Основные дефекты сердечника статора: Неисправности и ремонт сердечников

Неисправности и ремонт сердечников

Страница 1 из 13

Южный Юрий Эммануилович

Ремонт сердечников электрических машин, 1976.

Указаны неисправности сердечников статоров и роторов асинхронных электрических машин и якорей машин постоянного тока; рассмотрены основные конструкции сердечников и описан технологический процесс их частичного и полного ремонтов, включая замену межлистовой изоляции.

Приведено описание оборудования и приспособлений для лакировки листов и прессовки сердечников, указаны способы испытания активной стали.
Предназначено для рабочих, бригадиров и мастеров, занятых ремонтом электрооборудования промышленных предприятий, электростанций и в других областях народного хозяйства.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время потребность в электродвигателях и генераторах не может быть полностью удовлетворена за счет увеличения их выпуска электромашиностроительными заводами; большое значение имеет пополнение парка отремонтированными электрическими машинами, однако при условии, если они будут обладать достаточной эксплуатационной надежностью, что возможно только при высокой культуре ремонтного производства.

Одним из наиболее сложных и трудоемких является ремонт сердечников (магнитопроводов) электрических машин,. связанный с перешихтовкой и переизолировкой активной стали, особенно если этот ремонт производится не на электромашиностроительном заводе, а на месте установки машины. В этом случае недостаточно правильная организация ремонта, несовершенство технологии, применение малопроизводительного ремонтного оборудования могут привести к тому, что ремонт окажется недопустимо продолжительным и нерентабельным — его стоимость приблизится к стоимости новой машины и, что наиболее важно, не будет обеспечена достаточная эксплуатационная надежность отремонтированного оборудования.
В книге описаны все технологические процессы по замене межлистовой изоляции, сборке и прессовке сердечников электрических машин, а также приведены конструкции ремонтных приспособлений и оснастки, применяемых и проверенных на большом количестве ремонтов.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Ремонту электрической машины, особенно крупной или ответственной, предшествуют осмотр, техническая и организационная подготовка.

Осмотр машины при очередном ремонте (ревизии), ознакомление с объемом и характером предыдущих ремонтов и эксплуатационными журналами, а также проведение испытаний позволяют оценить состояние всех узлов и частей машины и в соответствии с этим определить сроки ремонта, составить техническую документацию по ремонту, заказать ремонтные приспособления и запасные части и произвести все другие необходимые работы по организационной и технической подготовке ремонта.
Среди других видов ремонта электрических машин ремонт их сердечников относится к одной из наиболее сложных, трудоемких и ответственных работ, особенно если ремонт связан с частичной или полной переизолировкой листов стали при перешихтовке сердечника. Ремонт без перешихтовки и переизолировки листов значительно менее трудоемок и сложен, но также очень ответствен и требует высокой квалификации и достаточных производственных навыков исполнителей.

Общее состояние, степень старения меж листовой изоляции и виды неисправностей сердечника устанавливаются тщательным наружным осмотром, проверкой степени запрессовки листов, а также испытанием сердечника с целью определения удельных потерь в стали от вихревых токов и циклического перемагничивания, общего нагрева сердечника и выявления участков с недопустимыми превышениями температуры.
В зависимости от вида неисправности ремонт может заключаться в местном ремонте — устранении дефектов без перешихтовки сердечника, в перешихтовке части или всего сердечника, в перешихтовке части или всего сердечника с переизолировкой листов стали.

В зависимости от характера повреждения критерии для определения объема работ следующие:

1. Превышение общего нагрева сердечника и удельных потерь в стали сверх допустимых для данного сорта (марки) стали свидетельствует о нарушении межлистовой изоляции во всем объеме сердечника. В этом случае следует перешихтовать сердечник с переизолировкой всех листов стали. Этот вид неисправности обычно свойствен машинам, находившимся в длительной эксплуатации и особенно при недостаточно плотной прессовке стали. Следует отметить, что слабая прессовка может как быть дефектом при изготовлении машины на электромашиностроительном заводе, так и возникнуть в процессе ее эксплуатации.
2. При большом числе недопустимых местных превышений температуры сердечника на расточке статора или поверхности ротора (якоря) и особенно при расположении дефектных мест вблизи корня зубца или на дне паза также целесообразно полностью перешихтовать сердечник с переизолировкой листов стали. Эти недопустимые превышения температуры являются следствием нарушения межлистовой изоляции и замыкания листов в зубцовой зоне, и если даже устранить эти замыкания местным ремонтном дефектных мест, то нет уверенности, что они не возникнут вновь в прежних или других, новых местах при выемке и последующей укладке обмотки. Ремонт же сердечника с уложенной обмоткой может очень осложниться или даже оказаться невозможным при недоступном расположении дефектных участков стали и, кроме того, связан с большим риском повреждения обмотки.
3. При небольшом количестве местных недопустимых превышений температуры, выгорании небольшого объема стали в пределах нескольких зубцов в результате виткового замыкания или повреждения сердечника из-за попадания в воздушный зазор постороннего металлического предмета можно ограничиться местным ремонтом дефектных мест, однако только при положительных результатах испытания отремонтированного сердечника и удовлетворительном состоянии его прессовки.
4. При выгорании значительного объема стали и невозможности ремонта поврежденного участка из-за его недоступного расположения или неудовлетворительных показателях местного ремонта по результатам испытания стали целесообразно расшихтовать сердечник до поврежденного места, переизолировать и при необходимости отремонтировать выгоревшие листы стали и вновь зашихтовать сердечник, располагая отремонтированные листы равномерно по всей расшихтованной зоне. При возможности желательно вместо отремонтированных закладывать новые листы стали.
5. При ослаблении прессовки стали сердечника, но удовлетворительных результатах испытания (допустимом общем нагреве, отсутствии чрезмерного превышения температуры и удовлетворительной величине удельных потерь в стали) ремонт следует производить лишь путем восстановления прессовки способами, описанными ниже.

Электромагнитные дефекты | Спектральная вибродиагностика

«Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам» 2012 г.

3.2. Дефекты оборудования уровня «механизм»

Анализируя сигналы с датчиков вибрации, установленных
на опорных подшипниках электрических машин, можно выявить достаточно много
специфических дефектов состояния, возникающих только в электродвигателях и
генераторах различного типа. Причиной повышенной вибрации электрических машин могут
являться как различные внутренние электромагнитные дефекты электрических машин,
так некоторые специфические особенности проявления электромагнитных процессов в
обмотках и сердечниках, т. е. это просто может отражать особенности нормальной
работы электродвигателей и генераторов во вращающихся агрегатах.

Применение
вибрационных методов диагностики дефектов состояния электродвигателей и генераторов
обычно является первым этапом в оценке их состояния. Так происходит потому, что
они позволяют оперативно анализировать состояние оборудования непосредственно
во время его работы, или как это принято называть в литературе, реализуют диагностику
и мониторинг технического состояния в режиме «on-line».

После
применения вибрационного анализа для диагностики дефектов в электрических
машинах, и выявления основных характерных признаков существования того или иного
дефекта, можно, а иногда даже необходимо, применять другие, специализированные
и, естественно, более точные методы диагностики состояния электрических машин.

Очевидно,
что описание этих методов выходит за рамки данной работы, и ознакомиться с ними
можно, если обратиться к другой, более специализированной литературе. Частично,
но все равно более широко, чем это обычно делается в «обычной» литературе по вибрационной
диагностике, эти методы рассмотрены в данном разделе. Некоторые аспекты диагностики
электротехнического оборудования приведены ниже, в соответствующем разделе.

При
выборе дефектов, которые мы описываем в данном разделе, мы исходили из простого
определения. Если дефект можно диагностировать при помощи установки датчиков
вибрации на опорных подшипниках, то его описание включено в данный раздел. Если
же для диагностики необходимо устанавливать датчики вибрации в других точках
контролируемой электрической машины, то описание диагностики таких дефектов
вынесено в особый раздел данного методического руководства.

Обычные,
достаточно широко распространенные причины повышенной вибрации электрических
машин «не электромагнитного характера», такие как небаланс, проблемы
подшипников, наличие изогнутого вала, и т. д. в данном разделе методического
руководства никак не рассматриваются. По вопросам диагностики этих дефектов в
двигателях и генераторах вибрационными методами следует обращаться к соответствующим
разделам данного руководства.

Для проведения диагностики различных
электромагнитных дефектов в электрических машинах необходимо использовать
измерительное оборудование, имеющее достаточно высокие эксплуатационные параметры.
Не все приборы, хорошо подходящие для диагностики дефектов механической природы
возникновения, такие как небаланс, расцентровка, и т. д., могут быть
использованы для анализа технического состояния электрических машин переменного
тока.

Для
успешной диагностики различных электромагнитных проблем в электрических
двигателях и генераторах необходим анализатор спектров вибросигналов с очень
высокой разрешающей способностью, с числом спектральных линий, не меньшем, чем
3200, а желательно и лучше. Кроме того, такой прибор должен иметь возможность
проводить регистрацию вибрационных сигналов в течение достаточно длительного
интервала времени, не менее 10 — 20 секунд. Это необходимо делать для
эффективного разделения проблем механической и электромагнитной природы
возникновения, что возможно сделать только в момент отключения контролируемого
агрегата от питающей сети.

Измерение
вибрации на подшипниках электродвигателей и генераторов нужно всегда проводить
в трех направлениях — вертикальном, поперечном и осевом, иначе потом будет невозможно
провести полную диагностику состояния. Идеальным является синхронная регистрация
(не путать с синхронизированной регистрацией, которая гораздо менее эффективна)
сразу шести вибросигналов с двух подшипников электрической машины. Обычно это
повышает достоверность диагнозов дополнительно не менее чем на 10 %.

3.2.6.1. Описание
физических процессов в электрических машинах

Вопросами
диагностики текущего технического состояния и поиска дефектов в электрических машинах
обычно занимаются специальные электротехнические службы, знакомые с
особенностями физических процессов в двигателях и генераторах. Для тех, кто
раньше не был практически связан с процедурой оценки состояния электротехнического
оборудования, необходимо обязательно ознакомиться со специальной литературой,
описывающей основные особенности его работы.

Дело
в том, что существует несколько типов электрических машин, процессы в которых
значительно отличаются друг от друга. Кроме того, в каждом типе электрических
машин существует несколько специфических особенностей, не зная которые очень
сложно проводить корректную оценку их технического состояния.

