ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

В подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах используется весь спектр электродвигателей (ЭД). Наиболее распространены асинхронные ЭД – короткозамкнутые и с фазным ротором, хотя используются и машины постоянного тока.

При техническом диагностировании ЭД прибегают к условному их расчленению на составные части, отказ одной из которых не будет влиять на надежность других. Обычно при асинхронных ЭД выделяют: токопровод (щетки, щеткодержатели, контактные кольца), крышки (передний щит, задний щит), статор (корпус, пазовую и витковую изоляции), ротор (вал, обмотку), подшипники. Такое расчленение позволяет дать оценку показателям надежности по механическим и электрическим элементам в отдельности.

Основной причиной выхода ЭД из строя также, как и любого оборудования, является превышение допустимых параметров изнашивания. В качестве количественной меры изнашивания служат усиленные шумы, стуки и вибрации при работе, повышенный нагрев, снижение электрической прочности изоляции, повышение переходных сопротивлений контактов, изменение размеров деталей по отношению к их нормальному значению. В связи с этим при диагностировании распространенным методом является проведение контрольных замеров. Для измерений приборы подбираются так, чтобы значения определяемых параметров находились в 20…95 % шкалы.

Так как обмотки электрических машин обладают значительной индуктивностью, отсчитывать показания приборов следует только после окончания переходного процесса, т. е. когда движение стрелок прекращается.

Проверяя правильность работы ЭД, отключают его от сети и проворачивают вал (рукой или с помощью рычага). При этом вал должен проворачиваться без рывков и заеданий. Если ротор проворачивается туго, вначале проверяют приводной механизм, а затем ЭД, включив его в сеть без нагрузки.

При работе ЭД не должны наблюдаться стуки и вибрации, издаваемые двигателем, шум должен быть несильным и монотонным.

Диагностирование нагрева ЭД. При работе электрической машины в ней возникают потери электрической энергии в стали статора и ротора, меди обмоток, а также механической – в узлах трения. В результате этих потерь ЭД нагревается, причем больше всего нагревается изоляция обмоток. Для замера температуры используют ртутный или спиртовой термометры. Конец термометра обертывается фольгой и прикладывается к нагретой части ЭД. Сверху фольги накладывают слой ваты для предохранения отдачи теплоты в окружающую атмосферу. Предпочтительно применение спиртовых термометров, так как при измерении температуры в обмотках с большой силой тока в стали статора под действием вихревых токов ртуть в термометре нагревается и дает дополнительную погрешность в показаниях.

Перегрев ЭД, в первую очередь, приводит к разрушениям пазовой изоляции и изоляции обмоток ЭД и их тепловому старению. Срок службы изоляции во многом определяется ее теплостойкостью. В результате проведенных исследований определены зависимости между температурой нагрева и сроком службы изоляции. Установлено, что для изоляции класса А повышение температуры на каждые 8 ⁰ С сокращает срок ее службы в 2 раза; для изоляции класса В – также в 2 раза при нагреве на каждые 10⁰ С, а для класса Н – на каждые 12⁰ С.

Измерение температуры обмотки ЭД является одной из трудоемких операций. Наиболее точное значение температуры нагрева можно получить замером сопротивления обмоток постоянному току, которые находятся между собой в определенной зависимости. Для реализации этого метода разработан специальный стенд.

Одной из причин нагрева ЭД является снижение напряжения в питающей сети, которое нужно постоянно контролировать. Согласно правилам технической эксплуатации электроустановок ЭД должны работать при колебаниях напряжения в пределах ±5 %. При больших колебаниях напряжения необходимо пересмотреть допустимые режимы нагрузки на основании специальных испытаний.

При работе ЭД в условиях пониженных температур следует учитывать износ изоляции от термомеханических нагрузок, возникающих от периодических нагревов и охлаждений обмоток. Это приводит к появлению в изоляции трещин, их загрязнению, попаданию влаги и расслоению. Влага резко снижает сопротивление изоляции и ее электрическую прочность, что ведет к повышению силы тока, его утечке и возможному пробою изоляции.

Диагностирование обмоток. Обмотки ЭД являются наиболее уязвимым элементом. В комплексе изоляцию обмотки можно представить как систему последовательно соединенных пазовой, межсекционной, межфазовой и межвитковой изоляций проводов. Последняя является наиболее слабым звеном и определяет жизнеспособность обмотки. Отказ в обмотке наступает, когда напряжение между парой проводников превышает электрическую прочность межвитковой изоляции. Поэтому при техническом диагностировании обмоток ЭД прежде всего контролируют состояние изоляции.

Для ЭД напряжением до 600 В в качестве диагностируемого параметра могут служить абсолютные значения силы тока утечки, а также приращения токов утечки при увеличении напряжения. Вначале освобождают шесть выводных концов на клеммной колодке ЭД, затем измеряют силу тока утечки каждой фазы при заземленных двух других фазах. Небольшая сила тока утечки каждой из фаз обмоток и незначительная разница (в пределах 3 %) между ними позволяют сделать вывод об удовлетворительном состоянии изоляции между фазами и по отношению к корпусу.

