуждением характеристику холостого хода
снимают при независимом питании обмотки возбуждения.
Прн снятии характеристики холостого хода испытуемую маши-
ну приводят во вращение двигателем любого вида с постоянной
частотой вращения. Если при испытании не удается поддерживать
частоту вращения постоянной, то одновременно с измерением на-
пряжения и тока следует измерять частоту вращения в момент из-
мерения U, а затем приводить измеренное напряжение U к номи«
нальному Uя пересчетом по формуле
Ua=UnJn. (10.1)
Характеристику холостого хода снимают одним из следующих
методов,
Первый метод заключается в том, что ток возбуждения плавно
снижают, начиная с наибольшего значения, до нуля (рис. 10.1,а).
Вследствие влияния остаточного намагничивания полюсов при токе
возбуждения, равном нулю, напряжение холостого хода не будет
равно нулю. Для получения характеристики 2 холостого хода, про-
ходящей через начало координат, снятую характеристику / необ-
219
ходнмо сместить по оси абсцисс на величину ДЬ, полученную путем
экстраполяции характеристики 1 до пересечения с осью абсцисс.
При другом методе ток возбуждения, начиная с наибольшего
значения, плавно и только в одном направлении уменьшают до ну-
ля, затем изменяют полярность обмотки возбуждения на обратную,
вновь плавно увеличивают ток возбуждения до максимально воз-
можного значения (рис. 10.1,6, кривая 3) и снова уменьшают его
Рис. 10.1. Харэггеристим холостого хода генератора постоянного той,
снятые при изменении тока возбуждения or lt >ш до нуля (а) и от +/. м»о
ДО —/1 *ыо
до нуля. Изменяв полярность обмотки возбуждения на первона-
чальную, доводят ток возбуждения до исходного значения (кри-
вая 4). В этом случае за характеристику холостого хода принимают
пунктирную линию 5, абсциссы которой равны среднеарифметиче-
ским абсцисс кривых 1 и 2.
Ток возбуждения генератора определяют в режиме холостого
хода при номинальном напряжении на якоре и номинальной часто-
те вращения, а для генераторов с самовозбуждением —также при
температуре, близкой к рабочей.
Частоту вращения электродвигателя при холостом ходе опреде-
ляют при номинальном напряжении в цепи якоря и номинальном
токе возбуждения. При этом температура обмотки возбуждения и
подшипников должна быть близкой к рабочей. Если двигатель
имеет последовательное возбуждение, то опыт проводят прн неза-
висимом возбуждении.
Проверка коммутации при номинальной нагрузке и кратковре-
менной перегрузке по току. Коммутация машин постоянного тока
оценивается в соответствии с ГОСТ 183 степенью искрения ви-
зуально. Согласно упомянутому стандарту установлена шкала,
220
состоящая из пяти степеней, для оценки класса коммутации или
степени искрения: 1; I'/r, Vfa 2 и 3.
Степень искрения 1 характеризуется полным отсутствием искре-
ния, или «темной коммутацией».
Степень искрения I1/*— слабым точечным искрением под не-
большой частью щетки. При степенях искрения 1 и I У*, почернение
коллектора не происходит, а следы нагара на щетках отсутствуют.
Степень искрения 1’/г характеризуется слабым искрением под
большей частью щетки, но могут появляться следы нагара на щет-
ках и почернение коллектора, легко устраняемые протиранием его
поверхности.
Степень искрения 2 — искрение под всем краем щетки, появле-
ние следов почернения коллектора, не устраняемых протиранием
его поверхности, и появление нагара на щетках.
Степень искрения 3 характеризуется значительным искрением
под всем краем щетки с крупными и вылетающими искрами, почер-
нением коллектора, не устраняемым протиранием его поверхности,
подгаром и разрушением щеток.
Допускаемая степень искрения зависит от условий работы ма-
шины и поэтому обычно указывается в стандартах или в техниче-
ских условиях на конкретные виды машин. Если степень искрения
не оговорена, то считается, что при номинальном и нормальном ре-
жимах работы она должна быть не выше класса Р/2.
При оценке степени искрения принимают во внимание искрение
под сбегающим краем щетки.
При кратковременной перегрузке по току (методика испытаний
изложена в § 2.3) не следует бояться возрастания при испытаниях
искрения на одну степень, например с РД до Р/г. Если степень
искрения не превышала 2, то спустя некоторое время восстановится
степень искрения, соответствующая номинальной нагрузке.
Определение характеристик, разделение потерь в стали и меха-
нических, проверка номинальных данных. Внешняя характеристика
генератора — это зависимость напряжения на выходе генератора
от тока нагрузки Ее надо снимать при номинальном токе
возбуждения (при независимом возбуждении) или нерегулируемом
сопротивлении цепи возбуждения, соответствующем номинальному
режиму (при параллельном возбуждении) при температуре обмо-
ток, близкой к рабочей. Прн снятии внешней характеристики ток
нагрузки рекомендуется изменять от тока холостого хода до тока,
равного 150% от номинального.
Изменение напряжения (ДУ) в процентах от номинального зна-
чения Un для любой точки характеристики
ДУ =Ц(У-£/„)///,] 100, (10.2)
где {/ — напряжение в данной точке характеристики.
Регулировочная характеристика машины постоянного тока пред-
ставляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузке
221
(при l/=const). Эта зависимость имеет две ветви; прн уменьшении
и увеличении тока нагрузки. Обычно ограничиваются снятием од-
ной ветви характеристики—прн уменьшении тока нагрузки. Одна-
ко если по стандарту или по техническим условиям обусловлива-
ется необходимость снятия двух ветвей этой характеристики, то за
регулировочную характеристику принимают кривую, каждая орди-
ната которой является среднеарифметическим ординат первой и
второй ветвей. При снятии регулировочнрй характеристики ток на-
грузки рекомендуется регулировать от холостого хода до 150% от
номинального.
Рабочая характеристика двига-
теля постоянного тока представля-
ет собой зависимость частоты вра-
щения от тока якоря при неизменном
напряжении якоря и неизменном то-
ке возбуждения (прн независимом
возбуждении) или нерегулируемом
сопротивлении цепи возбуждения,
соответствующем номинальному ре-
жиму работы (прн параллельном
возбуждении). При снятии этой ха-
Рис. 10J2. Кривые изменения Pt+ рактеристики температура должна
+₽м« в функции п и г» быть близка к рабочей. Для элек-
тродвигателей с независимым или
параллельным возбуждением при снятии характеристики ток на-
грузки регулируют от холостого хода до 150% от номинального.
Для электродвигателей, имеющих последовательную обмотку воз-
буждения, минимальная нагрузка при снятии рабочей характерис-
тики должна выбираться такой чтобы частота вращения двигате-
ля при ней не превышала допустимой.
Методы определения потерь н КПД подробно рассмотрены в
гл. 2. Для машин постоянного тока может возникнуть необходи-
мость определить потеря в стали и механические при нескольких
частотах вращения. Эти потери можно найти, проведя испытание
машины при температуре, близкой к рабочей, при неизменном токе
возбуждения и изменяемом напряжении на якоре и соответственно
изменяемой частоте вращения. Разделение определенных при этом
суммарных потерь в стали (Рс) и механических (Риех) может быть
произведено графическим методом (рис. 10.2). В правом квадран-
те строят опытные кривые суммы потерь в стали и механических
(Рс+Рже*), определенных для нескольких значений тока возбуж-
дения (i»j, i»2, i»s)- По этим кривым в левом квадранте строят кри-
вые зависимости суммы потерь в стали и механических от тока воз-
буждения й при нескольких значениях частоты вращения. Пересе-
чение этих кривых с осью ординат дают отрезки 04, ОБ и т. д.,
соответствующие механическим потерям машины при определен-
ном значении частоты вращения. Разность ординат кривых между
суммой потерь (в стали и механических) и механическими потерями
дает потери в стали при соответствующем токе возбуждения.
Испытания, методика которых приведена в настоящем параг-
рафе, а также результаты испытаний на нагревание по методике,
изложенной в гл. 3, позволяют провести проверку соответствия
номинальных данных машины, указанных на заводском щитке
и в каталоге.
Определение области безыверовой работы. Добавочные полосы
в машинах постоянного токи используются для улучшения ком-
мутации. При испытаниях машин важно установить, в каких преде-
лах Изменения МДС добавочных полюсов машина будет иметь
безыскровую коммутацию при разных токах нагрузки (от холостого
хода до номинальной нагрузки, а если можно, то и выше номиналь-
ной). В результате определяют область безыскровой работы маши-
ны. Испытанна проводят при номинальных частотах вращения.
Цель испытаний — определить для отдельных нагрузок в пре-
делах от холостого хода до номинальной и выше верхний и нижний
пределы отклонения тока в обмотке добавочных полюсов от соот-
ветствующего тока цепи якоря, при котором коммутация соответ-
ствует степени искрения 1.
Область безыскровой работы определяют при практически уста-
новившейся температуре активных частей машины, соответству-
ющей номинальному режиму работы. Для крупных электрических
машин мощностью свыше 500 кВт часто бывает трудно создать
нагрузку, включая номинальную, на испытательном стенде, поэто-
му для таких машин можно определять области безыскровой рабо-
ты и оценивать степени искрения в режиме короткого замыкания
при номинальных частотах вращения.
Изменение МДС обмотки добавочных полюсов производят од-
ним из следующих способов. Посторонний источник постоянного то-
ка подключают к зажимам обмотки добавочных полюсов, включен-
ной в общую цепь машины. Если испытуемая машина высокого
паприяжения, то источник постоянного тока следует заземлить или
надежно изолировать от земли. Посторонний источник постоянного
тока подключают к зажимам обмотки добавочных полюсов, которую
в отличие от первого способа отключают от остальных цепей ис-
пытываемой машины. В этом случае током дополнительного пита-
ния добавочных полюсов следует считать разность между током
нагрузки в момент отсчета и током в обмотке добавочных полюсов.
На добавочные полюсы накладывают на время испытаний времен-
ную обмотку, питаемую от постороннего источника постоянного
тока. В этом случае измеренный в дополнительной обмотке ток
должен быть пересчитан для определения тока подпитки по отноше-
нию к числу витков дополнительной обмотки и обмотки добавоч-
ных полюсов. Этот способ сложен и поэтому его применяют только
при отсутствии возможности использования первых двух. У машин
223
222
с сильными добавочными полюсами можно шунтировать обмотки
добавочных полюсов сопротивлением.