В
самом начале данного раздела, на первом этапе описаний, кратко вспомним некоторые
основные определения и понятия из минимального, по объему, курса электрических
машин. Сделаем это для простоты объяснения причин возникновения вибрации в
электрических машинах, а так же для того, чтобы не загромождать эти объяснения
в дальнейшем, Знание этих основополагающих понятий совершенно необходимо для
проведения корректного диагностирования дефектов электрических машин, для
правильного толкования спектрального состава регистрируемых вибрационных
сигналов.

По принципу действия различают три
основных типа широко применяемых электрических машин:

• Синхронные машины переменного тока, в которых частота вращения ротора совпадает
  с частотой вращения электромагнитного поля в зазоре. Эти машины могут работать
  в режимах двигателя и генератора, в практике встречаются и те, и другие.
• Асинхронные машины переменного тока, в которых ротор вращается несколько
  медленнее. Величина отставания ротора от статора составляет несколько
  процентов, и характеризуется термином «скольжение». Теоретически также могут
  работать в режимах двигателя и генератора, но на практике встречаются
  практически одни двигатели.
• Машины постоянного тока. Это также обратимые электрические машины, допускающие
  двигательный и генераторный режимы работы. На практике встречаются и те, и другие
  исполнения машин постоянного тока.

В
данном разделе методического руководства будут рассмотрены основные способы
диагностики состояния и поиска дефектов состояния электрических машин
переменного тока, синхронных и асинхронных, как наиболее распространенных в
промышленности и в быту. Электромагнитные проблемы машин постоянного тока очень
сложно поддаются диагностике, в основе которой лежит анализ вибрационных
сигналов с опорных подшипников, поэтому рассматриваться здесь не будут.

Синхронные
и асинхронные машины являются по своему принципу действия обратимыми, т. е. могут
работать в как режиме двигателя, так и в режиме генератора. В дальнейшем
диагностика дефектов статоров синхронных и асинхронных машин, двигателей и
генераторов, не будет подразделяться, т. к. они имеют одинаковые по конструкции
статоры. Синхронные машины отличаются от асинхронных только конструкцией
ротора, что найдет отражение в специальном подразделе, где будут описаны наиболее
часто встречающиеся дефекты короткозамкнутых роторов.

Очень важно уже на самом первом этапе
диагностики, заранее, определиться с диапазоном численных значений частоты
вращения ротора и электромагнитного поля в зазоре. Для этого необходимо знать
оборотную частоту вращения электромагнитного поля статора и оборотную частоту
вращения ротора электрической машины переменного тока. Именно они определяют
требования к приборам вибрационного контроля.

Максимальная
частота вращения ротора электрической машины переменного тока определяется в
размерности «обороты в минуту». В иностранной литературе широко используется
термин RPM, что является сокращением
стандартного параметра «Rotation Per Minute»,
т. е. те же «обороты в минуту». Эта максимальная частота вращения также является
и номинальной, так как в нормальных условиях частота вращения машины переменного
тока редко регулируется, а если и регулируется, то практически всегда с использованием
преобразователей частоты.

Частота
вращения ротора численно равна произведению частоты питающей сети, измеряемой в
[Гц], умноженной на переводной коэффициент, равный 60 (количество секунд в одной
минуте). В России принят стандарт частоты питающей сети в 50 Гц. Поэтому максимально
возможная частота вращения роторов двигателей и генераторов переменного тока
составляет 3000 об/мин. При частоте питающей сети в 60 Гц, что являющейся
стандартной в Америке и в Японии, максимальная частота вращения ротора машины переменного
тока составит 3600 об/мин.

В
зависимости от особенностей конструкции статоров машин переменного тока частота
вращения электромагнитного поля в зазоре может изменяться. Для определения этой
частоты формула определения частоты вращения поля должна быть дополнена еще
одним сомножителем «Р», находящимся в знаменателе:

N₀ = 60 * F₁ / P

Таким
образом, частота вращения электромагнитного поля в зазоре электрической машины N₀ равняется частному от деления максимальной частоты
вращения электромагнитного поля в зазоре на число «пар полюсов статора – Р». Это конструктивный параметр обмотки
статора, и он может принимать только целые значения, равные 1, 2, 3, 4, 5 и т.
д. При этом частота вращения поля в зазоре электрической машины будет равна
соответственно 3000 об/мин, 1500, 1000, 750, 600 и т. д.

При
числе пар полюсов, отличном от единицы, частота вращения поля в зазоре электрической
машины отлична от частоты питающей сети, причем в меньшую сторону от стандартных
3000 об/мин. Это очень важно учитывать при первой диагностике состояния «мало
знакомых» электрических машин по спектрам вибросигналов.

В синхронных электрических машинах
переменного тока частота вращения ротора всегда совпадает с частотой
вращения электромагнитного поля в зазоре. Именно поэтому такие машины
называются синхронными. Такие электрические машины имеют достаточно большую
мощность, что связано с особенностями их конструкции. Можно смело утверждать,
что «встретить» синхронную машину с мощностью менее 1000 кВт на практике очень
сложно. Их мало, но они имеют большую единичную мощность, генераторы достигают
мощностей до 800 МВт и более.

В
асинхронных машинах переменного тока частота вращения ротора всегда меньше
частоты вращения электромагнитного поля в зазоре на небольшую величину, ротор
отстает от электромагнитного поля. Это отставание обычно называется скольжением
«s» и измеряется в долях от единицы
или в процентах. Имеющаяся небольшая разница в частотах вращения поля и ротора
называется частотой скольжения ротора, которая измеряется в герцах или в
процентах. В диагностике дефектов ротора асинхронного двигателя эта частота
имеет большое значение.

Стандартный
ряд рабочих частот вращения роторов асинхронных двигателей, в зависимости от числа
пар полюсов обмотки статора, можно примерно представить в виде последовательности
чисел — 2900 об/мин, 1450 об/мин, 970 об/мин.

Из
этого ряда» хорошо видно, что частота вращения ротора асинхронной электрической
машины всегда отстает от частоты вращения электромагнитного поля в зазоре
электрической машины. Для сравнения напомним, что в синхронных машинах
переменного тока, где частота вращения ротора совпадает с частотой вращения
поля в зазоре,  этот ряд рабочих частот
вращения электрических машин составляет 3000, 1500, 1000 об/мин.

Отдельно необходимо остановиться на термине,
который практические диагносты достаточно широко используют на практике, но,
может быть, не совсем корректно понимают его смысл. В самом общем случае этот
термин звучит примерно как «электромагнитные вибрации и электромагнитные
гармоники в спектре вибрационного сигнала».

В
электрических машинах переменного тока возможно возникновение специфических
вибраций двух типов. Конечно, реальных причин повышения вибрации в

электродвигателях и генераторах может быть гораздо больше, но при измерении
вибрационных сигналов на опорных подшипниках реально зарегистрировать можно
только «отклики» от этих двух причин. В другом разделе нашего руководства мы частично
затронем некоторые другие аспекты вибрационной диагностики состояния
электротехнической составляющей электрических машин, здесь же мы рассмотрим
только способы диагностики возможных «механических дефектов» электрических
машин.

Для
начала дадим определение основным электромагнитным вибрациям, которые можно
зарегистрировать на опорных подшипниках синхронных и асинхронных электрических
машин. Как мы уже говорили, они могут возникать по нескольким причинам.

Во-первых, это электромагнитные вибрации
ферромагнитных сердечников и стальных конструктивных элементов
электротехнического оборудования, по которым во время работы оборудования
протекает переменный магнитный поток.

Эти
вибрации возникают за счет специфического процесса, который в литературе называется
магнитострикцией. Этот эффект обусловлен тем, что при перемагничивании ферромагнитных
материалов сердечника происходит изменение внутренней ориентации элементарных
намагниченных частиц, доменов. При каждом перемагничивании сердечника происходит
поворот доменов на 180 градусов, что в итоге и приводит к небольшому «линейному
расширению» ферромагнитного материала. Чем больше величина магнитного потока в
сердечнике, тем больше размеры элементарных доменов в ферромагнитном сердечнике,
и тем больше будут вибрации сердечника электрической машины.

Поскольку
перемагничивание сердечника магнитным потоком происходит дважды за один период
питающей сети, то и частота вибрации, обусловленная эффектом магнитострикции,
равняется удвоенной частоте питающей сети, т. е. она равняется 100 Гц. Мы
обращаем дополнительное внимание читателя на то, что вне зависимости от
оборотной частоты вращения ротора электрической машины, частота вибрации сердечника
(пакета стали статора) всегда равняется 100 Гц.

Если
оборотная частота ротора равняется 50 Гц, то гармоника электромагнитной вибрации
располагается на спектре «в том месте», где может находиться вторая гармоника
оборотной частоты. Если же оборотная частота ротора равняется, например, 25 Гц,
то гармоника электромагнитной вибрации на спектре будет располагаться на месте
четвертой гармоники оборотной частоты. Этими двумя простыми примерами мы еще
раз подчеркнули, что электромагнитная гармоника не связана с частотой вращения
ротора электрической машины, а зависит только от частоты питающей сети.

Во-вторых,
вибрации в электрической машине вызываются специфическими электродинамическими
силами, которые в литературе принято называть «амперовыми силами», т. к. их
величина определяется по закону Ампера. Смысл закона Ампера звучит следующим
образом – на два проводника с током действует сила взаимного притяжения,
пропорциональная квадрату протекающего по проводникам тока, и обратно
пропорциональная расстоянию между проводниками. Если направление тока в обоих
проводниках одинаковое, то проводники притягиваются друг к другу. Если токи в
параллельных проводниках текут в разные стороны, то проводники отталкиваются
друг от друга.

Самое
важное для нас в этом законе заключается в том, что в числителе стоит произведение
токов в проводниках, т. е. квадрат тока промышленной частоты. Из тригонометрии
следует известное соотношение, гласящее, что квадрат синусоидального сигнала
есть другой гармонический сигнал, но имеющий удвоенную частоту. Таким образом,
мы аналогично получаем, что сила электродинамического воздействия между двумя
проводниками с синусоидальными токами промышленной частоты имеет удвоенную
частоту, относительно частоты питающей сети.

Таким
образом, мы определили, что вибрации электрической машины, не вызванные
механическими проблемами, имеют удвоенную частоту относительно частоты питающей
сети, т. е. равную 100 Гц. Это определение относится как к электромагнитным
причинам повышенной вибрации, возникающим в сердечниках электрических машин
силами магнитострикции, так и к электродинамическим силам взаимодействия
проводников друг с другом, возникающим при протекании токов по обмоткам
электрической машины.

