Неисправности электрических машин и их проявление

Рассмотрим характерные неисправности электрических машин, приводящие к отказу или выходу машины из строя, которые могут наблюдаться при проведении работ по их техническому обслуживанию.

Витковое короткое замыкание вследствие пробоя изоляции между смежными витками обмотки статора или ротора приводит к повышенному перегреву электрической машины даже при нагрузке, не превышающей номинальную. Короткое замыкание между фазами обмотки статора вследствие пробоя межфазной изоляции или пробоя изоляции двух фаз на корпус приводит к сильным вибрациям машины переменного тока, которые прекращаются при отключении машины от сети. Кроме того, наблюдается асимметрия токов в фазах и быстрый нагрев отдельных участков обмотки. При коротком замыкании обмотки фазного ротора (или при пробое изоляции между контактными кольцами и валом) асинхронный двигатель пускается в ход при разомкнутой обмотке ротора, под нагрузкой пуск двигателя происходит медленно, а ротор сильно нагревается даже при небольшой нагрузке.

Обрыв проводников обмотки статора двигателей переменного тока вызывает асимметрию токов и быстрый нагрев одной из фаз при работающей машине. При обрыве фазы (крайний случай обрыва проводников) двигатель не запускается при подаче напряжения, наблюдается сильный шум и быстрый нагрев двигателя. При обрыве фазы работающего двигателя наблюдается резкая асимметрия токов статора, сильный шум и быстрый нагрев сверх допустимых пределов. Обрыв стержня короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя приводит к повышенным вибрациям, уменьшению частоты вращения под нагрузкой, периодическим пульсациям тока статора во всех фазах.

Недопустимое снижение сопротивления изоляции обмоток может произойти вследствие ее сильного загрязнения, увлажнения или частичного разрушения вследствие износа.

Нарушение электрических контактов, паяных или сварных соединений приводит в асинхронных двигателях к тем же эффектам, что и обрыв витков, стержней обмотки ротора или фазы обмотки в зависимости от нахождения данного электрического соединения. Нарушение контакта в цепи щеток приводит к повышенному искрению последних. Нарушение межлистовой изоляции сердечников магнитопроводов статора машин переменного тока или ротора машин постоянного тока приводит к недопустимому повышению температуры магнитопровода в целом и его отдельных участков. Это в свою очередь приводит к повышенному нагреву обмоток и может вызвать выгорание части магнитопровода.

Ослабление прессовки листов магнитопровода вызывает шум и повышенные вибрации электрических машин, исчезающие после отключения машины от сети. Ослабление крепления полюсов и сердечников статоров приводит к повышенным вибрациям, исчезающим после отключения машины от сети.

Выработка коллектора и контактных колец и ослабление нажатия щеток приводят к повышенным искрению и нагреву контактных колец и коллектора. Износ щеток ускоряется. Деформация вала приводит к появлению эксцентриситета ротора, больших сил одностороннего тяжения, в результате чего асинхронный двигатель не развивает номинальной скорости, а его работа сопровождается низкочастотным шумом (на оборотной частоте).

Засорение охлаждающих (вентиляционных) каналов и загрязнение корпуса приводят к повышенному нагреву машины или ее отдельных частей при нагрузках, не превышающих расчетных значений.

Выплавка баббита в подшипниках скольжения или чрезмерный износ подшипников качения приводят к нарушению соосности электрической машины и приводного механизма, к появлению эксцентриситета ротора. Первая из этих причин вызывает повышение вибраций, которые не исчезают после отключения машины от сети, проявления второй причины такие же, как и при деформации вала.

Нарушение уравновешенности (балансировки) таких вращающихся частей, как муфты, шкивы и роторы, приводит к появлению повышенных вибраций.