Во всех четырех способах обмотку добавочных полюсов питают
дополнительным током (±Д/), который изменяют вначале в сторо-
ну плюса, а затем —в сторону минуса (от нулевого значения);
в обоих случаях до появления искрения.
Испытания проводят при различных аначениях тока якоря (/0),
в результате получают два ряда точек, определяющих верхнюю 1
и нижнюю 2 границы области безыскровой работы машины.
Область, заключенная между этими границами, соответствует ис-
чезновению искрения при изменении тока подпитки. В результате
испытаний могут выявиться характерные области безыскровой ра-
боты (рис. 10.3). Зависимости, приведенные на рис. 10.3, а, свиде-
тельствуют о том, что МДС обмоток добавочных полюсов недоста-
-Л1
Рве, 10.3. Зоны
точна так как средняя 2 (пунктирная) линяя отклоняется вверх от
осн абсцисс. Если средняя линия отклоняется вниз от оси абсцисс
(рис. 10.3,6), то это свидетельствует о чрезмерной величине МДС
добавочных полюсов.
Полученные в результате испытаний зависимости
позволяют сделать важные выводы. Так, чем меньше отклонение
средней (пунктирной) линии на рис. 10.3 от оси абсцисс, тем точнее
выбор числа витков добавочных полюсов и зазора между добавоч-
ными полюсами и якорем. Наилучшим является такое положение,
когда средняя линия на рисунках совпадает с осью абсцисс. Ис-
правлять зависимости, полученные в результате испытаний, надо
следующим образом. Зависимость, полученная на рис. 10.3, а, сви-
детельствует о том, что следует или добавить количество витков в
обмотке добавочных полюсов, или уменьшить воздушный зазор
под добавочным полюсом. Зависимость, полученная на рис. 10.3,6,
свидетельствует о том, что требуется уменьшить количество витков
224
в обмотке добавочных полюсов или увеличить воздушный зазор.
Другой важный показатель —ширина области безыскровой работы.
Чем она больше, тем устойчивее я надежнее безыскровая работа
машины при данной нагрузке. Ширина области безыскровой рабо-
ты зависит от многих факторов, в том числе и от ширины полюсных
наконечников добавочных полюсов. На ширину области влияют
также марки и размеры щеток, нажим щеткодержателей, состояние
поверхности коллектора. Вообще при проведении этих испытаний
необходимо обращать особое внимание на приработку щеток и на
состояние поверхности коллектора. При нормальной работе поверх-
ность коллектора должна иметь глянцевый цветной налет и на ней
не должно быть следов подгара. На рис. 10.3 при увеличении тока
нагрузки одна из границ области безыскровой работы пересекает
ось абсцисс. Это происходит, когда отклонение средней линии от
оси абсцисс значительно, а ширина области безыскровой работы
относительно невелика. После значения тока нагрузки, соответст-
вующего точке пересечения оси абсцисс одной из границ области,
дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к невозможности
безыскровой работы машины без дополнительной подпитки доба-
вочных полюсов токами одного и того же знака.
Быстрое сужение границ области при увеличении тока нагруз-
ки— признак механической неисправности машины, вызывающей
вибрацию щеток.
Кривизна средней липни области безыскровой работы является
характерным показателем того, как компенсируется реакция якоря
при разных нагрузках. Желательно, чтобы средняя линия была
близка к прямой, иначе трудно сохранить безыскровую работу при
изменении нагрузки.
Отклонение средней линии области безыскровой работы от оси
абсцисс при изменении тока нагрузки вызвано двумя основными
причинами: насыщением ярма и сердечника якоря, а также влия-
нием поля главных полюсов на поле добавочных полюсов. Устра-
нить эти причины стремятся при проектировании машин постоянно-
го тока,
10.2, ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Основные технические требования к электродвигателям малой
мощности. К электродвигателям малой мощности относят электро-
двигатели с номинальной мощностью до 750 Вт. Они находят ши-
рокое применение в народном хозяйстве, в частности в бытовой тех-
нике н для целей автоматизации.
.К электродвигателям предъявляются следующие требования.
Коллекторные двигатели должны без повреждений и остаточных
деформаций выдерживать в течение 2 мин следующие повышенные
частоты вращения: на 50% сверх наибольшей номинальной — для
двигателей с последовательным возбуждением; на 20% сверх наи-
8 ГачьЛрг О. Д
225
большей номинальной — для двигателей с параллельным или сме-
шанным возбуждением,
Номинальные данные электродвигателей устанавливает ГОСТ
16264, а также стандарты иди технические условия. Для номи-
нальных данных определены допускаемые отклонения. Так, на на-
пряжение питания установлен допуск ±10% номинального напря-
жения, на частоту питания ±2,5%. Для асинхронных двигателей
суммарное отклонение частоты и напряжения не должно превышать
±10% номинального значения напряжения, а синхронные двига-
тели при указанных отклонениях напряжения и частоты не должны
выпадать из синхронизма.
Допускаемые отклонения Л номинальной частоты вращения дви-
гателей от номинальной при номинальном моменте и установившей-
ся рабочей температуре обмоток не должны превышать следующих
значений:
Вяд двигателя Л, %
Коллекторные смешанного возбуждения....................±20
Коллекторные с последовательным возбуждением...........±20
Коллекторные постоянного тока с параллельным возбужде-
нием или с постоянными магнитами...................... ±15
Универсальные коллекторные с ответвлением в обмотке воз-
буждения ............................................. ±20
Универсальные коллекторные без ответвлений в обмотке воз-±5...
Суждения.............................................. —20
Асинхронные.............................................±20
Значения кратностей (по отношению к номинальному моменту
Мн) начального пускового вращающего момента Мм, минимально-
го Мима и максимального Мм вращающих моментов при номиналь-
ных значениях напряжения питания составляют:
Вид двигателя
Асвихроняые с экраниро-
ванными полюсам! и с
асимметричными магнито-
проводом статора .....
Конденсаторные асинхрон-
ные ................ .
Конденсаторные ас вихров-
вые с использованием лис-
тов статора я ротора три-
фазных двигателей ....
Однофазные асинхронные с
пусковым конденсатором к
конденсаторные асинхрон-
ные с рабочими в пусковы-
ми конденсаторами ....
Однофазные асинхронные с
пусковым сопротивлением
Универсальные коллектор-
ные . . .............
М./М. мя„/м. Мм/М,
0,40 0,38 1,45
0,55 0,50 1,60
0,40 038 1,60
1.90 1.0 1,60
3,0 ...5,0 tea
226
Особое внимание в электродвигателях малой мощности уделя-
ется требованиям по уровню звука и вибрациям. Для двигателей с
подшипниками качения, а также для коллекторных двигателей с
подшинпиками скольжения средний уровень звука должен соответ-
ствовать классам 1, 2, 3 и 4 (см. гл. 5). Основным является
класс I.
Средние значения уровня звука электродвигателей 1-го класса
на расстоянии 1 м от контура в зависимости от частоты вращения
при номинальной мощности до 180 кВт (в числителе) и свыше
180 кВт (в знаменателе) составляют;
Часто» врвщемя, об/мкв Среди! уровень муке, хБ А
До 1000 59/62
1000—1500 63/65
1500-2000 65/67
2000-3000 66/68
3000-8000 70/71
8000-15 000 75/76
15000-18 000 78/80
18 000-24 000 82/84
Двигатели классов 2, 3 и 4 имеют средний уровень звука соот-
ветственно меньше на 5, 10 н 15 дБ-A от указанных.
По эффективному значению вибрационной скорости двигатели
подразделяются на нормальную, повышенную и высокую точности.
В табл. 10,2 приведены эффективные значения вибрационной ско-
рости для двигателей с частотой вращения до 4000 об/мин.
Таблица 10,3
Высота ой жрвщыи а, мм Эффективное енвченве ввбркпяоаео! скоростн, ык/с
Точность неволи ени
ормалыгал повышен ru высокая
До 25 Св. 25 до 45 Св. 45 1,1/1,8 1,8/2,8 2,8/4,5 0,45/0,7 0,70/1,1 1,10/2,8 0,28/0,45 0,45/0,70 0,70/1,10
Примечание. В числителе приведены данные при питания двигателей от
многофазной сети, в знаменателе — от однофазной.
Допустимые степени искрения (в баллах) для коллекторных
двигателей постоянного (в числителе) и переменного (в знамена-
теле) тока в зависимости от режима работы составляют;
Режам рвботы
Номинальный
Кратковременная перегруз-
ка по току или вращающе-
му моменту
Степы ь вскреви
1/2
2/3
8*
227
Предельно допустимые отклонения показателей двигателей от
установленных в стандартах или в технических условиях состав-
ляют:
Похаэнел!:
коэффициент полезного
действия
до 0,5
св. 0,5
коэффициент мощности
двигателей переменного
тока
Допустимые отхлоьеки
но не менее 0,02 в ве
более 0,07
Отношение, %, начального пускового мо-
мента и входного момента в синхронизм к
номинальному для двигателей мощностью,
Вт
до 10 . . . ............................
св. 10..............................
Отношение максимального вращающего мо-
мента к номинальному, %.................
Отношение минимального вращающего мо-
мента в процессе пуска к номинальному, %
Начальный пусковой ток, %................
Уровень звука, дБ-А.....................
Момент инерции, %.......................
Масса двигателя, %......................
-20
—15
10
—20
4-20
4-3
±10
f-2, но не более 10 г
Программы испытаний, Электродвигатели малой мощности, как
и другие электрические машины, подвергаются определенным видам
испытаний: приемо-сдаточным, приемочным, квалификационным,
периодическим и типовым. Необходимость проведения тех или иных
видов испытаний рассмотрена в § 1.2.
Приемо-сдаточные испытания проводят на каждом двигателе
по следующей программе, включающей проверку: внешнего вида,
присоединительных размеров и биения выступающего конца вала,
направления вращения вала, маркировки выводных проводов об-
мотки; измерение сопротивления обмоток постоянному току в прак-
тически холодном состоянии, сопротивления изоляции обмоток от-
носительно корпуса; проверку электрической прочности изоляции
обмоток относительно корпуса; испытание междувитковой изоля-
ции обмоток на электрическую прочность; проверку уровня звука;
определение тока и потерь холостого хода, тока и потерь короткого
замыкания; проверку тока и частоты вращения при номинальной
нагрузке и максимально допустимом значении напряжения управ-
ления; определение напряжения трогания и проверку коммута-
ции в номинальном режиме и при кратковременной перегрузке по
току.