Все
это можно сказать несколько иначе. Основная, или, говоря терминами, принятыми в
вибрационной диагностике, оборотная частота электромагнитных сил и вибраций в
электрической машине равна удвоенной частоте питающей сети. Это совершенно
отдельная сила, не связанная с частотой вращения ротора, что может быть легко выяснено
при помощи средств кепстрального анализа. Она просто имеет частоту, равную
удвоенной частоте питающей сети. Гармоники основной частоты этой силы имеют
значения 200 Гц, 300, 400 и т. д. В чистом виде эта сила очень явно проявляется
в статическом электрооборудовании. Примером этого является трансформатор, в
котором гармоника вибрации с частотой питающей сети в 50 Гц практически
отсутствует, а максимальное значение имеет гармоника вибрации с частотой 100
Гц.

Есть еще и третья (по порядку нашего повествования,
а не по порядковому номеру в спектре) гармоника вибрации, имеющая
электромагнитную природу возникновения. Она называется зубцово – пазовой
гармоникой. Она не всегда столь значительна, как первые две, но сказать о ней
все равно нужно.

Зубцово
– пазовая гармоника вызывается особенностями конструктивного исполнения
электрической машины переменного тока. У нее на статоре и на роторе обмотка всегда
укладывается в пазах. При вращении ротора в зазоре статора возникает
периодическое чередование ферромагнитных зубцов и пазов на статоре и роторе.
Это приводит к модуляции магнитного потока в зазоре частотой, связанной с количеством
пазов на роторе и статоре электрической машины.

При
разработке электрических машин принимаются все меры, чтобы исключить влияние зубцово
— пазовой структуры на работу машины. На статоре и роторе всегда различное
число пазов, на роторе применяется «скос» пазов, когда ось паза идет не вдоль
оси ротора, а как бы немного закручена вокруг оси и т. д. Тем не менее,
существуют типы электрических машин, в которых «пазовая» гармоника оборотной
частоты ротора является явно выраженной на спектре.

Необходимо
хорошо понимать, что все эти три гармоники в спектре вибросигнала, имеющие электромагнитную
природу возникновения, не всегда являются признаками наличия дефектов в
контролируемой электрической машине, они практически всегда сопровождают ее
работу. Признаком наличия дефекта обычно является увеличение амплитуд электромагнитных
гармоник выше некоторого уровня, являющегося порогом нормального состояния
оборудования.

Основной
признак того, что анализируемая гармоника в спектре сигнала вибрации имеет
электромагнитную причину возникновения — мгновенное исчезновение этой гармоники
сразу после отключения электрической машины от сети.

Очень
важным является то, что диагностика причин повышенной вибрации электрических
машин должна проводиться при возможно большей нагрузке двигателя. Если исследования
будут проводиться на холостом ходу, или же при небольшой нагрузке, то диагностика
дефектов будет затруднена.  

3.2.6.2. Сводка
электромагнитных проблем ротора и статора

Приведем
краткую сводку по электромагнитным проблемам электрических машин, которые можно
эффективно диагностировать по спектрам вибросигналов. Здесь же приведем все
характерные признаки каждого вида дефекта.

Для
описания дефектов здесь и далее будем использовать термины:

F₁ — частота питающей
сети, в России равна 50 Гц.

F_ЭМ — частота
электромагнитных сил в электрических машинах, равна удвоенной частоте сети, в
России 100 Гц.

N₀ — частота вращения
поля в зазоре электрической машины, численно равна частному от деления 3000 на
число пар полюсов Р, которое может
принимать целые значения от единицы и более (об/мин).

F₀ — частота
электромагнитного поля в зазоре, Гц.

F_P — собственная частота
вращения ротора электрической машины. Для синхронных машин она равна частоте
вращения поля. Для асинхронных машин она меньше на величину скольжения ротора.

F_P = F₀ (1 — s)

s -
скольжение ротора относительно электромагнитного поля в асинхронных машинах,
безразмерная величина, численно равняется разнице между частотой вращения поля
в зазоре и частотой вращения ротора, отнесенной к частоте вращения поля в
зазоре

s = (N₀ — F_P) / N₀

F_П — зубцово — пазовая
частота вибрации, численно равная произведению числа пазов (на роторе или
статоре) на частоту электромагнитного поля в зазоре. Может быть повышенной
относительно статора, относительно ротора, может быть разностная или суммарная
частота биений пазовых частот ротора и статора.

Наиболее важные проблемы статора, которые
можно диагностировать на основе анализа вибрационных сигналов:

• Ослабление прессовки пакета стали, обрыв
  или замыкание стержней, витков, или даже секций в обмотке статора. Соответствующие
  вибрации проявляются на частоте действия электромагнитных сил F_ЭМ, равной удвоенной
  частоте питающей сети. Особое внимание при диагностике такого дефекта следует
  уделять наличию дробных гармоник электромагнитной частоты — 1/2, 3/2, 5/2 и т.
  д. от основной частоты. По значению частоты эти гармоники соответствуют
  основной и нечетным гармоникам питающей сети. Появление этих гармоник в спектре
  вибрационного сигнала говорит об опасной степени развития дефекта, о необходимости
  оперативного принятия соответствующих мер. 
• Эксцентриситет, эллипсность внутренней
  расточки статора относительно оси вращения ротора. Возникает обычно как дефект
  монтажа подшипниковых стоек, дефект состояния подшипниковых щитов или при общей
  деформации корпусных элементов самого статора. В вибрации проявляется на
  частоте вращения поля в зазоре, а также и на частоте действия электромагнитных
  сил в электрической машине, равной 100 Гц. Иногда сопровождается появлением
  боковых гармоник вблизи частоты 100 Гц. Дефект обычно сопровождается неравенством
  вертикальной и поперечной составляющих соответствующих гармоник. Пространственный максимум гармоник
  соответствует направлению эксцентриситета смещения оси статора. Наиболее просто
  направление смещения оси статора относительно оси ротора диагностируется при
  снятии «розы вибраций», когда датчик последовательно перемещается по огибающей
  вокруг подшипника со смещением при каждом измерении на угол 30 — 45  градусов.
• Неправильный взаимный осевой монтаж
  активных пакетов ротора и статора. Иногда для данного дефекта используется
  термин: «неправильная установка электромагнитных осевых разбегов». При работе
  электрической машины, в результате сил магнитного притяжения, пакет ротора
  всегда стремится к положению точно под пакетом статора.

Если этому стремлению будут препятствовать неправильно
смонтированные в осевом направлении подшипники, то в них будут возникать
компенсирующие осевые усилия, которые и вызовут осевые вибрации подшипников.
Подшипники достаточно быстро нагреются и выйдут из строя. Иногда ротор
двигателя «утягивается» в осевом направлении валом механизма, что возможно при
неправильном осевом монтаже приводного механизма, сопровождающемся малой осевой
подвижностью в соединительной муфте.

Основные проблемы ротора, диагностируемые по
вибрации:

• Эксцентриситет внешней поверхности ротора
  относительно оси его вращения. На спектре вибросигнала этот дефект проявляется
  в усилении первой гармоники частоты вращения ротора. Усиливается частота
  действия электромагнитной силы, вокруг которой иногда появляются боковые
  гармоники, сдвинутые друг от друга на частоту скольжения ротора, умноженную на
  число полюсов.
• Обрыв или нарушение контакта в стержнях
  или кольцах «беличьей клетки» в асинхронном двигателе. Обычно проявляется на
  спектре вибрационного сигнала вблизи частоты вращения вала ротора. Кроме того, этот
  дефект всегда сопровождается появлением вблизи основной гармоники частоты
  вращения ротора боковых гармоник, сдвинутых относительно гармоники частоты
  вращения ротора на интервал, равный произведению частоты скольжения на число
  полюсов двигателя. Очевидно, что этот дефект присущ только асинхронным
  двигателям, а в синхронных машинах он никак не проявляется.
• Ослабление прессовки всего пакета стали
  ротора или только в области зубцов. Сопровождается усилением второй гармоники
  питающей сети или, при ослаблении стали в области зубцов, появлением пазовой частоты
  ротора с боковыми полосами, сдвинутыми друг от друга на частоту, равную двойной
  питающей частоте. Такой дефект на практике диагностируется достаточно сложно,
  так как его спектральные признаки напоминают признаки других дефектов, и
  проявляются не очень сильно, чаще всего неявно.

3.2.6.3. Диагностика
электромагнитных проблем статора

При
всех проблемах статора синхронной или асинхронной электрической машины, имеющих
в своей основе первопричину электромагнитной природы, в спектре вибросигнала
возникает весьма специфическая картина. В основном она сопровождается
возникновением высокой амплитуды основной гармоники на частоте электромагнитных
процессов F_ЭМ. Как уже
неоднократно говорилось выше, ее частота равна удвоенной частоте питающей сети,
т. е. всегда равняется 100 Гц. Еще раз напоминаем, что эта частота никак не
связана с оборотной частотой вращения ротора.

Этот
эффект достаточно хорошо объясняется с точки зрения физики происходящих в стали
статора процессов. Силы взаимного притяжения, действующие между «распрессоваными»
листами электротехнического железа или элементами крепления пакета стали, имеют
максимум амплитуды дважды за один период изменения питающей сети — во время абсолютного
минимума и максимума магнитного потока. Чем сильнее будет распрессован пакет статора
электрической машины, тем большую амплитуду в спектре будет иметь основная электромагнитная
гармоника.

Аналогично
выглядит картина взаимодействия между элементами обмотки статора. Математически
это объясняется тем, что электромагнитные силы пропорциональны квадрату тока
или магнитного потока. Поскольку и тот и другой синусоидальны, то их произведение
также пропорционально синусоиде, но изменяющейся уже с удвоенной частотой, относительно
исходной частоты питающей сети.

На
спектре вибрационного сигнала, приведенном на рисунке 3.2.6.1., картина
появления электромагнитных проблем в статоре выражается в усилении пика на электромагнитной
частоте. При значительных дефектах в стали могут появиться и вторая (200 Гц)
гармоника электромагнитной частоты F_ЭМ,
и даже третья (300 Гц).

Кроме
того, в спектре может появиться также целый ряд дробных гармоник, имеющих
кратность 1/2 от электромагнитной гармоники. В данной ситуации, по своей
частоте, эти гармоники будут численно соответствовать нечетным целым гармоникам
частоты питающей сети. Такое совпадение двух семейств гармоник усложняет их разделение
частоте, требуя большей внимательности и применения дополнительных диагностических
средств.