Как видно из анализа проявлений возможных неисправностей и их влияния на рабочие свойства электрических машин, одни и те же физические эффекты могут быть вызваны различными причинами. Это часто не позволяет однозначно определить неисправность машины, можно ограничиться лишь их возможным перечнем. Истинная причина может быть определена в процессе дефектации с целью ее устранения. Если говорить о неисправностях конкретных видов электрических машин, то, как правило, эксплуатационный персонал при работе ориентируется на перечень типовых неисправностей и способов их устранения, который содержится в паспорте каждой электрической машины (или группы однотипных машин). В качестве примера в табл. 5.1 приведен перечень возможных неисправностей асинхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора серии АИР. Аналогичные перечни содержатся в паспортах, поставляемых заводами-изготовителями вместе с самими электрическими машинами.

Таблица 5.1

Неисправность, внешнее проявление и дополнительные признаки	Вероятная причина	Способ устранения
Двигатель при пуске не разворачивается, гудит	Отсутствие или недопустимое уменьшение напряжения питающей сети	Найти и устранить неисправности сети
Перепутаны начало и конец фазы обмотки статора	Произвести подключение фаз согласно схеме
Двигатель перегружен	Снизить нагрузку
Неисправен приводной механизм	Устранить неисправность приводного механизма
Остановка работающего двигателя	Прекращение подачи напряжения	Найти и устранить разрыв в электрической цепи
Неполадки в аппаратуре распредустройства и питающей сети	Устранить неполадки в аппаратуре и питающей сети
Заклинивание приводного механизма	Устранить неисправность приводного механизма
Сработала защита	Проверить обмотку статора и устранить причину
Повышенный перегрев двигателя	Двигатель перегружен по току	Снизить нагрузку до номинальной
Повышено или пониже но напряжение в сети	Установить напряжение в соответствии ГОСТ 183-74
Повышена температура окружающей среды	Установить допустимую температуру
Нарушена нормальная вентиляция (загрязнены вентиляционные каналы и корпус двигателя)	Почистить корпус и вентиляционные каналы
Нарушена нормальная работа приводного механизма	Устранить неполадки в работе приводного механизма
Обмотка статора перегревается, двигатель сильно гудит и не развивает нормальной частоты вращения	Межвитковое замыкание в обмотке статора	Заменить статор
Обмотка одной из фаз пробита на корпус (землю) в двух местах	Заменить статор
Короткое замыкание между фазами	Заменить статор
Обрыв одной из фаз	Заменить статор
Повышенный перегрев и стук подшипников	Неправильная центровка двигателя с приводным механизмом или ее нарушение	Правильно сцентровать двигатель с приводным механизмом
Повреждение подшипников	Заменить подшипники
Повышенная вибрация работающего двигателя	Недостаточная жесткость фундамента	Увеличить жесткость фундамента
Несоосность вала двигателя с валом приводного механизма	Улучшить соосность валов
Не отбалансирован привод или соединительная муфта (шкив)	Отбалансировать привод или муфту (шкив)
Пониженное сопротивление изоляции обмоток	Загрязнение или отсырение обмоток	Разобрать и почистить двигатель, продул, и просушить обмотку

Планирование ремонтов электрических машин

При планировании структуры ремонтного цикла, под которой понимаются виды и последовательность чередования плановых ремонтов, исходят из длительности ремонтного цикла в соответствии с кривой жизни технического изделия (см. рис. 1.3). Период времени между двумя плановыми капитальными ремонтами Т _пл определяется продолжительностью ремонтного цикла Т_табл.В свою очередь Т_табл определяется при нормальных условиях эксплуатации при двухсменной работе электрических машин. Значения Т_табл для ряда характерных производств приведены в Приложении 7.

В промежутке времени между двумя капитальными ремонтами проводят несколько текущих. Период времени между двумя плановыми текущими ремонтами t _плопределяется продолжительностью межремонтного периода t _табл, значения которого также приведены в Приложении 7.