Определение токов н потерь холостого хода и короткого замы-
кания проводит для асинхронных и синхронных двигателей, опреде-
228
ление напряжения трогания н проверку тока и частоты при иоми-
калькой нагрузке—для бесконтактных двигателей, проверку ком-
мутации—для коллекторных двигателей.
Периодические испытания проводятся не реже одного раза в
год. Объем выборки — не менее четырех двигателей из выдержав-
ших приемо-сдаточные испытания. Программа периодических испы-
таний включает: проверку габаритных и установочных размеров,
измерение биения коллектора; испытания на перегрузку по момен-
ту, кратковременную перегрузку по току и при повышенной частоте
вращения; проверку работы двигателя при предельных отклоне-
ниях напряжения и частоты питания; определение начальных пус-
кового момента и пускового тока; испытание на нагревание; опре-
деление потребляемого тока, КПД, коэффициента мощности, часто-
ты вращения при номинальной нагрузке, максимального вращаю-
щего момента, входного момента в синхронизм н минимального
вращающего момента; измерение радиопомех, вибрационной ско-
рости и тока утечки; испытания на механические и климатические
воздействия, электрической прочности изоляция после воздействия
влаги и на надежность; измерение тока короткого замыкания глав-
ной обмотки и тока главной обмотки при включенной вспомога-
тельной обмотке двигателей с пусковыми элементами, измерение
массы и проверку степени защиты.
Испытание на кратковременную перегрузку по току и измерение
вибрационной скорости проводят только у коллекторных и бескон-
тактных двигателей; измерение сопротивления обмоток постоянно-
му току — у коллекторных; определение тока и потерь холостого
хода и короткого замыкания —соответственно у асинхронных и
синхронных; проверку тока и частоты вращения, измерение тока
короткого замыкания главной обмотки и тока главной обмотки при
включенной вспомогательной — у асинхронных и синхронных элек-
тродвигателей.
Особенности методов испытаний электродвигателей малой мощ-
ности. Конденсаторные двигатели испытывают с конденсаторами,
отклонение емкости которых не более ±3% (для рабочих) и не
более ±5% (для пусковых) от номинального значения.
Допускается следующая погрешность средств измерения момен-
та вращения ±3%, частот вращения ±1% (до 500 об/мин) и
±0,2% (свыше 500 об/мин).
Проверку напряжения трогания проводят без нагрузки из Не-
скольких положений ротора двигателя относительно статора путем
плавного увеличения напряжения питания от нуля до значения, при
котором вал двигателя начнет вращаться. За напряжение трогания
принимают наибольшее измеренное значение напряжения.
Испытание повышенным нагрузочным моментом в течение
15 мии проводят после определения максимального вращающего
момента при практически установившейся температуре обмоток
двигателя. При этом асинхронный двигатель не должен попасть в
229
режим короткого замыкания, а синхронные двигатели не должны
выпадать из синхронизма.
Испытание при отклонениях напряжения и частоты питания от
номинальных значений проводят при установившейся рабочей тем-
пературе обмоток двигателей и номинальном моменте или номи-
нальной мощности. Конденсаторные двигатели следует проверять
при минимальном значении емкости рабочего конденсатора. При
этом асинхронные двигатели не должны попасть в режим короткого
замыкания, а синхронные двигатели не должны выпадать из син-
хронизма в течение 10 мин.
Превышение температуры обмоток двигателей малой мощности
следует определять методом сопротивления при номинальных зна-
чениях напряжения и номинальной нагрузке. В отличие от двигате-
лей большой и средней мощности двигатели малой мощности при-
крепляют к нагрузочному устройству через теплоизолирующие
прокладки (текстолитовые или резиновые толщиной не менее 5 мм),
чтобы ослабить его алияние на вентиляцию и теплоотдачу двига-
теля.
Сопротивление обмоток якоря коллекторных двигателей необ-
ходимо измерять на фиксированных ламелях коллектора в течение
15 с и не более после снятия напряжения. Время измерения сопро-
тивления остальных обмоток после снятия с них напряжения не
должно превышать 10 с.
Прн измерении частоты вращения двигателей малой мощности
следует обращать внимание на то, чтобы отсутствовала нагрузка
двигателя дополнительным моментом.
Входной момент в синхронизм и максимальный момент синхрон-
ных двигателей определяют прн номинальных значениях, а также
при наименьших значениях частоты и напряжения питания. Для
этого испытуемый двигатель устанавливают на нагрузочный стенд,
подключают к источнику питания и после пуска плавно нагружают.
Когда частота вращения двигателя станет меньше синхронной, сле-
дует зафиксировать величину нагрузочного момента, который и счи-
тают максимальным вращающим моментом. Затем без отключения
двигателя от источника питания уменьшают нагрузочный момент
до тех пор, пока частота вращения вала двигателя не станет равной
синхронной. При этом фиксируют нагрузочный момент, который
принимают за входной момент в синхронизм электродвигателя.
Измерение радяопомех, создаваемых электрическими машинами
малой мощности, является ответственным пунктом программы ис-
пытаний— радиопомехи не должны превышать установленных
норм.
Измерение напряжения радиопомех в сети и напряженности по-
ля радиопомех производятся по ГОСТ 16842. Измерение магнит-
ной составляющей напряженности поля радиопомех произво-
дится в интервале частот 0,15...30 МГц, а электрическая составляю-
щая напряженности поля радиопомех — в интервале частот
230
30...300 МГц. Для этого используется измеритель радиопомех, кото-
рый градуирован в децибелах {дБ). Один децибел по этому прибо-
ру определяется следующим соотношением:
1 дБ=20!и(У1/С/2),
где Ui — напряжение помех, мкВ: У2=1 мкВ —базовая величина.
Обычно напряжение радиопомех измеряют в специальных экра-
нированных камерах, одна из стен которых используется как за-
земленный металлический лист. Измерительный комплект для из-
мерения составляющих напряженности поля радиопомех состоит из
антенны и селективного микровольтметра.
Ток короткого замыкания главной обмотки двигателя с пуско-
выми элементами измеряют при отключенных вспомогательной
обмотке и пусковом конденсаторе при напряжении 0,9L/„ и темпе-
ратуре обмоток статора, соответствующей классу нагревостойкости
их изоляции; при этом время измерения тока не должно превы-
шать 5 с.
Измерение тока главной обмотки двигателя с пусковыми эле-
ментами следует производить в практически холодном состоянии
при работе двигателя с включенной вспомогательной обмоткой и
конденсатором при напряжении 1,1 Un и номинальном нагрузочном
моменте. При этом ток в главной обмотке необходимо измерять не
позже чем через 4 с с момента включения вспомогательной обмот-
ки или пускового конденсатора.
При измерении массы двигателя погрешность не должна превы-
шать 1% измеряемой величины.
Испытание на воздействие механических факторов. Испытания
электрических машин малой мощности на ударную прочность про-
водит без электрической нагрузки. При испытании двигатели уста-
навливают в рабочем положении (аналогично креплению в изде-
лии) на стенде ударных нагрузок. После воздействия ударных на-
грузок оценивают результаты испытаний путем внешнего осмотра
двигателей, у асинхронных и синхронных двигателей — проверкой
начального пускового момента, у остальных типов двигателей —
потребляемого тока и частоты вращения при номинальной нагруз-
ке, а у коллекторных двигателей, кроме того,— класса комму-
тации.
Испытания двигателей на вибропрочность также проводят без
влектрической нагрузки. Двигатель жестко крепят к вибростенду
в рабочем положении. После испытаний проверяют указанные вы-
ше параметры.
Асинхронные и синхронные двигатели испытываются на вибро-
стойкость в режиме холостого хода, а коллекторные и бесконтакт-
ные двигатели постоянного тока — при частоте вращения, близкой
к номинальной. При испытании бесконтактных двигателей постоян-
ного тока к ним должен быть подключен коммутатор, который
устанавливают на вибростенде вместе с двигателем. Двигатели
231
крепятся к вибростенду жестко в рабочем положении. Результаты
испытаний оцениваются аналогично испытаниям на вибропроч-
ность.
Климатические испытания. Понятие «климатические испытания»
влектрических машин достаточно широкое, поскольку электриче-
ские машины могут работать в самых различных климатических
зонах. В разд. 1 были рассмотрены методы испытаний электриче-
ских машин, предназначенных для работы в районах с тропическим
климатом.
Электродвигатели малой мощности предназначены для работы
в районах с умеренным и тропическим климатом. Поэтому под их
климатическими испытаниями понимают кроме испытаний, рассмот-
ренных в разд. 1, испытания на холодостойкость при температуре
транспортирования, хранения и эксплуатации, на теплостойкость
при эксплуатации, на влагостойкость и на воздействие смены тем-
ператур.
При испытании на холодостойкость электродвигатели в нерабо-
чем состоянии помещаются в камеру холода и выдерживаются там
при заданной температуре в течение 4 ч. После извлечения из ка-
меры холода двигатели должны находиться в нормальных клима-
тических условиях не менее 12 ч. По окончании испытания на холо-
достойкость производится внешний осмотр двигателя и измеряется
сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса. Кроме
того, у асинхронных и синхронных двигателей проверяют ток хо-
лостого хода, а у остальных двигателей — ток и частоту вращения
при номинальной нагрузке. У управляемых двигателей измерение
параметров проводят в режиме, указанном в технических условиях,
а кроме того, проверяют напряжение трогания.
Испытания на холодостойкость двигателей при температуре
транспортирования и хранения обычно совмещают с испытаниями
на холодостойкость при эксплуатации.
Для электродвигателей категорий размещения 1.1, 2 и 3 время
выдержки в камере холода 2 ч. Непосредственно после испытания
двигателей (не более чем через 3 мин после извлечения нз камеры
холода) проверяют начальный пусковой момент асинхронных и син-
хронных двигателей, а у остальных двигателей — потребляемый
ток и частоту вращения прн номинальной нагрузке.
Испытания на теплостойкость при эксплуатации проводят в тер-
мостате без элекгрической нагрузки в течение 3 ч. После этого дви-
гатели выдерживают в термостате при электрической н механиче-
ской нагрузке при верхнем значении температуры в течение 4 ч.
В процессе испытаний определяют превышение температуры обмо-
ток методом сопротивления. Для оценки результатов испытаний не
позднее чем через 30 с после отключения от источника питания из-
меряют сопротивление изоляции обмоток статора относительно кор-
пуса двигателя и проводят его внешний осмотр. Испытания удов-
летворительны, если параметры соответствуют требованиям.