Очень
важно хорошо понимать и помнить основное различие синхронных и асинхронных
электрических машин, значительно влияющих на диагностику дефектов по спектрам
вибрационных сигналов.

Гармоники
вибрации от электромагнитных процессов в статоре синхронной машины, по своей физической
природе, являются синхронными относительно частоты вращения ротора. В
асинхронном двигателе эти же семейства гармоник являются несинхронными, т. к.
частота вращения ротора и частота питающей сети не кратны между собой, а
различаются между собой пропорционально частоте скольжения. В данном
определении под коэффициентом кратности соотношений частот мы понимаем влияние
числа пар полюсов обмотки, уложенной в пазах статора.

Ослабление
прессовки активного железа статора в электрической машине обуславливается, в
основном, двумя часто встречающимися причинами — или общим ослаблением элементов
крепления железа статора, или же явлением «отслоения» крайних листов и пакетов
стали.

При
этих локализациях дефекта железа статора важную роль начинает играть место
установки вибродатчика. Чем ближе он устанавливается к дефектному месту пакета
статора, чем короче будет путь прохождения «полезного» вибрационного сигнала,
тем более корректно можно будет проводить диагностирование и, достаточно часто,
удается даже локализовать место проявления дефекта. Наиболее эффективно датчик
вибрации устанавливать не на опорных подшипниках ротора, а непосредственно на
корпусе сердечника статора, а еще лучше и на самом пакете активной стали.

Аналогично
обстоит дело и с особенностями проявления в спектрах вибросигналов различных дефектов
обмоток статора, но поиск их и локализация происходят гораздо сложнее. Более
подробно мы рассмотрим этот вопрос в другом разделе данного руководства, однако
основные требования к месту установки датчика вибрации останутся прежними – как
можно ближе к возможному месту возникновения предполагаемого дефекта пакета или
обмотки статора.

Самое
главное, что нужно помнить при диагностике дефектов, что различить тип диагностируемого
в статоре электрической машины дефекта, имеет — ли он «чисто электрическую
природу возникновения», или же он обусловлен одними «магнитными проблемами»,
методами спектральной вибрационной диагностики практически невозможно. Единственный,
достаточно корректный признак наличия короткозамкнутого витка в обмотке статора
(электрическая причина возникновения повышенных вибраций) — наличие боковой
гармоники вблизи частоты 100 Гц, и ее чаще всего обнаружить не удается. В
большинстве практических случаев необходимо применение более специализированных
методов диагностики состояния электрических машин.

3.2.6.4. Проблемы
эксцентричности пакета статора

Эксцентриситет
статора возникает чаще всего как дефект изготовления «шихтованного» пакета стали
статора, или как дефект монтажа статора. Очень высока вероятность возникновения
эксцентриситета статора в процессе монтажа электрической машины, особенно, если
статор и подшипниковые опоры монтируются раздельно. Данный дефект статора может
возникнуть в результате ослабления фундамента или как итог тепловых и иных
деформаций в агрегате и фундаменте.

Для
примера на рисунке 3.2.6.2. приведен спектр вибросигнала, зарегистрированного
на подшипнике асинхронного двигателя, имеющего номинальную  частоту вращения ротора,  равную  n₀ = 1480 об/мин. Этот спектр соответствует наличию в
электрической машине достаточно развитого дефекта типа «эксцентриситет статора».

Эксцентриситет
статора приводит, с точки зрения физики протекания электромагнитных процессов,
к периодическому изменению магнитной проводимости воздушного зазора, к ее
пульсации, или, говоря иными словами, к ее модуляции. Эта пульсация  происходит с удвоенной частотой сети, т. е. с
частотой воздействия электромагнитных сил.

Удвоение
частоты пульсации относительно питающей сети возникает из — за того, что мимо
зоны окружности статора, где произошло изменение величины зазора, поочередно
проходят и северный, и южный полюса электромагнитного поля, вращающегося в зазоре
электрической машины. Удвоенные пульсации магнитной проводимости приводят к
такой же пульсации магнитного потока и, как результат, к пульсации
электромагнитной силы и вибрации с частотой 100 Гц.

Дополнительно
несколько возрастает амплитуда гармоники на частоте вращения электромагнитного
поля в зазоре. Это позволяет в асинхронных двигателях хорошо дифференцировать
эксцентричность статора от эксцентричности ротора, где вибрация идет с частотой
вращения ротора. Для выявления этого различия необходимо наличие
спектроанализатора с хорошим разрешением.

Для
разделения эксцентриситетов статора и ротора в синхронной машине между собой,
при диагностике следует помнить, что эксцентриситет статора неподвижен в
пространстве и различен по амплитуде вибрации в направлениях измерения вибрации.
Благодаря такой локализации эксцентриситет статора приводит к возникновению
направленной в пространстве вибрации. Это можно выявить при помощи последовательного
перемещения вибродатчика по контролируемому подшипнику «вокруг вала».
Эксцентриситет же ротора всегда «вращается» вместе с ротором, поэтому он не
имеет стационарного максимума при определенном значении угла установки датчика.
При эксцентриситете статора такой максимум явно выражен.

Для
исключения проявления эксцентриситета в вибрации электрических машин необходимо,
чтобы воздушный зазор между статором и ротором должен быть неизменным по окружности.
Обязательно должно соблюдаться требование к качеству взаимного монтажа статора
и ротора, что различие в величине воздушного зазора вдоль окружности не должно
превышать значение в 5% для асинхронных двигателей и генераторов, и не
превышать 10 % для синхронных двигателей. Значение этого параметра жестко
контролируется при помощи специальных щупов при монтаже электрической машины.
Такая процедура измерения должна производиться при нескольких взаимных
положениях ротора и статора.

3.2.6.5.
Эксцентричный ротор

Это
достаточно часто встречающаяся в практике причина повышенной вибрации асинхронных
электрических машин. У синхронных электрических машин переменного тока этот
дефект менее заметен из-за больших рабочих зазоров.

При
наличии эксцентриситета ротора в характере распределения электромагнитного поля
в зазоре двигателя возникает ряд особенностей. Плотность электромагнитного поля
вдоль окружности зазора изменяется вместе с поворотом ротора. Это приводит,
из-за переменного зазора, к неравномерности тягового усилия двигателя. При
совпадении оси поля статора с зоной увеличенного зазора тяговое усилие
несколько уменьшается, при этом возрастает величина частоты скольжения. При
смещении оси поля в зону меньшего зазора тяговое усилие растет, частота
скольжения падает. При числе пар полюсов статора, большем единицы, такой
процесс повторяется «Р» раз.

Если
бы мы имели очень чувствительные приборы для измерения частоты вращения ротора,
то мы бы обнаружили следующее. В интервале перемещения ротора от зоны, с увеличенным
зазором в сторону зоны, с уменьшенным зазором, ротор бы ускорился в своей частоте
вращения на небольшое значение. На интервале перехода ротора обратно, к зоне с
увеличенным зазором, ротор бы замедлился на то же значение. Конечно, таких
приборов у нас нет, но это видно на спектре с большой разрешающей способностью,
где появляются признаки таких изменений скорости.

На
спектре вибросигнала, показанном на рисунке 3.2.6.3., вокруг основной частоты
вращения ротора, должны появиться симметрично расположенные боковые пики,
гармоники, напоминающие зубцы короны. Симметрия пиков относительно основной
частоты достаточно хорошо понятна — это следствие «мини ускорений и мини замедлений»
частоты вращения ротора вокруг своего среднего значения. Аналогичные зубцы,
даже еще большей интенсивности, появляются и вокруг пика электромагнитной силы,
на частоте, равной второй гармонике питающей сети.

Необходимо
пояснить причины проявления эксцентричности ротора на этой частоте.

Вращение
эксцентричного ротора модулирует проводимость зазора с удвоенной частотой. При
числе пар полюсов, равном единице частота вращения поля равна 50 Гц, удвоенная
частота сети, частота электромагнитной вибрации равна 100 Гц. Эксцентричность
ротора приводит
к модуляции электромагнитной силы. При уменьшении числа пар полюсов частота
вращения поля в зазоре уменьшится в Р раз. Переменный зазор ротора за один свой оборот будет модулировать электромагнитную
силу 2 х Р раз больше частоты своего
вращения, что как раз и соответствует частоте электромагнитной силы.

Эксцентричный
ротор генерирует вокруг F_P и вокруг F_ЭМ семейства
гармоник, представляющих из себя пики, сдвинутые на одинаковый шаг по частоте.
Сдвиг между этими гармониками равен произведению частоты скольжения на число
полюсов обмотки статора

DF = F_S * 2 * P

Причина
такого шага между зубцами на спектре по частоте достаточно корректно объясняется.
Частота скольжения есть разностная частота биений между частотой вращения поля
и частотой вращения ротора. В течении одного оборота эксцентриситет ротора
влияет «2 х Р» раз на тяговое усилие
двигателя, которое связано с частотой скольжения ротора. Сама частота скольжения F_S иногда видна на
спектре, на начальном участке, на самой низкой частоте. Она проявляется обычно
в диапазоне от 0,3 до 2,0 Гц. Для ее регистрации нужен низкочастотный датчик.

Необходимо
помнить, что во временном сигнале эксцентриситет ротора проявляется в виде
пульсирующей вибрации, средняя частота которой располагается в диапазоне частот
(или вблизи него) между F_ЭМ и
гармоникой оборотной частоты ротора, по частоте чуть меньшей, чем у
электромагнитной силы (порядковый номер этой гармоники ротора равен удвоенному
числу пар полюсов статора). Разделить эти гармоники на спектре можно только при
высоком частотном разрешении используемого анализатора вибрационных сигналов.

Эксцентричность
ротора обычно проявляется и в вертикальной, и в поперечной проекции вибрации.
Иногда ее удается обнаружить даже и в осевой проекции. Так бывает при наличии
эксцентричности ротора не по всей его длине, а только в районе одного, если смотреть
вдоль оси ротора, края пакета электротехнической стали.

Эксцентричность
ротора часто носит нестационарный характер, когда в спектре работающего двигателя
имеется характерная картина, а практические измерения зазора не подтверждают
диагноз. Причина здесь обычно в термических процессах, когда по тем или иным
причинам ротор несимметрично нагревается, изгибается и дает картину
эксцентриситета.