Значительная сила тока утечки, но одинаковая по фазам, свидетельствует об увлажнении или сильном загрязнении изоляции. Разница в силе тока утечки (асимметрия по фазам) в 1,5…3 раза указывает на наличие местных дефектов в изоляции фазы, имеющей наибольшую силу тока утечки. Для определения, какая именно изоляция имеет дефект (корпусная или между фазами), измеряют силу тока утечки изоляции фазы с дефектом относительно корпуса при незаземленных обмотках двух других фаз, а затем измеряют силу тока утечки при приложении напряжения между фазой с дефектом и двумя другими заземленными фазами. В первом случае большие силы тока утечки указывают на наличие местных дефектов в корпусной изоляции, во втором – в изоляции между фазами.

При диагностировании крановых короткозамкнутых ЭД, а также серии 4А силу тока утечки измеряют в диапазоне напряжений 600…1800 В, а также определяют приращение силы тока утечки при повышении напряжения от 1200 до 1800 В.

Диагностирование межвитковой изоляции проводится по техническому состоянию ее электрической прочности. В этом случае в две фазы ЭД подается высокочастотное напряжение. Затем, когда ротор повернется на угол 5…10⁰ , начинают контролировать показания индикатора аппарата, который фиксирует разности падения напряжений на испытуемых фазах. При этом способе к изоляции подают напряжение 1500…1600 В. Отклонения индикатора от нулевого значения указывают на наличие межвиткового замыкания.

Чтобы определить напряжение, при котором проявляется дефект, поворачивают ротор и снижают напряжение до тех пор, пока напряжение на индикаторе при всех положениях ротора не будет равно нулю. Это напряжение характеризует прочность диагностируемой обмотки, по уровню которой можно делать заключение о ресурсе работы межвитковой изоляции обмотки до выхода ее из строя.

Витковое замыкание в обмотке фазного ротора может быть обнаружено аналогично с помощью амперметра. При замыкании обмотки ротора перегреваются, сила тока в фазах колеблется. Во время пуска и при работе с сопротивлением в роторной цепи обмотка ротора дымит, появляется характерный запах горелой изоляции. Для определения виткового замыкания в ЭД с фазным ротором применяют индукционный способ, при котором обмотки статора подключают к сети и замеряют индуктированное напряжение между кольцами неподвижного (заторможенного) ротора. Разница в напряжениях указывает на наличие виткового замыкания в обмотке ротора. Если же при поворотах ротора замеренное неравенство напряжений начинает меняться, это свидетельствует, что витковое замыкание произошло в статоре. Меньшим будет напряжение между кольцами тех фаз, одно из которых имеет повреждение.

Короткое замыкание обнаруживают с помощью мегомметра, широко используемого для измерения сопротивления изоляции электроустановок. Нормальная частота вращения рукоятки прибора – 120…150 мин^-1 . Сопротивление изоляции измеряют только при отключенном оборудовании. Один из зажимов прибора присоединяют к корпусу ЭД, второй – последовательно к проводникам обмотки. Сопротивление изоляции замеряют между обмотками ЭД, а также между изолированными одной от другой частями, в том числе между контактными кольцами, кольцами и корпусом и др.

При работе короткозамкнутых ЭД, особенно крановых, в режимах частых пусков и перегрузок возможен обрыв стержней короткозамкнутой обмотки ротора. Это приводит к увеличению времени разгона, уменьшению коэффициента мощности и повышенному нагреву ЭД.

По внешним признакам определить обрыв стержней весьма сложно, поэтому при контроле целостности стержней проводят специальные измерения. Одним из распространенных методов является контроль силы тока в фазе обмотки статора при проворачивании ротора вручную. При проверке одну фазу обмотки статора подключают на пониженное напряжение переменного тока (15…20 % от U_н) и при медленном проворачивании ротора измеряют силу тока. При наличии обрыва стержней короткозамкнутой обмотки ротора стрелка амперметра колеблется. Изменения силы тока весьма значительны и при повороте ротора на один оборот достигают 30…40 % среднего значения. При отсутствии повреждений в стержнях сила тока будет одинаковой во всех положениях ротора. Разность в показаниях допускается не более 10 %.

Диагностирование контактных колец, щеток и зазоров. При диагностировании контактных колец путем осмотра определяют равномерность их выработки, отсутствие прогаров и прожогов, а также целостность изоляции между кольцами и корпусом. Проверяют изоляции мегомметром на 500 В, во всех случаях сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. Степень износа контактных колец определяют путем замера штангенциркулем и сравнением с первоначальными размерами.

Прижатие щеток на контактные кольца проверяют с помощью динамометра. При ТД обращают внимание на степень износа щеток. При предельном износе их заменяют. Заменять щетку следует также тогда, когда она настолько сработалась, что пружина щеткодержателя не может поддерживать необходимое нажатие. Щетку необходимо заменить, если возникает опасность соприкосновения ее омедненной поверхности с коллектором или кольцом или если из-за небольшой высоты она может произвольно развернуться и самозаклиниться в обойме щеткодержателя.

При диагностировании ЭД проводят измерения воздушных зазоров между статором и ротором. При увеличении зазора повышается сила тока холостого хода, уменьшаются коэффициент мощности и КПД. Причинами увеличения воздушного зазора могут быть местная выработки вследствие задевания ротора о статор, повреждения при очистке от загрязнения и налетов коррозии внутреннего диаметра железа статора и т. п. Воздушные зазоры замеряют в шести местах по периметру с помощью щупов. Полученная неравномерность зазора не должна превышать 10 %.