232
При испытаниях на влагостойкость двигатели помещают в гид-
ростат (предварительно выступающий конец вала и присоедини-
тельные элементы, не защищенные от коррозии, покрывают смазкой
ЦИАТИМ-221) и выдерживают при температуре 25+3’С в течение
2 ч. Затем влажность в гидростате увеличивают до 95±3% и вы-
держивают 48 ч, а двигателя с повышенными требованиями к вла-
гостойкости —168 ч. По истечении указанного времени двигатели
извлекают из гидростата, измеряют сопротивление изоляции и ток
утечки и не более чем через 5 мин проверяют электрическую проч-
ность изоляции. После извлечения из гидростата двигатели выдер-
живают в нормальных климатических условиях 12 ч. По окончании
испытаний проводят внешний осмотр и разборку двигателя для
оценки коррозионной стойкости сборочных единиц и деталей,
а в бесконтактных двигателях проверяют потребляемый ток и час-
тоту вращения в номинальном режиме.
При испытаниях иа воздействие смены температур двигатели
помещают в камеру холода, температура которой соответствует
нижнему пределу температуры двигателей при эксплуатации, и вы-
держивают 2 ч. Извлеченные из камеры холода двигатели выдер-
живают в нормальных условиях испытаний 2 ч и затем помещают
в термостат на 2 ч, где температура должна соответствовать верх-
нему пределу ее при эксплуатации. Затем извлекают из термостата
и выдерживают в нормальных климатических условиях испыта-
ний 1 ч.
Описанный цикл испытаний повторяется подряд три раза. После
испытаний проводят внешний осмотр двигателя и проверяют сопро-
тивление изоляции обмоток, Кроме того, в асинхронных и синхрон-
ных двигателях необходимо проверить ток холостого хода, а в ос-
тальных двигателях — частоту вращения и потребляемый ток при
номинальной нагрузке.
103. испытания электромашинных преобразователей частоты
Прогркммя испытияи. В качестве преобразователей час-
тоты малой и средней мощности обычно используют
статические преобразователи. Элеггромашипные преобра-
зователи частоты отечественная промышленность выпуска-
ет мощностью 250 кВт и выше по ГОСТ 17493. Такие пре-
образователи состоят из приводного двигателя и генера-
тора.
Методы испытаний электромашинных преобразователей часто-
ты установлены ГОСТ 17691—80.
Программа и методы испытаний приводного двигателя изложе-
ны в разд. 1 настоящей книги и в гл. 8,
Программа испытаний генератора преобразователя и преобра-
зователя в сборе включает измерение сопротивления изоляции об-
моток генератора относительно корпуса и между обмотками и
233
сопротивления обмоток генератора при постоянном токе в практи-
чески холодном состоянии; определение относительного эксцентри-
ситета ротора генератора при холостом ходе; испытание генератора
при повышенной частоте вращения, электрической прочности изо-
ляции обмоток генератора относительно корпуса и между обмотка-
ми и электрической прочности межвнтковой изоляции обмоток
генератора; определение характеристики холостого хода и макси-
мальной ЭДС генератора, характеристики короткого замыкания
генератора и электромагнитного предела по току генератора; испы-
танке генератора на нагревание;
определение номинального тока
возбуждения генератора; испыта-
ние генератора на кратковремен-
ную перегрузку по току; опреде-
ление индуктивных сопротивлений
обмоток генератора, постоянных
времени обмоток генератора и
коэффициента искажения синусо-
Рвс, ЮЛ. Схема для измерения мощ-
ности косвеяинк методом
идальности кривой напряжения генератора; измерение вибраций
преобразователя; определение потерь и коэфффициента полезного
действия преобразователя, времени пуска и выбега преобразовате-
ля и уровня шума преобразователя; проверка степени защиты пре-
образователя.
Особенности методов испытаний электромашинных преобразова-
телей. Применительно к рассматриваемому классу электрических
машин особенности испытаний прежде всего относятся к методам
измерений. Так, измерение тока при частотах выше 4000 Гц про-
изводят амперметром класса точности не ниже 1. Измерение мощ-
ности при частоте 4000 Гц и выше проводят ваттметрами класса
точности не ниже 1,5 или косвенным методом. Для измерения мощ-
ности косвенным методом подключение нагрузки 4 к генератору
осуществляют по схеме рнс. 10.4, при этом измеряют напряжения
между точками /, 2 и 3 и вычисляют
sin <рг=0,5 (£/ц/£/]зЦ- и — i/a/t/ijt/и)» (10.3)
где qpr—-фазовый угол между напряжением (/ю и током генератора;
^12, £Лз, — напряжение соответственно на выводах обмотки яко-
ря, последовательной емкости и нагрузочном устройстве.
Косвенный метод измерения мощности допускается при значе-
ниях cos фг>0,7. Мощность генератора косвенным методом может
быть определена по напряжению €/12, току и значению созфг. Вы-
ходные параметры преобразователя измеряют также с помощью
специальных измерительных систем на базе электронно-вычисли-
тельных машин.
Одно из важных требований, предъявляемых к генератору пре-
образователя, касается относительного эксцентриситета ротора ге-
234
нератора, который не должен превышать установленную величину.
Для определения эксцентриситета на статоре в двух взаимно-
перпендикулярных продольных плоскостях размещают датчики
(измерительные катушки); далее измеряют напряжения диамет-
рально противоположных датчиков в плоскости х ((Л; U$) и напря-
жения диаметрально противоположных датчиков в плоскости у
(С/2, По ним определяются составляющие относительного
эксцентриситета ротора вх и еу'.
| | (10.4)
‘u = k, 1 1 /(t/2+^1 (Ю.5)
где й, —поправочный коэффициент, равный 1,0; 0,8 и 0,6 при номи-
нальных частотах (Гц) генератора соответственно 1000 и 2400;
4000, 8000 и 10 000.
Тогда относительный эксцентриситет ротора генератора
в=]Л’-4 (10.6)
Направление эксцентриситета определяют по правилу: больше-
му напряжению соответствует меньший зазор.
Относительный эксцентриситет первоначально определяют при
напряжении, равном половине номинального. Если оказывается,
что относительный эксцентриситет ротора ие превышает допустимо-
го значения, то напряжение поднимают до номинального и измере-
ния повторяют. Испытания электрической прочности межвнтковой
изоляция обмоток производятся во всех электрических машинах иа
холостом ходу напряжением, на 30% превышающем номинальное.
Однако для генераторов преобразователей, у которых максималь-
ная ЭДС холостого хода ниже испытательного напряжения, испы-
тания проводят при емкостной нагрузке. Для этого к выводам
обмотки якоря подключают конденсаторную батарею, сопротивле-
ние которой равно (2,5,..3,5)-кратному синхронному индуктивному
сопротивлению генератора по продольной оси Xd.
Время пуска электромашинного преобразователя определяют
путем измерения промежутка времени от момента подключения
двигателя к сети до момента снижения пускового тока до значения,
соответствующего холостому ходу. Пуск должен осуществляться
при номинальном напряжении двигателя. Если это не удается осу-
ществить, то измеренное время пуска приводят к номинальному
напряжению, полагая, что время пуска обратно пропорционально
квадрату приложенного напряжения.
Время выбега преобразователя определяют, измеряя промежу-
ток времени от момента отключения двигателя до момента останов-
ки ротора при свободном его вращении.
Определение электромагнитного предела по току генератора.
Электромагнитный предел по току генератора определяют гра-
236
фическя (рис. 10.5), используя максимальную ЭДС холостого хо-
да Ём и насыщенное индуктивное сопротивление X».
Для этого проводят окружность радиусом, равным Еи (см,
рис. 10.5). Вправо от центра О откладывают вектор номинального
напряжения и„. Проводя из конца вектора под углом фн к вер-
тикали прямую до пересечения с окружностью, получают вектор
падения напряжения я индуктивном сопротивлении (хг—х„), где
*сг — номинальное емкостное сопротивление последовательных ком-
пенсирующих конденсаторов. Модуль вектора падения напряжения
равен предельному току 7И в масштабе mu/(xt—хы), где mu — мае-
Ряс, 10.5. К определенно электро-
магнитного предела по току гене-
ратора
Рве. 10 6. К определению
яаеыщенного индуктивного
сопротивления х. по вектор-
ной диаграмме
штаб напряжения. Активно-емкостной нагрузке соответствует поло-
жительное направление отсчета угла фы (против направления вра-
щения часовой стрелки). Искомый вектор падения напряжения
при положительном значении (х«—Хег) откладывают в верхнем по-
лукруге. При отсутствии последовательной емкостной компенсации
Хсг=0. Обычно электромагнитный предел по току определяют для
генераторов, максимальная ЭДС холостого хода которых меньше
или равна 1,4 номинального напряжения обмотки якоря. Если мак-
симальная ЭДС холостого хода превышает 1,4 номинального на-
пряжения обмотки якоря, то проверку электромагнитного предела
генератора по току осуществляют методом непосредственной на-
грузки. Для этого подключают к генератору нагрузочное устройст-
во, обеспечивающее при номинальном напряжении и номинальном
коэффициенте мощности требуемый ток. Регулируя ток возбужде-
ния, поднимают напряжение до номинального значения и фикси-
руют при этом напряжение, ток, мощность к ток возбуждения.
Если при этом не удается поднять напряжение до номинального
236
значения, то это означает, что генератор не соответствует требова-
нию по электромагнитному пределу по току.
Определение индуктивных сопротивлений обмоток генератора.
Методы определения индуктивных сопротивлений синхронных ге-
нераторов рассмотрены в гл. 9. Однако определение их для генера-
торов, входящих в агрегат электромашинки* преобразователей,
имеет свои особенности.
Синхронные индуктивные сопротивления генератора по продоль-
ной оси ха предварительно устанавливают по характеристикам хо-
лостого хода и короткого замыкания. Далее из этого сопротивления
вычитают индуктивное сопротивление внешней короткозамыкающей
перемычки. Сопротивление перемычки можно определить как част-
ное от деления напряжения на выводах генератора на ток коротко-
го замыкания.
Для генераторов с последовательной емкостной компенсацией
к индуктивному сопротивлению следует добавить модуль результи-
рующего емкостного сопротивления конденсаторов. Результирую-
щее сопротивление конденсаторов определяют как частное от деле-
ния напряжения на выводах обмотки якоря на ток короткого за-
мыкания.