После
останова двигателя, в процессе его разборки для измерения зазора, температуры
быстро выравниваются и диагноз не подтверждается. Часто так бывает при обрывах
стержней или «частичных задеваниях» ротора об неподвижные элементы, когда ротор
так же начинает односторонне нагреваться.

3.2.6.6.
Неправильный осевой монтаж двигателя

Принцип
действия всех электрических машин переменного тока примерно одинаков -
вращающий момент создается за счет взаимодействия магнитного поля статора с магнитным
полем ротора (синхронные машины) или с роторными проводниками с током (асинхронные
машины).

Простейший
аналог, характеризующий работу синхронной электрической машины переменного тока
– притяжение двух постоянных магнитов, из которых один есть вращающееся
магнитное поле статора, а второй жестко зафиксирован на роторе. В асинхронной машине
переменного тока все выглядит немного иначе – вращающееся магнитное поле
статора увлекает за собой проводники с током, которыми являются стержни
короткозамкнутой клетки ротора.

В
синхронном электродвигателе машине энергия подается одновременно в ротор от
источника постоянного тока, и в статор из питающей промышленной сети. В асинхронном
электродвигателе внешняя энергия подается только из питающей сети в статор,
поэтому для работы двигателя часть энергии должна быть передана (трансформирована)
через зазор во вращающийся ротор. Только в этом случае возникает
электромагнитное взаимодействие между полями ротора и статора. Наличие передачи
энергии через зазор объясняет необходимость максимального уменьшения воздушного
зазора в асинхронных машинах, а так же их большую чувствительность этого типа
электрических машин к нелинейности величины зазора между ротором и статором.

Сила
взаимного притяжения между ротором и статором является векторной величиной и
состоит из трех составляющих — радиальной составляющей, касательной, полезной,
и осевой. Касательная составляющая электромагнитной силы в зазоре является
полезной, т. к. именно она создает вращающий момент. Радиальная составляющая
есть сила притяжения ротора к статору и при постоянстве величины воздушного
зазора эти силы, диаметрально противоположно, взаимно компенсируются.

Рассмотрим
чуть подробнее осевую составляющую сил взаимного притяжения в зазоре электрической
машины. Если магнитные сердечники ротора и статора в осевом направлении расположены
непосредственно друг против друга, то и суммарная осевая составляющая силы
электромагнитного притяжения ротора и статора равна нулю. Иначе будет происходить
в том случае, когда произойдет взаимное осевое смещении сердечников ротора и статора.
При этом итоговая осевая сила не будет равна нулю, она будет стремиться вернуть
ротор в исходное нейтральное положение. Чем больше будет величина осевого
смещения, тем больше будет величина осевого усилия, втягивающего ротор внутрь
статора.

Величина
допустимого свободного осевого перемещения ротора относительно статора
определяется особенностями монтажа опорных подшипников ротора. Она максимальна
при использовании подшипников скольжения, и минимальна при использовании подшипников
качения, особенно радиально – упорного типа.

Если
осевая подвижность ротора достаточна для перемещения его в нейтральное положение,
то проблем с увеличением вибраций не будет. Если же возникнет препятствие к
такому осевому перемещению, то на нем возникнет значительная осевая вибрация.
Частота этой вибрации, как это показано на рисунке 3.2.8.4., обычно равняется частоте
электромагнитных сил. Иногда гармоники вибрации возникают и частоте вращения
ротора, это зависит от состояния поверхностей в месте препятствии к осевому
смещению. Наиболее часто такая проблема возникает у асинхронных электродвигателей
с подшипниками качения, осевая подвижность которых почти нулевая.

Осевая
вибрация в электродвигателях, оборудованных подшипниками качения, обычно возникает
при следующих основных причинах:

• При осевом смещении магнитных пакетов статора и ротора, обусловленном особенностями
  их взаимного первичного монтажа.
• При неполной посадке подшипников на вал, или в подшипниковых щитах, после
  проведения ремонтных работ.
• При смещении подшипниковых щитов, или посадочных мест подшипников после выполнения
  ремонтных и восстановительных работ.

Вне
зависимости от причины возникновения повышенных осевых усилий на опорные подшипники
качения, это довольно опасный дефект. Большинство подшипников качения не предназначены
для компенсации осевых усилий, и поэтому в такой ситуации достаточно быстро выходят
из строя.

У
подшипников скольжения обычно существует больший конструктивный «осевой разбег»,
поэтому осевые вибрации в них возникают гораздо реже. Кроме того, подшипники
скольжения обычно используются в крупных синхронных электрических машинах, в
которых вопрос компенсации осевых усилий, по причине наличия больших воздушных
зазоров, стоит менее остро.

Тем
не менее, и в таких условиях осевая подвижность подшипников скольжения может
оказаться недостаточной для компенсации дефектов монтажа. В таком случае
возникает осевая вибрация, обычно выражающаяся в возникновении трения галтели
вала о торцевую поверхность подшипникового вкладыша.

Для устранения осевой вибрации в насосных
агрегатах необходимо корректно и комплексно выставлять при монтаже все три так
называемых в практике «осевых разбега», расположенных в насосе, в муфте и в электродвигателе.

Достаточно
часто вал электродвигателя «утягивается в осевые вибрации» валом насоса при
дефектах системы осевой разгрузки рабочего колеса насоса. Парадокс диагностики
— дефект в насосе, а вибрация в двигателе.

На
практике бывают случаи, когда для борьбы с осевыми вибрациями ротор в подшипниках
скольжения, перед пуском, принудительно смещают в осевом направлении, например,
при помощи лома, и после этого двигатель некоторое время хорошо работает. С течением
времени, в процессе работы, ротор смещается обратно, и осевые вибрации агрегата
снова возрастают до прежнего значения.

3.2.6.7. Обрыв
стержней ротора

Наиболее
распространенным конструктивным исполнением обмотки ротора асинхронного двигателя
является короткозамкнутый ротор с «беличьей клеткой». У такого ротора в пазах,
без изоляции, забиваются медные или латунные стержни, или же пазы полностью залиты
сплавом алюминия. Концы стержней, по торцам ротора, объединяются замыкающими
кольцами из такого же материала.

В
процессе работы, а особенно при пуске асинхронного электродвигателя, по стержням
беличьей клетки протекает большой ток, и они сильно нагреваются. Частой причиной
выхода из строя двигателя является нарушение контакта стержней с замыкающими
кольцами, называемые в практике «отгоранием стрежней». Появление такого дефекта
в отдельных стержнях приводит к увеличению нагрузки на оставшиеся стержни, дополнительному
перегреву их, и также к последующему «отгоранию», и т. д. Весь этот
лавинообразный процесс разрушения обмотки ротора сопровождается потерей
мощности электродвигателя, к его постепенному перегреву и выходу из строя.

Выявление
начальных признаков повреждений стержней клетки ротора является очень
актуальной задачей и позволяет повысить надежность работы асинхронных двигателей
с короткозамкнутой клеткой на роторе.

Рассмотрим
особенности физических процессов и вибрационных признаков этого в роторе, имеющем
характерные признаки начальной стадии данного дефекта. Будем считать, что
повредился один стержень короткозамкнутой клетки.

Необходимо
сразу же сказать, что спектр вибрации асинхронного электродвигателя с
отгоревшим стержнем во многом похож на спектр вибрации двигателя, имеющего эксцентричный
ротор. На первый взгляд между этими дефектами мало общего, но при ближайшем
рассмотрении можно выявить причины возникновения сходства вибрационных сигналов,
зарегистрированных на опорных подшипниках.

Как
и при эксцентричном роторе, отгоревший стержень приводит к модулированию величины
тягового усилия двигателя. В момент прохождения зоны отгоревшего стержня мимо электромагнитного
полюса (скорее наоборот, т. к. поле асинхронного электродвигателя обгоняет
ротор) тяговое усилие импульсно уменьшиться, ротор чуть-чуть замедлится. В это
время под полюс поля подойдет зона бездефектного стержня, в нем за счет
возросшего скольжения будет несколько больший ток, тяговое усилие также
импульсно возрастет, и ротор чуть-чуть ускорится.

Эти
импульсные мини ускорения и мини замедления ротора на спектре будут характеризоваться  возникновением боковых зубцов вокруг основной
гармоники частоты вращения ротора. Такой спектр для двигателя с частотой вращения
ротора 2920 об/мин показан на рис 3.2.6.5. Понятно, что зубец (гармоника) с
чуть меньшей частотой будет соответствовать моменту времени с замедлением, а
зубец (гармоника) с чуть большей частотой будет принадлежать участку времени с
ускорением ротора.

Сразу
же напрашивается аналогия, что если поврежденных стержней в роторе будет не
один, а два, то боковых гармоник будет по две с каждой стороны оборотной
частоты, если будет три дефектных стержня – три пары боковых гармоник, и так
далее. Это так, и не так. Примерно в половине практических случаев такой эффект
соответствия количества дефектных стержней и боковых гармоник будет
соблюдаться, а в половине случаев такого количественного соответствия не будет.

Корректное
описание такой особенности картины спектрального отображения «дефектных» стержней
на спектре вибрационных сигналов является очень сложным, и мы его здесь
опустим. Мы ограничимся простой констатацией факта, что если боковых гармоник
на спектре более двух (пар), то на роторе находится больше двух отгоревших
стержней, или, говоря точнее, стержней с дефектами контакта. Если боковых
гармоник всего две, то количество стержней с дефектами точно не определено.

Разделить
две причины повышенной вибрации, о которых мы начали рассуждение, это эксцентриситет
ротора и отгоревшие стержни беличьей клетки, возможно, но только при наличии у
диагноста «хорошего анализатора спектров вибрационных сигналов». В данном
случае речь идет о хорошем спектральном разрешении прибора, он должен рассчитывать
спектры с разрешением не хуже 3200 частотных линий. В этом случае дефекты можно
разделить, учитывая особенности различия их спектрах вибрационных сигналов.