Плановая продолжительность работы между двумя капитальными и текущими ремонтами определяется по следующим формулам:

;(5.1)

(5.2)

где — коэффициенты, косвенно учитывающие реальный характер нагрузки электрической машины: = 0,75 для коллекторных машин и1,0 для остальных машин; — коэффициент, учитывающий сменность работы машины, он определяется числом смен К_см; = 1,0 для электрических машин, отнесенных к вспомогательному оборудованию, для машин основного оборудования = 0,85; = 0,7; — коэффициент использования, определяемый в зависимости от отношения коэффициента К_фс фактического спроса к нормируемому К_с; = 1,0 для электрических машин, установленных на стационарных установках, а для машин передвижных электрических установок = 0,6.

Ниже приведены значения коэффициентов и :

К_фс/К_с ……………….. 0,5 0,75 1,0 1,1 1,2 1,3

…………………… 1,3 1,1 1,0 0,9 0, 0,7

К_см …………………… 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3

……………………. 2 1,6 1,35 1,13 1 0,8 0,67

Под коэффициентом спроса К_с понимается отношение максимальной нагрузки предприятия (цеха, отдельного производства) Р_max к суммарной установленной на нем мощности электроприемников Р_у (электродвигатели, электротехнологические процессы, освещение и др.). Под Р_тах понимается получасовой максимум нагрузки предприятия, заложенный в его технический проект и заявляемый предприятием при составлении договора с энергоснабжаюшей организацией. По значению P_max определяется, в частности, необходимая суммарная мощность связывающих его с электрической системой трансформаторов. Таким образом,

; (5.3)

Реальная нагрузка предприятия может отличаться от расчетной, также как и суммарная мощность установленных на нем приемников электрической энергии. Поэтому наряду с коэффициентом К_с (его значения приведены в Приложении 7) вводится коэффициент фактического спроса К_фс, который определяется опытным путем по фактическому среднечасовому максимуму нагрузки Р_фmax и фактической установленной мощности электроприемников Р_ф.у. Коэффициент фактического спроса может существенно отличаться от первоначально принятого. Чем больше К_фс, тем больше средняя нагрузка электрических машин, установленных на предприятии:

(5.4)

По указанной методике для каждой электрической машины, установленной на предприятии, можно рассчитать промежуток времени между капитальными и текущими ремонтами и составить календарный график проведения этих ремонтов, согласовав его с графиком ремонтов основного технологического оборудования. На базе графиков ремонта по отдельным участкам и цехам составляется свободный график ремонта электрических машин по предприятию в целом.

Пример расчета. Определить продолжительность ремонтного цикла и межремонтного периода для асинхронного рольгангового двигателя с короткозамкнутым ротором типа АР, который установлен на прокатном стане металлургического завода, имеет трехсменный график работы (непрерывное производство) и коэффициент фактического спроса, равный 0,6.

Из приложения 7 находим, что для горячих цехов T_табл = 4 года, t_табл ⁼ 6месяцев при К_с = 0,45. Далее определяем значение соответствующих коэффициентов: = 1 (у двигателя отсутствует коллектор); = 0,67 при К_см = 3; = 0,7 (для К_фс/ К_с = 0,6/0,45 = 1,33); = 0,85; =0,7(двигатель относится к основному оборудованию); = 1 (установка стационарная). Тогда в соответствии с формулами (5.1), (5.2) рассчитываем время между двумя капитальными Т _пл и текущими t _пл, ремонтами:

Т _пл =4,0∙1,0∙0,67∙0,7∙0,85∙1,0 = 1.6 (года); t _пл =6,0∙1,0∙0,67∙0,7∙0,7∙1,0 =2 (месяца).

Срок 2 месяца соответствует 0,167 года, поэтому между двумя капитальными ремонтами двигатель должен пройти 8 текущих (Т _пл / t _пл =1,6/0,167=9, но поскольку очередной капитальный ремонт совпадает с текущим, то последний текущий ремонт заменяется на очередной капитальный).