Насыщенное индуктивное сопротивление Xt определяют мето-
дом графического построения, используя максимальную ЭДС хо-
лостого хода Ец и характеристику возбуждения, снятую до макси-
мального напряжения (рис. 10.6). Характеристику возбуждения
снимают при постоянных сопротивления и коэффициенте мощности
нагрузки при убывающем токе возбуждения, начиная со значения,
превышающего на 5% ток возбуждения при максимальном напря-
жении. При этом измеряют напряжение, ток якоря, мощность и ток
возбуждения. Далее строят зависимости, откладывая по оси абс-
цисс ток возбуждения, а по оси ординат— напряжение и ток об-
мотки якоря, а также (в зависимости от метода измерения мощно-
сти) мощность или напряжения и (по рис. 10.4). По этим
зависимостям находят максимальные значения величин, по кото-
рым вычисляют значения cos <pM нли sin После этого строят век-
торную диаграмму (см. рис. 10.6), откладывая из точки О под
углом фи векторы максимальных напряжения U№ и тока /и обмотки
якоря и проведя из точки О дугу радиусом £„. Вектор, проведен-
ный из конца вектора Uu перпендикулярно вектору тока до пересе-
чения с дугой окружности, представляет падение напряжения в на-
сыщенном индуктивном сопротивлении X».
Насыщенное индуктивное сопротивление X, определяют для ге-
нераторов, максимальная ЭДС холостого хода которых меньше 1,4
номинального напряжения обмотки якоря. Характеристику холосто-
го хода и характеристику возбуждения снимают на нагретом гене-
раторе.
Полное сопротивление нагрузки подбирают близким к но-
минальному, а коэффициент мощности выбирают, имея в виду,
23?
что максимальное напряжение не должно превышать 1,4 номиналь-
ного значения.
Индуктивное сопротивление рассеяния xv и активное сопротив-
ление переменному току га определяют из опыта емкостной нагруз-
ки. Для этого строят зависимость подведенной к двигателю мощно-
сти от тока генератора прн различных значениях емкостного сопро-
тивления нагрузки Ха, подключенного к выводам обмотки якоря.
Емкостное сопротивление нагрузки вычисляют по току генератора
и напряжению на выводах обмотки. Способом тарированного дви-
гателя (см. § 2.3) для каждого значения тока определяют электро-
магнитную мощность генератора.
Для каждого значения емкостного сопротивления нагрузки
строят зависимость электромагнитной мощности генератора от
квадрата тока генератора. По спрямленной части начальной кривой
этой зависимости находит потери Рн, соответствующие току 1 гене-
ратора, и рассчитывают ус
(Ю-7)
где г,— сопротивление, определяемое по напряжению и соответст-
вующим потерям в стали, взятым на продолжении начальной ли-
нейной частя зависимости потерь в стали от квадрата напряжения
при холостом ходе.
Далее в прямоугольной системе координат наносят точки, откла-
дывая по оси абсцисс емкостное сопротивление нагрузки JCcf, а по
оси ординат — значение у{. По этим точкам проводят усредненную
прямую и определяют xe(j и уо, соответствующие точкам пересече-
ния прямой с осями координат. Искомые индуктивное сопротивле-
ние рассеяния и активное сопротивление переменному току
*,=o.5I(W*rt)4-^tg81; (Ю-8)
'-=[(% (10.9)
где tg 8 —тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов;
,г«»в —сопротивление силового кабеля, измеряемое прн постоянном
токе в конце опыта.
Для получения достаточно точных значений индуктивного со-
противления рассеяния и активного сопротивления (х, и га) серию
опытов емкостной нагрузки следует выполнять по возможности в
одинаковых условиях, сохраняя неизменными соединение и распо-
ложение силовых кабелей, температуру подшипников и активных
частей генератора и двигателя. Силовую цепь генератора выпол-
няют как можно короче высококачественным кабелем, проклады-
ваемым бифилярно и удаленным от металлических частей. Зависи-
мости подведенной мощности от тока генератора снимают для зна-
чений Хе/, изменяющихся в пределах от нуля (короткое замыкание)
до 2хй. Индуктивное сопротивление кабеля в опыте короткого за-
238
иыкаиия принимают как отрицательное емкостное сопротивление.
Определение коэффициента полезного действия преобразова-
теля. Определение потерь и коэффициента полезного действия пре-
образователей осуществляют методом отдельных потерь или кало-
риметрическим способом (см. § 2.3). Различают следующие группы
потерь: в двигателе, генераторе, во вспомогательных устройствах.
При определении отдельных потерь механические потери в одно-
корпусных преобразователях не разделяют и относят к двигателю.
Потери в стали генератора прн номинальной нагрузке можно
определить по зависимости потерь в стали генератора от напряже-
ния холостого хода для напряжения, равного ЭДС Е„ опреде-
ляемой
£,=V [У + /га cos<p — / (X, - х„) sin ?]2+ -
*' ' + [ /,а siп <р+/ (х, — хе r) cos <p]J,' (10.10)
где U, 7, ф — параметры номинальной нагрузки (<р — положителен
для активно-емкостной нагрузки).
К потерям во вспомогательных устройствах относят потери в
последовательных компенсирующих конденсаторах, определяемые
умножением реактивной мощности конденсаторов на тангенс угла
диэлектрических потерь tg б.
Потери в стали генератора в режиме холостого хода при напря-
жении, соответствующем номинальному, определяют как разность
подведенных к приводному двигателю мощностей, измеренных при
номинальном напряжении генератора я при невозбуждениом гене-
раторе.
Потери генератора в режиме короткого замыкания (за вычетом
механических) при токе в обмотке якоря, соответствующем номи-
нальному, определяют как разность подведенных к приводному
двигателю мощностей, измеренных при номинальном токе генера-
тора и прн невозбуждениом генераторе. Напряжение, подводимое в
обоих случаях к двигателю, должно быть одинаковым,
Вопросы ди самопроверки
1. Какие испытания машин постоянного тока следует проводить в соответ-
ствии с программой приемо-сдаточвых испытаний?
2. Что следует понимать под требованием: проверка правильности соедине-
ний обмоток машин постоянного тока?
3. Как определить условное начало обмотки и машине постоянного тока прн
проверке правильности маркировки?
4. Как проверять правильность полярности добавочных полюсов?
5. Каким способом можно проверить правильность соединения обмоток ма-
шин постоянного тока?
6. Какова процедура проверки правильности маркировки выводов обмоток
и их соединений?
7. Какие основные требования к поверхности коллектора должны предъяв-
ляться в процессе испытаний?
8. Как следует измерять величину воздушного зазора между полюсами и
порем?
239
9. Если измерение воздушного зазора с помощью щупов невозможно, та на-
гим способом допускается его определение?
10 Какой воздушный зазор между якорем и полюсами следует измерять,
если машина выполнена с эксцентричным зазором?
11. Какова методика проверки формы наружной поверхности якоря и маг-
нитной системы?
12. Какие методы применяют для проверки устиновок щеток в нейтральное
положение?
13 На каждом принципе основан индуктивный метод определения щеток в
нейтральном положении?
14. Какова процедура нахождения нейтрального положения щеток с по-
мощью индуктивного метода?
15. Какова процедура определения положения щеток, соответствующего
нейтрали методом реверсирования в зависимости от режима работы машины
постоянного тока (двигатель или генератор) и системы возбуждения?
16. В чем состоит особенность измерения сопротивления обмотки якоря ма-
шины постоянного тока?
17 С какой целью применяют для измерения сопротивления обмотки яко-
ря двойные игольчатые щупы?
18. Какие применяются методы для снятия характеристики холостого хода?
19. Чем характеризуется степень искрения электрических машин постоянного
тока и какое искрение считается допустимым?
20. Под каким краем щетки (сбегающим или набегающим) следует опре-
делять степень искрения?
21. Ках можно разделять графически потери в стали и механические?
22. Какова цель определения области безыскровой работы машины?
23. Какие способы применяют для определения области безыскровой работы
машины?
24. Какая степень искрения считается максимально допустимой прн опре-
делении области безыскровой работы машины?
25. Каную зависимость получают в результате опыта по определению об-
ласти безыскровой работы машины?
26. Какие выводы можно сделать по полученным зависимостям в резуль-
тате опытов по определению области безыскровой работы машины?
27. Что понимают под определением «электродвигатели малой мощности»?
26. Какая допускается степень искрения при номинальном режиме работы
двигателей постояняого я переменного тока?
29. Какие испытания в программе приемо-сдаточных испытаний являются
общими для всех видов электродвигателей малой мощности?
30. Какие допускаются отклонения в величине емкости конденсаторов от их
вомниальяых значений при испытании конденсаторных двигателей?
31. Какая допускается погрешность средств измерения моментов вращения
двигателей малой мощности?
32. Какая допускается погрешность средств измерения частот вращения дви-
гателей малой мощности?
33. Какова методика определения величины напряжения трогания?
34. В течение какого времени должны выдерживать синхронные двигатели
испытание повышенным нагрузочным моментом без выпадеияя из синхронизма?
35, Что является критерием оценки того, что асинхронные двигатели выдер-
жали испытание повышенным нагрузочным моментом?
36. При каких значениях номинального момента яли номинальной мощно-
сти и прн какой температуре обмоток двигателей следует проводить испытания
прн допустимых отклонениях напряжения и частоты питания от номинальных
значений?
37, Какой должяа быть емкость рабочего конденсатора в конденсаторных
двигателях при испытании их с допустимыми отклонениями напряжения и час-
тоты питания от номинальных значений?
240
38. Что является критерием опенки того, что асинхронные нли синхронные
двигатели выдержали испытание яря допустимых отклонениях напряжения и
частоты питания от номинальных значений?
39, Какие из перечисленных в $ 32 методов определения превышения тем*
пературы применяют при определении температуры обмоток двигателей малой
мощности?
40. Как следует соединять с нагрузочным устройством электродвигатели ма*
лой мощности при испытания на нагревание, чтобы не показать результаты яс»
яытаиий?
41, Как измеряется сопротивление обмотки якоря в коллекторных двигате-
лях малой мощности?
42. Как намеряется частота вращения двигателей малой мощности?
43. Как определить максимальный момент синхронного двигателя?
44. Как определить при испытаниях входной момент в снвхронязм сан-
хрониого двигателя?
45. В каком диапазоне частот производится измерение магнитной состав-
ляющей напряженности поля радиопомех?
46. В каком диапазоне частот производятся измерение электрической со-
ставляющей напряженности поля радиопомех?
47. Каким прибором в в каких единицах измеряют напряжение радиопо-
мех?