Это
следующие различия:

• Характерная «корона» из зубцовых гармоник вокруг пика электромагнитной частоты
  F_ЭМ проявляется на спектре различно
  — при эксцентриситете ротора она имеется во всех режимах работы диагностируемой
  электрической машины. При наличии в роторе дефекта типа «дефектный стержень»,
  корона на спектре появляется только при значительной нагрузке электрической
  машины, на холостом ходу она отсутствует.
• При эксцентриситете ротора «корона» практически симметрична по величинам зубцовых
  гармоник относительно центрального пика, а при дефектах стержней пик на меньшей
  частоте всегда меньше «зеркального» пика на большей частоте. Этот факт
  достаточно хорошо сообразуется с картиной физических процессов. Уменьшение
  скорости происходит при нормальном скольжении и нормальном токе в последнем (перед
  дефектным) «хорошем» стержне клетки. Ускорение же ротора происходит при
  увеличенном скольжении, большем токе в первом «хорошем» стержне и, как
  результат, с большим ускорением.
• За счет колебательного «успокоения» пульсации частоты вращения ротора, после
  прохождения стержня с дефектом, что может возникать при определенных параметрах
  нагрузки на валу электродвигателя, на спектре вибрационного сигнала может
  возникнуть несколько гармоник частоты вращения ротора, и обычно все они
  окружены «коронами». Такая же картина может возникать при наличии механических
  или электромагнитных ослаблений в электрической машине. Параметр
  «электромагнитное ослабление» раскрывать мы не будем из-за его специфичности,
  оставив его для исследования специалистам по электрическим машинам.

В
качестве численного ограничения степени проявления этого дефекта можно считать,
что «короны» у исправного двигателя быть не должно. Если она появилась, и
наибольший пик «короны» превысил 10 % от центрального пика — вероятность
существования отгоревших стержней в обмотке ротора очень большая. Для контроля количественного
значения признаков этого дефекта лучше использовать спектры с логарифмической
шкалой по амплитуде. Если на нем пики «короны» будут меньше основного пика
менее, чем на 20 dВ, то предполагаемый дефект имеет место. 

В
заключение, подчеркивая особенности диагностики данной причине повышенной
вибрации, необходимо еще раз указать, что такая диагностика возможно только с
применением анализаторов спектров с высокой разрешающей способностью. Это нужно
для разделения на спектре частот вращения поля, ротора и боковых гармоник.
Центральный пик «короны» должен соответствовать частоте вращения ротора, а не
быть равным частоте вращения поля в зазоре.

3.2.6.8. Дефекты
зубцово — пазовой структуры

Такая
неисправность не очень часто встречается в практике, но, тем не менее, ее можно
достаточно просто описать и успешно диагностировать.

Условно
эту неисправность можно представить в виде ротора, у которого отсутствует один
ферромагнитный зуб. Это приводит к тому, что мимо пазов статора перемещается «магнитный
непериодический» элемент, наводящий в обмотке статора импульсы, число которых
за один оборот будет численно равно числу пазов на статоре. На спектре вибрационного
сигнала это будет представлено пиком на частоте, равной произведению частоты вращения
ротора на число пазов статора.

Не
вдаваясь в тонкости физического описания, следует также сказать, что дефектный
зуб будет модулировать и электромагнитную силу статора. Это будет происходить потому,
что дважды за свой один оборот вращающееся поле «будет натыкаться» на дефект магнитной
проводимости воздушного зазора двигателя, на «отсутствующий» зуб ротора. На спектре
вблизи пика зубцовой частоты появятся два зеркально расположенных пика,
сдвинутых относительно своего «главного пика» на частоту электромагнитной силы
F_ЭМ, как уже неоднократно
говорилось равную удвоенной частоте питающей сети.

Наиболее
сложным для диагностики будет спектр вибрации при наличии магнитных дефектов на
роторе и статоре одновременно, причем дефектов множественных. На спектре будут присутствовать
зубцовые частоты ротора и статора, а также будут частоты их биения, зашумленные
множественными «зеркальными» пиками.

«Положительным»
при этом будет то, что при таком дефекте обычно сильно падает тяговое усилие,
возрастает потребляемый ток и двигатель очень быстро выходит из строя, обычно
раньше, чем персоналу удается записать спектры и выявить множественный магнитный
дефект методами вибрационной диагностики.

Приборы нашего производства для диагностики электромагнитных дефектов

• ViAna-4 – универсальный 4-хканальный регистратор и анализатор вибросигналов, диагностика электромагнитных дефектов по току

Идентификация дефектов электромагнитной системы электрических машин

Содержание

12.1. При контроле состояния электромагнитной системы электрических машин по вибрации и температуре с решением задачи идентификации дефектов электрические машины следует разделять на следующие типы:

• 
  асинхронные электродвигатели,
• 
  синхронные машины переменного тока
• 
  машины постоянного тока,
• 
  шаговые электродвигатели.

Во многих случаях электрические машины, используемые в качестве приводного двигателя агрегатов с регулируемой частотой вращения, питаются не напрямую от общей электрической сети, а через регулируемые статические выпрямители и преобразователи, искажающие форму выходного напряжения и значительно влияющие на вибрацию агрегата. Контроль состояния электродвигателя, да и всего агрегата в этом случае требует знания частоты питающей напряжения и частоты вращения агрегата на момент измерения вибрации, а также учета влияния формы питающего напряжения на вибрацию электродвигателя и агрегата в целом. Поэтому идентификация дефектов агрегатов со статическими преобразователями в силовых электрических цепях чаще всего выполняется профессиональными системами диагностики машин и механизмов по вибрации, току и температуре.

12.2. Основные дефекты электрических машин, влияющие на их вибрацию и температуру, как правило, делят на следующие группы:

• 
  дефекты механической системы ротор — подшипники,
• 
  дефекты электрических цепей,
• 
  дефекты магнитных цепей,
• 
  дефекты систем охлаждения и смазки.

12.3. Ниже рассматриваются возможности обнаружения и идентификации дефектов электромагнитной системы, т.е. второй и третьей из перечисленных групп. Дефекты этих групп, как правило, влияют на параметры многих составляющих сигнала вибрации на низких и средних частотах, однако мощность большинства из этих составляющих весьма мала. Причина в том, что при дефектах электромагнитной системы наиболее сильно изменяются параметры слабых составляющих электромагнитного поля на характерных частотах, и, соответственно, слабых составляющих, как вибрации, так и тока в обмотках электрических машин. Поэтому для глубокой диагностики электромагнитной системы обычно используются профессиональные средства анализа вибрации и/или тока в обмотках электрических машин, позволяющие разделить в частотной области признаки дефектов механического и электромагнитного происхождения. В то же время возможности простейшей системы мониторинга в части обнаружения изменений состояния электрических машин достаточно велики, ограничения возникают преимущественно при идентификации дефектов.

12.4. Для идентификации причин изменения состояния электрической машины с помощью простейшей системы мониторинга необходимо знание типа машины, частоты вращения ротора, частоты питающего напряжения (для машин переменного тока) и количества зубцов (полюсов) на роторе (якоре). Для машины постоянного тока нужна дополнительная информация — количество основных полюсов (в документации чаще приводится количество пар р основных полюсов) и пластин коллектора, которое обычно кратно количеству зубцов якоря. Ниже приводятся основные частоты для идентификации дефектов, доступных для обнаружения с помощью простейшей системы мониторинга раздельно по каждому виду электрических машин.

Таблица 12.1. Основные частоты электрических машин

 

Тип двигателя	Основные частоты
Асинхронный двигатель	Fвр – частота вращения ротора F1 – частота питающего напряжения (обычно 50 Гц, 60Гц, 200 Гц) Fz = k·Fвр·zrt±2F1 – зубцовые частоты где k – целое число, определяющее номер гармоники зубцовой частоты, zrt – количество зубцов ротора
Синхронная машина переменного тока	Fвр – частота вращения ротора F1 – частота питающего напряжения (обычно 50 Гц, 60Гц, 200 Гц) Fz = 1,5Fвр·zrt – зубцовая частота (неявнополюсная машина) Fz = Fвр·zst – зубцовая частота (явнополюсная машина) zst – количество зубцов статора zrt – количество зубцов ротора
Машина постоянного тока	Fвр – частота вращения якоря Fщ = 2рFвр – щеточная частота Fz = Fвр·zrt – зубцовая частота Fк = Fвр·zk — коллекторная частота p – количество пар основных полюсов  zrt – количество зубцов якоря zk – число пластин коллектора

 

12.5. К основным дефектам электромагнитной системы, влияющим на вибрацию питающегося синусоидальным (без искажений формы и несимметрии по фазам) напряжением асинхронного электродвигателя, относятся:

• 
  дефекты статора (обрывы и короткие замыкания в силовых обмотках, короткие замыкания в активном сердечнике статора),
• 
  обрывы в беличьей клетке и короткие замыкания в активном сердечнике ротора,
• 
  изменения формы зазора между ротором и статором (статический и вращающийся эксцентриситет) прежде всего из-за износа подшипников или деформации корпуса при креплении к фундаменту («мягкая лапа»).

В асинхронных электродвигателях наибольшие изменения вибрации при дефектах электромагнитной системы могут происходить на частоте вращения ротора, на четных гармониках питающего напряжения, а также на зубцовых частотах. Все другие изменения вибрации электромагнитного происхождения в асинхронных электродвигателях идентифицировать по третьоктавному спектру вибрации крайне сложно.

12.6. Кроме как из-за собственно дефектов вибрация электромагнитного происхождения в двигателях переменного тока может существенно изменяться из-за изменения свойств питающего трехфазного напряжения (несимметрии его величины по фазам или искажения формы), а также из-за перегрузки двигателя. При несимметрии напряжения растет вибрация на второй гармонике его частоты, при искажениях – на шестой, двенадцатой, а иногда на более высоких (кратных шестой) гармониках. При перегрузке двигателя с последующим частичным магнитным насыщением активного сердечника ротора и статора также растет вибрация на шестой и кратных гармониках частоты питающего напряжения. При обнаружении роста указанных составляющих вибрации асинхронного электродвигателя (и синхронного также) есть простой способ разделить возможные причины на две основные группы, связанные с изменениями состояния собственно электродвигателя и питающей его электрической сети путем контроля и сравнения вибрации нескольких агрегатов, питающихся от одной сети. При проблемах с сетью похожие изменения вибрации наблюдаются во всех электродвигателях переменного тока.

12.7. По обнаруженным изменениям указанных компонент вибрации асинхронных двигателей могут быть идентифицированы следующие группы дефектов:

• 
  статический эксцентриситет зазора, дефекты статора (обрывы и короткие замыкания обмоток, короткие замыкания между пластинами его активного сердечника), несимметрия напряжения питания – по росту вибрации на двойной частоте питающего напряжения,
• 
  динамический (вращающийся) эксцентриситет зазора – по одновременному росту вибрации на частоте вращения и на зубцовых частотах,
• 
  частичное магнитное насыщение активного сердечника из-за перегрузки двигателя и нелинейные искажения питающего напряжения – по росту вибрации на шестой гармонике питающего напряжения.