48. Какими должны быть спецнальвые помещения (камеры), в которых про-
водятся измерения радиопомех?
49. Из каких основных частей состоит измерительный комплект, предназ-
наченный для измерения радиопомех?
50. Какие условия следует соблюдать при измерении тока короткого за-
мыкания главной обмотки двигателя е пусковыми элементами?
51, Как следует измерять ток главной обмотки двигателя е пусковыми эле-
ментами?
52. Чему равна допустимая погрешность пря измерении массы двигателя?
53. Как испытывают электрические двигатели малой мощности иа ударную
прочность?
54. Как оценить результаты испытаний электрических двигателей малой
мощности на ударную прочность?
55. Какова методика испытаний электрических двигателей малой мощности
иа внбропрочность?
55 Как оценить результаты испытаний электрических двигателей малой
мощности на вибропрочность?
57. Какова методика испытаний электрических двигателей малой мощности
яа вибростойкость?
58. Как оцепить результаты испытаний электрических двигателей малой
мощности на вибростойхость?
59. Какова методика испытаний электрических двигателей малой мощности
на холодостойкость?
60 Как оценить результаты испытаний электрических двигателей малой
мощности на холодостойкость?
61, Какова методика испытаний электрических двигателей малой мощности
ва теплостойкость?
62. Как оценить результаты испытаний электрических двигателей малой мощ-
ности яа теплостойкость?
53 Какова методика испытаний электрических двигателей малой мощности
на влагостойкость?
64 Как оценить результаты испытаний электрических двигателей малой
мощности на влагостойкость?
65, Из каких элементов состоят один цикл испытаний электрических двига-
телей малой мощности прн испытаниях на воздействие смены температур?
66. Сколько пиклов испытаний должно быть проведено подряд для провер-
ки устойчивости электрических двигателей малой мощности к воздействию сме-
ны температур?
241
67. Как оценить результаты испытаний элятродвигателей малой мощности иа
воздействие смены температур?
68. Какие дополнительные требования предъявляются к методам измерения при
испытании элсктромашиппых преобразователей?
69. В нем состоит косвенный метод измерения мощности генератора преоб-
разователя?
70. Какова методика определения относительного эксцентриситета ротора гене-
ратора?
71. Как следует определять время пуска элегтромашилного преобразова-
теля?
72. Как провести испытание электрической прочности междувитковой изоляция
обмоток генератора преобразователя, у которого максимальная ЭДС холостого
хода ниже испытательного напряжения?
73. Как определить время выбега электромашиняого преобразователя?
74. Как определить электромагнитный предел по току генератора?
75. В чем заключается особенность определения синхронного индуктивного
сопротивления генератора преобразователя по продольной осн?
76 Как определить индуктивное сопротивление по продольной осн генера-
тора преобразователя с последовательной емкостной компенсацией?
77. Ках определить насыщенное индуктивное сопротивление генератора?
78. Как определить индуктивное сопротивление рассеяния я активное сопротив-
ление переменному току генератора преобразователя?
79 Какие методы определения КПД рекомендуется использовать для элект-
ромашннных преобразователей?
80. На какие основные группы можно разделять потери в электромашннном
преобразователе?
81. Как определить потери в стали генератора преобразователя пря номи-
нальной нагрузке?
8'2 . Как определить потерн в стали генератора электромашиняого преобра-
зователя в режиме холостого хода?
83. Что относят к потерям во вспомогательных устройствах электромашин-
ных преобразователей?
84. Как определить потеря генератора преобразователя в режиме короткого
замыкания?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Несмотря на существенные отличия в принципах действия, кон-
струкции и характеристиках отдельных типов электрических ма-
шин, физические основы их работы имеют много общего. Поэтому
изучение курса электрических машин принято начинать с обобщен-
ной электрической машины, Несмотря на значительные отличия в
программах и методах испытаний различных типов электрических
машин (это следует из разд. 2 предлагаемого учебника), при их ис-
пытаниях есть много общего. Поэтому методы испытаний, одина-
ковые для разных типов электрических машин, изложены в разд. 1
учебника. К ним относятся следующие испытания: для определения
потерь и КПД; на нагревание; для определения сопротивления об-
моток и изоляции; для определения электрической прочности изо-
ляции; при повышенной частоте вращения и кратковременной пере-
грузке по току; для определения уровня шума, вибраций и величи-
ны биения-, момента инерции вращающихся частей, расхода охлаж-
дающего газа и др.
Анализируя изложенные методы испытаний электрических ма-
шин, можно со всей очевидностью утверждать, что для получения
однозначных результатов испытаний необходимо четко соблюдать
требования, предъявляемые к классу точности измерительных при-
боров, к схемам измерения, условиям испытания и оборудованию,
используемому при испытаниях. Именно поэтому все методы испы-
таний электрических машин стандартизованы, Причем отдельные
разделы этих стандартов непрерывно совершенствуются.
Повышению эффективности и точности испытаний способствуют
следующие основные тенденции, отчетливо прослеживающиеся в
отечественной и международной практике:
— непрерывное совершенствование измерительных устройств
при все более растущей тенденции к использованию электронных
устройств для измерений;
— автоматизация испытательных нонвейеров; это обусловлено
тем, что в технологическом процессе изготовления электрических
машин испытания являются одним из этапов производственного
243
процесса; следовательно, современные тенденции всемерной авто-
матизации и роботизации производства не могут миновать этапа
испытаний;
— все большее использование персональных компьютеров при
испытаниях электрических машин. Это обусловлено тем, что с по-
мощью ЭВМ удобно управлять процессом испытаний и обрабаты-
вать результаты, осуществлять управление качеством электродвига-
телей. Принцип такого управления можно проследить применитель-
но к асинхронным двигателям (см. § 8.6 и 8.9).
Таким образом, овладение методами испытаний электрических
машин совершенно необходимо для инженера-электромеханика.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Прижал 1. Перечеяь стандартов, содержащих методы исяыпмй
ajjuuiMwm моим
В В В В в ввв в в в в в
—* ж—— —
Стандарты, содержащие общие методы испытаний электрнческях машин
83 Мапшим элитритесжж жращаютциеск. Общие техяи- тесхяе требовании
1828 5941 15000 1929 Машины злвтрнческяе вращающиеся. Общие методы спита пай Машины элшрмчесаие вращающиеся. Методы опреде- ления потерь и коэффициент полезного действия Машины электрические вращающиеся. Методы испы- таний на нагревание Машины злятрнчесаие вращающдеся. Методы опреде- лила уровня шума
121.026 ,21.028 ,2379 Ю815 12259 6842 15963 Методы определенна шумовых характеристик источ- ников шума Машины эле мри веские вращающееся Методы оценки вибрации Машины электрические вращающиеся массой свыше 2000 кг. Вибрадян. Допустимые значения и методы испытаний Машины электрпесхде. Методы определима расхода охлаждающего газа Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний ис- точников индустриальных радиопомех Изделия электротехнические для районов с тропичес- ким климатом. Общие технические условия
12327 Машины элекгрн^жаие вращающиеся. Остаточные дисбалансы роторов. Нормы и методы измерений
245
Стандарты, содержащие методы испытаний отдельных вадов
электрических машин
ГОСТ 7217 Электродвигатели трехфаэаые асинхронные. Методы
ГОСТ 10159 ИСОлГТаВИп Машины электрические постоянного тока. Методы ис-
ГОСТ 10169 пытаний Машины электрические трехфаэаые синхронные. Ме-
ГОСТ 1108 тоды испытаний Машины электрические синхронные, Методы новы- • я и w-fl-
ГОСТ 3484 ГОСТ 1070 танин Трансформаторы силовые. Методы испытаний Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний и методы измерения сопротивления обмо-
ГОСТ 20243 ток постоянному току Трансформаторы силовые. Методы испытаний на стой-
ГОСТ 21023-75 кость при коротком замыкании Трансформаторы силовые. Методы измерений харак- теристик частичных разрядов при испытании напря-
ГОСТ 16264 жением промышленной частоты Электродвигатели малой мощности. Общие техниче-
ГОСТ 1769! ские условия Преобразователи частоты электромашинные мощно- стью 250 кВт и выше. Методы испытаний
Приложение 2. Соотношения между вибрационными скоростями,
выраженными в децибелах и миллиметрах/секунду
дБ мм/е дБ мм/с дБ мм/е дБ Мм/с
0 5.00-10"» 24 7,98-10“' 48 1,26.10-’ 72 1,99.10-»
1 5,61-10-» 25 8,89-10"» 49 1,41-10-» 73 2,23-10-'
2 6,30-10-’ 26 9,98.10-» 50 1,58-10-’ 74 2,51-10-'
3 7,07-10-» 27 1,12.10-’ 51 1,77-10-* 75 2,81-10-’
4 7,93-10-’ 28 1,26-10-' 52 1,99.10-’ 76 3,16-10-'
5 8.89-10-» 29 1,41-10-’ 53 2,23-10-» 77 3,54-10-1
6 9,98-10-' 30 1,58-10-» 54 2,51-10-’ 78 3,97-Ю"1
7 1,12-10-' 31 1,77-10-’ 55 2,81-10-’ 79 4,46-10-'
8 1J26.10-* 32 1,99-10-» 56 3,16-10-’ 80 5,00-10-'
9 1,41-10-* 33 2,23-10-’ 57 3,54.10-’ 81 5,61-10-'
10 1,58-10-» 34 2,51-10-» 56 3,97-10-» 62 6,30-10-’
11 1,77.10-' 35 2,81-10-» 59 4,46-Ю-’ 83 7.07-Ю-1
12 1,99-10-' 36 3,16-10"» 60 5,00-10-’ 84 7,93-10-'
13 2,23-10-* 37 3,54-10-» 61 5,61.10-» 85 8.89-10-*
14 2,51-10-* 36 3,97-10-» 62 6,30-10"» 86 9,98.10-'
15 2,81-10-* 39 4,46-10-’ 53 7,07-10-» 87 1,12
16 3,16-10“' 40 5,00-10-’ 64 7,93-10-’ 88 1,26
17 3,54-10-' 41 5,61-10"’ 86 8,89-10-’ 89 1,41
18 3,97-10-* 42 6,30-10“» 66 9,98-10-’ 90 1,58
19 4,46-10-» 43 7,07-10-» 67 1,12-10-» 91 1,77
20 5,00.10“* 44 7.93-10-* 68 1,26.10-’ 92 1,99
21 5,61.10-» 45 8,89.10-» 69- 1,41-10-' 93 2,23
22 6,30-10-» 46 9,98-10-» 70 1,56-10-' 94 2,51
23 7,07.10-' 47 1,12.10’’ 71 1,77.10-' 95 2,81
246
Продолжение прилож. 2
ДВ мм/с дБ мм/с дБ мм/е дБ мм/е
96 3,16 106 1,26-10 119 4,46 10 130 1,58-10»
97 3,54 109 1.41-10 120 5,00-10 131 1,77-10’
98 3,97 ПО 1,58-10 121 5,61-10 132 1,99-10»
99 4,46 111 1,77-10 122 6,30-10 133 2,23-10»
100 5.00 112 1.99-10 123 7,07-10 134 2,51-10»
101 5,61 113 2,23-10 124 7,93-10 135 2,81-10»
102 6,50 114 2,51-10 125 8,89-10 136 3,16-10»
103 7,07 115 2,81-10 126 9,93-10 137 3,54-10»
104 7,93 116 3,16-10 127 1,12-10’ 138 3,97-10»
105 8.89 117 3.54-10 126 1,26-10’ 139 4,46-10»
106 9,98 118 3,97-10 129 1,41-10» 140 5,00-10»
107 1,12-10
Приложение 3. Соотношения между вибрационными ускорениями)
выраженными в децибелах к иидаиметрах/секунду
дВ мм/с 1 дБ ММ/С дБ нм/е дБ мм/е
0 3,00-10-4 30 9,49-10-» 60 3,00-10-» 90 9,49
1 3,37-10-4 31 1,06-10-’ 61 3,37-10-» 91 1,06
2 3.78-10-4 32 1,19-10-» 62 3,76-10"» 92 1.19-10
3 4,24-10-* 33 1,34-10-» 63 4,24-10-» 93 1,34-10
4 4,76-10-* 34 1,50-10-» 54 4,76-10"' 94 1,50-10
5 5.33-10-* 35 1,89-10-’ 65 5.33-10-» 95 1,69-10
6 5,98-10-4 36 1,89-10-» 66 5,98-10-» 95 1,89-10
7 6,72-10-4 37 2,12-10-» 67 6.72-10-' 97 2,12-10
8 7,54-10—» 36 2,38-10-» 68 7,54-10-» 98 2,38-10
9 8,45-10-4 39 2,67-10-’ 69 8,45-Ю-1 99 2,57-10
10 9,49-10-4 40 3,00-10-» 70 9,49-10-» 100 3,00-10
11 1,06-10-» 41 3,37-10-» 71 1,06 10! 3,37- Ю
12 1,19-10-» 42 3,78-10-* 72 1.19 102 3,78-10
13 1,34-10-’ 43 4,24-10-» 73 1,34 ЮЗ 4,24-10
14 1,50-10-» 44 4,76-10-’ 74 1,50 104 4,76-10
15 1.69-10-’ 45 5,33-10-» 75 1,69 105 5,33-10
16 1,89-10-’ 46 5,98-10"» 76 1,89 105 ъ,98' 10
17 2.12-10-» 47 6,72-10-» 77 2,12 107 6,72-10
18 2,38.10-’ 48 7.54-10-» 78 2,38 108 7,54-10
19 2,67-10-» 49 8,45-10“» 79 2,67 109 8,45-10
20 3,00-10-’ 50 9.49-10-» 30 3,00 110 9,49-10
21 3,37-10-» 51 1,06-10-» 81 3.37 Ill 1,06-10»
22 3,76-10-» 62 1.19-10-1 82 3,78 112 1,19-10’
23 4,24-10-» 53 1.34-10-' 83 4.24 113 1.34-10»
24 4,76-10"» 54 1,50-10-» 84 4,76 114 1,50-10»
25 5,33-10-» 55 1.69-10-' 85 5,33 115 1,69-10»
26 5,98-10-’ 56 1,89-10-» 66 5.98 116 1,89-10’
27 6,72-10-» 57 2,12-10-' 87 6,72 117 2,12-Ю»
28 7,54-10-’ 58 2,38-10-' 68 7,54 118 2,38-10»
29 8,45-Ю-» 59 2,67-10-» 89 8,45 119 2,67-10*
247
Продолжение прилож. 3
ДБ мм/е дБ мм/е ДБ мм/е дБ мм/с
120 3,00-10’ 127 6,72.10» 133 1,34-10’ 139 2,67-10’
121 337-10* 128 7,54-10’ 134 1,50-10» 140 3,00-10’
122 3,78.10’ 129 8,45-10’ 135 1,89-10’ 14! 3,37-10’
123 4,24-10* 130 9,49-10’ 136 1,89-10» 142 3,78.10’
124 4,76-10* 131 1,06-10» 137 2,12-10» 143 4,24-10’
125 533-10* 132 1,19-10» 138 2,38-10» 144 4,76'10*
126 5,98.10’
Приложение 1. Предельные значении среднего уровня шума
М« ыектрических машин мощностью менее 0,25 кВт 1-го класса на расстоянии
1 м от контура в зависимости от частоты вращения
Частота вращения Предельные аяаченкя средних уровне! шума (дБ-А) при номинально! мощности, Вт
до (80 ел. 190
До 1000 59 62
Свыше 1000 > 1500 63 65
» 1500 » 2000 65 67
> 2000 > 3000 66 68
> 3000 > 3000 70 71
> 3000 > 15000 75 76
» 15000 > 13000 78 30
> 13000 > 24000 62 84
Приложение 5. Метод проверки пригодности помещения
для проведения измерений в свободном звуковом поле над зяукоотркжающе!
плоскостью и определение постоянной К (прн отсутствии образцового источника)
Расссматриваемый метод проверка пригодности помещения для проведения
измерений в свободном звуховом поле над эвукоотражающей плоскостью отно-
сится к случаю, когда в качестве образцового источника используется испытуе-
мая иля однотипная ей машина и отсутствуют данные предварительного опре-
деления ее шумовых характеристик. Проверка пригодности помещения для про-
ведения измерений проводится следующим образом.
Звуховое поле проверяют в октавной полосе со среднегеометрической часто-
той 500 Гц дая намерения уровня звука и во всех контролируемых октавных по-
лосах частот для измерения уровней звукового давления. Определяют уровень
звукового давления во всех измерительных, а также в дополнительных точках,
лежащих на прямых, проходящих из геометрического центра через измеритель-
ные точки. При этом для дополнительных точек рекомендуется измерительное
расстояние d выбирать таким, чтобы площадь измерительной поверхности, обра-
зованная дополнительными точками измерения, менялась в пределах от 0,25 до
4,0 (от площади основной измерительной поверхности).
По результатам измерения уровня звукового давления во всех точках вычис-
ляют среднее значение звукового давления для каждого измерительного расстоя-
248
няя. По полученным данным находят отклонение АГ (дБ) от теоретического зна-
чения, определяющего условия свободного звукового поля:
AF = G-F.
Здесь F— уменьшение среднего уровня звукового давления при увеличении пло-
щади измерительной поверхности в 4 раза.
Значение F определяют графически по результатам измерений. Для этого
строят зависимость экспериментальных значений среднего уровня звукового дав-
ления от площади измерительной поверхности, Если полученная зависимость пред-
ставляет собой прямую, то ее экстраполируют таким образом, чтобы по графику
можно было определить искомое значение F. Если полученная зависимость отли-
чается от прямой, то в точке, соответствующей измерительной, проводят каса-
тельную и по ней определяют искомое значение F.
Точное значение К можно определить по графической зависимости К=/(ЛЕ),
приведенной в ГОСТ 11929. Приближенно постоянны К дБ (дБ А), может быть
определена по формуле
K=10)g(l+4$M),
где 5 — площадь измерительной поверхности, м3; Л — эквивалентная площадь
звукопоглощения, м3.
Приложение в. Метод корректировки измеренного расхода воздуха
Действительный расход воздуха в электрической машине прн ее эксплуата-
ции может отличаться от измеренного расхода воздуха, .Поэтому должны быть
проведены дополнительные испытания для корректировки измеренного расхода
воздуха на эксплуатационный режим работы машины. Для этого выбирают не-
сколько контрольных участков вентиляционного тракта машины, на которых ус-
ловия движения воздуха во время испытаний и при эксплуатации остаются по-
добны мн.
Методика корректировки заключается в следующем. Перед началом измере-
ний в выбранном контрольном сечении устанавливают контрольный прибор с
малым аэродинамическим сопротивлением, показания которого зависят от скоро,
сти потока. Такими приборами могут быть пневматическая трубка Праядтля,
насадок полного или статического давления, отверстия в стенке для отбора ста-
тического давления, электротермоанемометры, калориметрические расходомеры
я т. п. Показания приборов должны быть приведены к нормальному атмосфер-
ному давлению 101325 Па и температуре 20“С.
При установке лиев неметрического прибора в контрольном сечении дейст-
вительный расход воздуха через машину можно определить по формуле
где Р — показание контрольного прибора при эксплуатационном режиме; Р>— то
же, при измерении расхода воздуха.
Если в контрольном сечении установлен термо анемометр, то
Q = QM«/vMI
где v — скорость воздуха в контрольном сечении прн эксплуатационном режиме
машины, м’/с; п» — то же, при измерении расхода воздуха, м*/е.
При установке калориметрического расходомера в контрольном сечении
где <7 —расход воздуха в контрольном сечении прн эксплуатационном режиме ма-
шяны, м’/с; — то же, при измерении расхода воздуха, м3/с,
Если измерения расхода воздуха проведены при частотах вращения венти-
249
ляторов, отличающихся от номинальных, то действительный расход воздуха через
машину может быть определен по формуле
Q =
где л —номинальная частота вращения вентилятора, об/мин; л« — частота вра-
щения вентилятора при измерении расхода воздуха, об/мин.
Приложение 7. Методика испытания на нагрев трансформаторов
с охлаждением видов Ц и ДЦ без собственной системы охлаждения
По характеристике одного охладителя (зависимость теплового потока Q от
разности температур масла на входе в охладитель я охлаждающей среды 0=«
г=Ои—^оиг), вх количеству я системе охлаждения трансформатора и найденным
в результате испытаний потерям P,+Pt> определяют превышение температуры
масла на входе в систему охлаждения над температурой охлаждающей среды.