К сожалению, основные признаки дефектов беличьей клетки и сердечника ротора проявляющиеся в сигнале вибрации, часто недоступны для обнаружения простейшей системой мониторинга. Лишь при опасных дефектах ротора и большой нагрузке на двигатель, т.е. при значительном росте величины скольжения, один из признаков – рост инфранизкочастотной вибрации на двойной частоте скольжения по частоте превышает 2Гц и попадает в частотный диапазон системы мониторинга.

12.8. Для более подробной идентификации некоторых дефектов собственно электродвигателя можно воспользоваться следующими дополнительными признаками:

• 
  ростом зубцовых гармоник вибрации не только при динамическом, но и при статическом эксцентриситете зазора,
• 
  ростом низкочастотной вибрации электродвигателя (особенно у агрегатов, упруго закрепленных на фундаментах) преимущественно в тангенциальном направлении при дефектах статора и проблемах с питающим напряжением, а также при магнитном насыщении активного сердечника,
• 
  резким падением уровня вибрации двигателя на частоте вращения ротора при отключении питания (в начальной фазе выбега) при динамическом эксцентриситете зазора,
• 
  локальным (в зоне дефекта) нагревом корпуса двигателя при короткозамкнутых витках в обмотке или сердечнике статора и нагревом обоих подшипниковых узлов при обрыве стержней беличьей клетки или коротких замыканиях пластин сердечника ротора.

Следует особо отметить, что влияние дефектов электромагнитной системы на вибрацию машин переменного тока относительно слабо изменяется с величиной нагрузки. Идентификацию дефектов асинхронного двигателя можно проводить как в номинальном режиме, выбранном для проведения работ по мониторингу, так и в режиме холостого хода. Учитывать следует только факт снижения частоты скольжения двигателя в режиме холостого хода.

12.9. Схема алгоритма идентификации дефектов асинхронного электродвигателя по результатам измерений, выполняемых простейшей системой диагностики, приводится на рис.12.1. Как видно из приведенной схемы, дефекты обмотки и сердечника ротора двигателя не обнаруживаются по результатам контроля третьоктавного спектра вибрации электродвигателя, для решения этой задачи необходимо контролировать узкополосные спектры вибрации или потребляемого тока.

F₁ – частота питающего электродвигатель напряжения,F_вр – частота вращения двигателя, F_z –– зубцовая частота двигателя, НЧ – низкочастотная вибрация,  ИНЧ – инфранизкочастотная вибрация (до5Гц).

Рис.12.1 –  Схема алгоритма идентификации дефектов электромагнитной системы асинхронного электродвигателя.

12.10. К основным дефектам электромагнитной системы, влияющим на вибрацию синхронной электрической машины (при питании симметричным синусоидальным напряжением в режиме двигателя или при отсутствии несимметрии и нелинейности нагрузки в режиме генератора) относятся:

• 
  дефекты статора (обрывы, короткие замыкания в его обмотках и в активном сердечнике),
• 
  дефекты ротора (обрывы и замыкания в обмотке постоянного тока, дефекты крепления полюсов),
• 
  изменения формы зазора между полюсами и статором (статический и вращающийся эксцентриситеты),
• 
  распушение активных пакетов сердечника статора крупных электрических машин.

Зазоры в синхронных машинах по величине многократно превышают зазоры в асинхронных двигателях, их эксцентриситеты в относительных единицах обычно невелики и на состояние машины влияние практически не оказывают. Исключение – статический эксцентриситет в крупных машинах, в которых статор и ротор крепятся к фундаменту независимо друг от друга.

В синхронных электрических машинах наибольшие изменения вибрации при дефектах электромагнитной системы могут происходить на частоте вращения ротора, на четных гармониках питающего напряжения и на зубцовых частотах (кратных произведению частоты вращения на 3/2 от количества зубцов ротора в неявнополюсных машинах или частоты вращения на количество зубцов статора в явнополюсных машинах). Все другие изменения параметров электромагнитной системы идентифицировать по третьоктавному спектру вибрации крайне сложно.

12.11. По обнаруженным изменениям указанных компонент вибрации синхронных электрических машин могут быть идентифицированы следующие группы дефектов:

• 
  статический эксцентриситет зазора, дефекты статора, несимметрия напряжения питания, распушение пакетов статора – по росту вибрации на двойной частоте питающего напряжения,
• 
  короткие замыкания в обмотках возбуждения и дефекты крепления полюсов ротора (вращающийся эксцентриситет зазора) – по одновременному росту вибрации на частоте вращения и на зубцовых частотах,
• 
  частичное магнитное насыщение активного сердечника машины и нелинейные искажения напряжения – по росту вибрации на шестой гармонике питающего напряжения.

12.12. Для более подробной идентификации некоторых дефектов синхронной электрической машины можно воспользоваться следующими дополнительными признаками:

• 
  ростом низкочастотной вибрации статора электрической машины (особенно у агрегатов, упруго закрепленных на фундаментах) преимущественно в тангенциальном направлении при дефектах статора, при проблемах с питающим напряжением электродвигателя или с выходным напряжением генератора из-за несимметрии или нелинейности подключаемой нагрузки, а также при магнитном насыщении активного сердечника,
• 
  резким падением уровня вибрации двигателя на частоте вращения ротора и зубцовой частоте при отключении питания (в начальной фазе выбега) при дефектах обмотки возбуждения или узлов крепления полюсов ротора,
• 
  локальным (в зоне дефекта) нагревом корпуса двигателя при короткозамкнутых витках в обмотке или сердечнике статора,
• 
  ростом вибрации дефектного пакета статора на двойной частоте силового тока и ее гармониках при распушении активного сердечника этого пакета (измеряется вибрация пакета, при наличии средств измерения шума возможен контроль воздушного шума в ближней к пакету зоне),

12.13. Схема алгоритма идентификации дефектов синхронного электродвигателя по результатам измерений, выполняемых простейшей системой диагностики, приводится на рис.12.2.

F₁ – частота питающего электродвигатель напряжения, F_вр — частота вращения двигателя, F_z — зубцовая частота двигателя, НЧ – низкочастотная вибрация.

Рис.12.2 – Схема алгоритма идентификации дефектов электромагнитной системы синхронной электрической машины.

12.14. К основным дефектам электромагнитной системы, влияющим на вибрацию машины постоянного тока (при отсутствии переменных составляющих на выходе питающего двигатель выпрямителя или отсутствии импульсных потребителей тока при работе в режиме генератора) относятся:

• 
  обрывы и короткие замыкания пластин коллектора,
• 
  полная или частичная потеря контакта щеток с пластинами коллектора
• 
  обрывы и короткие замыкания в электрических цепях якоря и уравнительных соединениях,
• 
  несимметрия формы и величины зазора между якорем и разными полюсами (как основными, так и дополнительными),
• 
  короткие замыкания в обмотках возбуждения.

В машинах постоянного тока наибольшие изменения вибрации при дефектах электромагнитной системы могут происходить на частоте вращения якоря, на щеточных частотах (кратных произведению частоты вращения якоря на количество основных полюсов), а также на зубцовых и коллекторных частотах (кратных произведению частоты вращения на количество зубцов якоря и пластин коллектора). Все другие изменения параметров электромагнитной системы идентифицировать по третьоктавному спектру вибрации крайне сложно.

В большинстве практических случаев двигатели постоянного тока питаются от трехфазных выпрямителей, в выходном напряжении которых присутствуют переменные составляющие с частотами, пропорциональными частоте сети переменного тока (максимальные по величине составляющие имеют частоты, пропорциональные шестой гармонике этой сети). Возбуждаемая кратными частоте сети гармониками тока вибрация обычно ограничивает возможности диагностики машин постоянного тока с применением широкополосных виброанализаторов.

12.15. По обнаруженным изменениям указанных компонент вибрации машин постоянного тока могут быть идентифицированы следующие группы дефектов:

• 
  ухудшение контакта щеток с пластинами коллектора из-за износа либо щеток, либо обрыва пластины коллектора – по росту вибрации на щеточной частоте (вибрация растет преимущественно в тангенциальном направлении),
• 
  нарушение формы зазоров между основными и дополнительными полюсами, а также между полюсами и якорем, короткие замыкания в обмотке возбуждения – по росту вибрации на коллекторных гармониках. Причиной таких дефектов обычно является сдвиг полюсов из-за ослабления креплений, замыкания в обмотке возбуждения, а следствием – нарушение условий коммутации тока, особенно под нагрузкой,
• 
  дефекты якоря, в том числе уравнительных соединений, изменяющих форму поля якоря – по росту вибрации на первой и, частично, второй гармониках частоты вращения, а также по росту зубцовых гармоник вибрации.

12.16. Для более подробной идентификации некоторых дефектов электрической машины постоянного тока можно воспользоваться следующими дополнительными признаками:

• 
  резким падением уровня вибрации двигателя на частоте вращения якоря и щеточной частоте при отключении питания (в начальной фазе выбега) при дефектах соответственно якоря и коллектора (щеток),
• 
  сильной зависимостью величины вибрации на зубцовых гармониках от нагрузки (знак зависимости — любой) при дефектах обмотки якоря и обмотки возбуждения.

12.17. Схема алгоритма идентификации дефектов машины постоянного тока по результатам измерений, выполняемых простейшей системой диагностики, приводится на рис.12.3.

 

F_вр — частота вращения ротора, F_щ — щеточная частота, F_z — зубцовая частота,F_к — коллекторная частота, F₁  — частота напряжения на входе выпрямителя,

Рис.12.3 — Схема алгоритма идентификации дефектов электромагнитной системы электрической машины постоянного тока.

12.18. К основным дефектам электромагнитной системы, влияющим на вибрацию шаговых двигателей переменного тока (при отсутствии несимметрии и искажений напряжения питания) относятся:

• 
  обрывы и короткие замыкания в силовых обмотках.
• 
  изменения формы зазора (статический и вращающийся эксцентриситеты).

Основные изменения вибрации из-за перечисленных дефектов могут происходить на гармониках частоты вращения двигателя, начиная с первой, а также на двойной частоте питающего напряжения. Особенностью влияния дефектов на вибрацию является модуляция вибрации на двойной частоте питания гармониками частоты вращения двигателя, которую нельзя определить по третьоктавному спектру вибрации. Поэтому шаговые электродвигатели обычно диагностируются с использованием узкополосного спектрального анализатора сигналов, чаще всего профессиональными системами диагностики по вибрации и току двигателя.