Найденное значение является превышением температуры верхних слоев масла
в трансформаторе над температурой охлаждающей среды. Затем определяют раз-
ность температур масла на входе н выходе из охладителя по формуле:
Д0 = <?/(7рс),
где Q —тепловой поток охладителя: V — производительность насосов, м5/с; р,
с ~ соответственно плотность и удельная теплоемкость масла, определяемые в за-
висимости от средней температуры масла в охладителе по таблице:
Температур* масла, •с Плотвоеть масла, кг/м* Удельная теплоемкость, Вт-с/кг-'С
40 873,1 1807
50 866,7 1868
60 860,3 1928
70 854,0 1988
30 847,6 2048
90 841,3 2109
Для промежуточных температур масла значения плотности и удельных тепло-
емкостей отыскиваются линейным интерполированием.
Температура масла, которую следует поддерживать на входе в трансформатор
прв определении пренышення средней температуры обмоток и частей металлокон-
струкции, рассчитывают по формуле
= 0к — Д0 Эои »
где 0л — превышение температуры верхних слоев масла в трансформаторе над тем-
пературой охлаждающей среды, °C; А9 —разность температур масла на входе в
выходе из охладителя, ЛС; — максимальная температура охлаждающей среды,
допускаемая для испытываемого трансформатора,
При проведении испытаний соединяют охладительную установку с испытывае-
мым трансформатором. С помощью камерных измерительных диафрагм измеряют
и устанавливают расход масла, поступающего нз охладительной установки в транс-
форматор (такой же, какая имеет место при работе собственной системы охлажде-
ния трансформаторов) . Если гидравлическое сопротивление трубопроводов между
смесительным теплообмеяняхом и баком трансформатора примерно соответствует
250
гидравлическому сопротивлению трубопроводов между собственной охладитель-
ной установкой и баком трансформаторов, то допускается расход масла считать
равным, если равно число насосов одинаковой производительности в этом конту-
ре при испытаниях н в собственной системе охлаждения трансформатора.
В опытах короткого замыкания регулируют работу теплообменников так, что-
бы в процессе опытов температура масла, поступающего в трансформатор (тем-
пература масла в смесительном теплообменнике), оставалась постоянной я рав-
ной Ом.
Допускается ускорять процесс испытаний путем прекращения циркуляции ок-
ружающей среды в части или всех теплообменниках, пока температура масла в
смесительном теплообменнике не станет ниже требуемой иа 5—10’С.
В соответствующих установившихся тепловых режимах определяют превыше-
ние температур частей металлоконструкции и средних температур обмоток над
маслом,
Превышение температур обмоток определяется над средней температурой мас-
ла, которая вычисляется по формуле
Og.ep = — Аб/2.
Аналогично проводят тепловые испытания трансформаторов с направленным
движением масла, дополнительно устанавливая соответствующие расходы мас-
ла из промежуточного теплоообмекняка к соответствующим частям трансфор-
матора,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Голдберг ОД., Гурин Я.С., Свмридемхо Я, С./Под ред. О.Д. Голдберга.
Проегтирогдлие элдктрическнх мяптип- — Мл Вьюпал школа, 2D00.
2. Гольдберг О.Д. Научные основы диагностики и управления качеством асинх-
ронных даиг1теле&//Этегпяг ство. 1986. № 1.
3. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. — Л.: Энврго-
атомиадят, 1984.
4. Справочник по борьбе с шумом на проязводстэе/Под ред. Е.Я. Юдина. Мл
Машиностроение, 1985.
5. Амиев И.И. Справочник по эдечрохехнике и элэтрообсрудозанпо. — М.'
МИКХИС, 1999.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..................... , ................. 3
Введение........................................................ 5
РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МА-
ШИН ..................................................... 7
Глава 1. Общие вопросы испытаний .... ................. 7
1.1. Технические требования к показателям качества электрических ма-
шин ...................................................... 7
U. Стандартизация методов испытаний электрических машин и тех-
ника безопасности при их проведении ...... .................... 9
1Л. Требования к измерительным приборам. Основные методы изме-
рений при испытаниях электрических машип ...................... И
1.4. Автоматизация испытаний электрических машин и применение
ЭВМ........................................................... 18
Вопросы для самопроверки...................................... 23
Глава 2. Определение КПД, испытания машин при повышенной частоте
вращения в кратковременной перегрузке по таку......................... 25
2.1. Основные требования х испытуемым машинам. Составляющие по-
терь .......................................................... 25
2.2. Методы непосредственного в косвенного определения потерь и
КПД.............................................................. 25
2.3. Испытания машины прн повышенной частоте вращения я кратко-
временной перегрузке по току.................................... 32
Вопросы для самопроверки...................................... 34
Глава 3. Испытание на нагревание...................................... 35
3.1. Условия испытаний на нагревание и режимы работы электрических
машин.......................................................... 35
3.2 Методы я средства измерения температуры отдельных частей эле-
ктрических машин и охлаждающих сред ............................... 41
3.3. Непосредственные я косвенные методы определения аагрева элект-
рических машин .................................................. 4G
Вопросы для самопроверки . ,............................... 60
Г и а в а 4. Измерение сопротивлений обмоток и изоляции. Испытание ме-
ктрмческой прочности изоляции.......................................... 51
4.1. Измерение сопротивления обмоток и изоляции.............. 51
4.2. Испытание электрической прочности изоляции обмоток............ 55
Вопросы для самопроверки ...................................... 60
253
Г л а в а Б. Определение уровня шума, вибраций и величины биения .... 62
5.1. Основные понятия я термины................................. 62
5.2. Технические требования к уровню шумов и вибраций .......... 65
5.3. Источники шума и вибраций и аппаратура для их измерения ... 69
5,4. Методы определения уровня шума прн холостом ходе и номи-
нальной нагрузке................................................ 72
5.5. Методы определения уровня вибраций я величин биения . . . - 62
Вопросы для самопроверки.................................... 85
Г л а ва в. Специальные испытания.............................. . 87
6,1. Методы определения момента инерции вращающейся части ... 87
6Л. Методы определения расхода охлаждающего газа................ 91
6.3. Методы определения превышения температуры в функции времени
при заторможенном роторе двигателей переменного тока.......... 98
6.4, Методы испытаний электрических машин, предназначенных для
районов с тропическим климатом................................. 100
Вопросы для самопроверки . ................................ 104
РАЗДЕЛ 2. ИСПЫТАНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН............................................................. 106
Глава 7. Испытанна силовых трансформаторов.......................... 106
7.1. Программы испытаний.................................... . 106
73. Проверка коэффициента трансформация я групп соединения об-
моток ......................................................... 107
73. Особенности измерения сопротивления обмоток постоянному току 112
7.4. Проверка тока и потерь холостого хода...................... 114
7.5. Проверка потерь и напряжения короткого замыкания........... 120
7.6. Измерение сопротивления нулевой последовательности н определе-
ние параметров изоляции ......................................... 123
7.7. Испытания трансформатора на нагревание я его бака иа плот-
ность .......................,................................. 126
Вопросы для самопроверки..................................... 130
Гл «ив 8. Испытания асинхронных машин............................... 132
8,1. Программы испытаний ....................................... 132
8.2. Определение коэффициента трансформации, тока и потерь холо-
стого хода н короткого замыкания................................. 133
83. Определение КПД, коэффициента мощности н скольжения .... 137
8,4. Определение максимального и минимального вращающих моментов 142
8.5. Определение соответствия номинальных показателей двигателей
требованиям стандартов по результатам приемо-сдаточных испы-
таний ......................................................... 147
8.6. Диагностирование нарушений технологического процесса по ре-
зультатам приемо-сдаточных испытаний............................. 164
8.7. Определение изменения номинальных показателей однотипных эле-
ктродвигателей в процессе серийного производства . ............. 166
83. Определение объема выборки для испытаний и соответствия вариа-
ции номинальных показателей электродвигателей допускам .... 172
8.9. Автоматизированные испытатель но-диагностические системы для
контроля в управления качеством электродвигателей с использо-
ванием мнкроЭВМ................................................. 176
Вопросы для самопроверки................................. 181
Глава 9. Испытания синхронных машин............................... 182
9.1. Программы испытаний, допущения и особенности обработки ма-
териалов испытаний............................................... 182
254
9J. Определение характеристики холостого хода и трехфззного корот-
кого замыкания, симметричности напряжения и тока третьей гар-
монической ................'................................. 185
9.3. Определение тока возбуждения, U-образнлй и регулжрплочкой ха-
рактерястик и коэффициента искажения синусоидальной кривой
напряжения....................._.................................. 187
9.4. Испытание на внезапное трехф'ззние короткое замыкание, определи-
кие отношения короткого замыкания и синхронных индуктивных
сопротивлений......................г . . . ...................... 191
9.5. Определение переходного и сверхпереходного индуктивных сопро-
тивлений ......................................................... 198
9.6. Определение сопротивлений обратной и нулевой последовательно-
сти, индуктивного сопротивления рассеяния якоря и расчетного
индуктивного сопротивления........................................ 201
9.7, Определение постоянных времени............................... 206
9Л Определение пусковых токов и прашаюшнх моментов синхронных
двигателей а компенсаторов.................................. 209
Вопросы для самопроверки . , ................................. 211
Главя 10. Испытшив малин unciua—tro тжя, масгродвжжтелей малой мощ-
аоста а э ншроматачт преобразователей частоты . . 214
10.1. Испытания машин постоянного тока .... ... .214
10 2. Испытания электродвигателей малой ммщносгн............. . 225
10.3. Испытания электромашинных преобразователей частоты .... 233
Вопросы для самопроверки..................................... 239
Заключение............................................... ... . . 243
Приложения..................................................... . . 245
Список литературы ......... ............ ... 252
Учебное издание
Гольдберг Остр Давидоггч
ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Редактор И.Е. Овчережо
Художник К.Э. Семенков
Художественный редажтор Ю.З. Иванова
7пшжахЛ редагтор И Л. Быкова
ПР № 010144 от 25.1294. Изд. № ВТИ-76. Пода, в пяать
20.012000. Формат 60x88‘/к- Бум. газета. Гарнитура
«Литературная». Печать офсетая. Объем 15,68 уса пет, л.
15,68 уел. гр.-отт. 16,71 уч.-изд. л.
Тираж 8000 экз. Заказ № 415/к»л
ГУП издательство кВыапаа ткала». 101430, Моава, ГСП-4,
Неглянная ул, д. 29/14.
Отпечатано на Государственном унитарном прели ртла н Смо-
жнсхий полнграфичеекяЯ комбинат Минис iepcхва Российгхой
Федерации по делам хвчатя, тезврвдновещания и средств
массовых кпмыуннкяпий.
214020, г. Смоленск, ул. Смольянинова, д. 1.