12.19. Примечание. Использование для питания электродвигателей как переменного, так и постоянного тока статических выпрямителей и преобразователей напряжения существенно усложняет процессы диагностирования электродвигателей как по вибрации, так и по току. Преобразователи старых поколений, построенные на тиристорной электронике, существенным образом искажают форму выходного напряжения, что не позволяет применять простейшую систему вибрационного мониторинга для надежной оценки состояния электродвигателей. В то же время в современных статических преобразователях с высокой частотой коммутации силового тока (выше 2 кГц) искажения формы напряжения минимальны, что позволяет идентифицировать дефекты в электрических машинах (если известна частота выходного напряжения на момент проведения измерений). Но высокочастотные (на частоте коммутации тока и ее гармониках) компоненты тока влияют на высокочастотную вибрацию электрических машин и затрудняют диагностику их подшипниковых узлов.

Для проверки возможности диагностики конкретного электродвигателя переменного тока со статическим преобразователем необходимо на практике оценить те изменения вибрации двигателя, которые вносит преобразователь. Для этого надо сравнить третьоктавные спектры вибрации опор вращения, выполненные при работе двигателя от сети предприятия и от статического преобразователя при частоте выходного напряжения, равной частоте сети предприятия.

Если обнаруженный рост составляющих третьоктавной вибрации (обычно на частоте коммутации силового тока и ее гармониках) при работе от преобразователя не превышает 40% (трех дБ), двигатель доступен для контроля состояния и идентификации дефектов при работе от статического преобразователя. Пример такого сравнения приведен на рис. 12.4.

Синий цвет – вибрация подшипникового узла при питании двигателя от сети 50Гц. Красный цвет – вибрация подшипникового узла при питании от преобразователя с частотой выходного напряжения 50Гц

Рис. 12.4 – Влияние качества выходного напряжения со статического преобразователя на третьоктавные спектры вибрации асинхронного двигателя.

12.20. Примеры применения рассмотренных признаков дефектов для обнаружения и идентификации дефектов машин переменного и постоянного тока с помощью простейшей системы мониторинга приводятся в приложении Д.

Содержание

 

Ремонт сердечников статора и ротора | Степмотор

Электромагнитное поле представляет собой явление, крайне широко и разнообразно применяющееся в современной технике: именно на основе магнитного поля функционируют все современные электромеханические устройства. Объясняется это тем, что наличие электромагнитного поля является непременным условием для существования электрического тока. В случаях, когда существующее электромагнитное поле необходимо усилить, применяются сердечники или, как их ещё называют, магнитопроводы. Не удивительно, что сердечники являются неотъемлемыми элементами статоров и роторов, а выход их из строя обездвиживает весь механизм, частью которого они являются.

Основные неисправности сердечников ротора и статора

О том, что сердечник неисправен, сигнализирует сильный перегрев электродвигателя, появление при работе нехарактерных шумов, таких, как гудение, шуршание или треск. При появлении перечисленных признаков поломки электродвигатель необходимо разобрать: только так, при тщательном внешнем осмотре и проведении необходимых испытаний можно оценить состояние сердечников статора и ротора, выявить тип повреждения, его локализацию и масштаб. Основными неисправностями, характерными для магнитопроводов, являются:

— ослабление посадки на валу со смещением в направлении оси;
— ослабление прессовки пакетов магнитопровода;
— распушение листов сердечника;
— нарушение изоляции меж листами;
— оплавление проводников и выгорание отдельных участков стали.

Устранение неисправностей магнитопровода

Если причиной неполадок стало ослабление посадки сердечника, при визуальном осмотре важно уделить должное внимание состоянию концевых шпоночных канавок и стопоров. Убедившись в целостности элементов магнитопровода, его устанавливают на место, придерживаясь заводской схемы расположения, и надёжно закрепляют. Отверстия для статоров высверливаются новые, располагают их в ином месте.

В случае если ослабла прессовка, между крайними листами магнитопрвода и сжимной шайбой, с интервалом в 2-4 зуба, забиваются текстолитовые крылья, в дальнейшем обеспечивающие необходимую плотность прессовки. Определить степень прессовки не сложно, для этого достаточно простого контактного ножа: если прессовка в порядке, его лезвие при сильном нажиме не входит в межлистовое пространство более чем на 3 мм.

Распушение листов сердечника – проблема, требующая довольно кропотливого процесса устранения. В зубьях сердечника пропиливаются, а затем провариваются при помощи круговой сварки пазы. Снятие зубцов происходит посредством шпилек, вставленных в подготовленные пазы. Сердечник и сварные швы тщательно зашлифовываются, распушённые листы склеиваются при помощи лака. По окончании восстановительных работ необходима установка дополнительной шайбы с зубьями.

Незначительные повреждения в межлистовой изоляции устраняются при помощи лака. Если площадь замыкания велика, используют травление в азотной кислоте. Для этого намагничивающая и контрольная обмотки наматываются на статор, после чего по намагничивающей обмотке пропускается ток. Место повышенного нагрева после проведения данной манипуляции и будет местом, требующим обработки. Смежные области защищаются от воздействия кислоты с помощью шпаклёвки. Затем повреждённая зона нагревается до температуры 80-100°©, после чего ток отключается, участок обрабатывается концентрированной азотной кислотой. По завершении травления остатки кислоты обязательно нужно нейтрализовать!

При оплавлении небольших участков стали – при сплавлении некоторых листов между собой – сплавленные листы высекаются, образовавшаяся щель обрабатывается лаком, после чего между листами устанавливаются тонкие пластины, которые затем также покрываются лаком. При больших повреждениях пострадавшие зубцы высекаются и заменяются стеклогетолитным заполнением, промазанным клеем и плотно уложенным меж сталью и обмоткой. После проведения всех манипуляций требуется обязательная перешихтовка сердечника.

Ремонт остовов, статоров и полюсов

Износы и повреждения. Наиболее характерными повреждениями остовов и статоров являются трещины в корпусе, подшипниковых щитах и их крышках, в шапках моторно-осевых подшипников, повышенный износ и эллиптичность посадочных поверхностей этих элементов или забоины и заусенцы на них.

В процессе эксплуатации слабнут болтовые и заклепочные соединения, изнашиваются поверхности поддерживающих носиков корпусов тяговых двигателей, повреждаются вентиляционные сетки, фланцы, крышки коллекторных люков, нарушается плотность прилегания этих крышек, изнашивается резьба болтовых соединений, слабнут или лопаются пружинные шайбы, изнашиваются, а иногда и обрываются болты.

В стенках масляных камер шапок моторно-осевых подшипников появляются трещины, нарушающие их герметизацию и приводящие к вытеканию масла.

Двигатели вспомогательных элем рических машин подвержены меньшем\ воздействию со стороны пути, но зато воспринимают значительные вибрации от соединенных с ними машин и механизмов. Поэтому их. детали, аналогичные соответствующим деталям тяговых двигателей, подвержены тем же износа м и повреждениям.

У якорных подшипников могут появляться трещины, вмятины, царапины и раковины на кольцах, роликах и сепараторах, шелушение дорожек колец, роликов, отколы на них, изогнутости сепараторов.

Под действием динамических ударов, вибрации, знакопеременных сил магнитного притяжения и собственного веса полюсов слабнут болтовые крепления полюсов к остову, снижается плотность посадки катушек на сердечниках полюсов или в пазах статоров асинхронных машин. К ослаблению их посадки приводит и поломка пружинных фланцев. У катушек с ослабшей посадкой происходит повышенное истирание изоляции, что в свою очередь приводит к пробоям корпусной изоляции, а иногда и к межвитковым замыканиям.

Наблюдаются случаи изломов выводных концов катушек, распайки кабельных концов выводных патронов, ослабление болтовых контактов межкатушечных соединений. Ослабление крепления сердечников полюсов к остову ускоряет выход из строя резьбовых элементов, вызывает повышенный износ привалочных поверхностей сердечников и остова; возможны обрывы полюсных болтов.

Нагрев и попадание влаги вызывают снижение сопротивления изоляции и ускоряют ее старение.

Повреждение наружной изоляции может быть вызвано действием иногда возникающей в машине электрической дуги или чисто механическими причинами. Повышенные нагревы могут приводить к износу кабельных наконечников, ухудшению качества их пайки. У машин наблюдаются также повреждения диамагнитных угольников, расслоение пакета сердечников главных полюсов.

В катушках статорных обмоток асинхронных электрических машин могут возникать межвитковые замыкания, особенно в местах выхода обмоток из пазов сердечника статора, обрыв или нарушение контакта в одной из фаз, дефекты в жилах и изоляции проводов. У сердечника статора возможно ослабление заклепок, распуше-ние пакета сердечника, ослабление крепления сердечника в корпусе и их относительное смещение.

Осмотр и дефектировка. После очистки остов или статор машины подают на позицию ремонта механической части остова, убеждаются в отсутствии трещин, задиров и других механических повреждений, определяют степень выработки его посадочных и при-валочных поверхностей.

Корпус осматривают. Трещины выявляют по дребезжащему звуку, который будет издавать корпус при его обстукивании молотком. Точное место нахождения трещины, ее форму и размеры определяют визуально с помощью лупы пяти-шестикратного увеличения.

Правилами ремонта в депо разрешается заваривать трещины у коллекторного или вентиляционного окна длиной не более 150 мм (если они не выходят за выступ ярма и торцовую стенку остова), а также радиальные трещины на участках между отверстиями под болты подшипниковых щитов и горловиной корпуса.

Резьбовые отверстия в корпусе проверяют проходными и непроходными калибрами 3-го класса точности. Отверстия забитые или с неисправной резьбой подлежат ремонту. Одновременно осматривают поверхность корпуса в местах прилегания к ней шайб, гаек или головок болтов. Обнаруженные на этих поверхностях забоины, потертости или ржавчина должны быть устранены.

Моторно-якорные и моторно-осевые горловины корпусов тяговых двигателей проверяют визуально, выявляя задиры, трещины и другие видимые дефекты на их посадочных поверхностях, а также измеряют их диаметры индикаторными или микрометрическими нутромерами. При измерении диаметра моторно-осевой горловины в расточки горловин корпуса необходимо установить буксы подшипников и плотно притянуть их болтами. Измерения выполняют по рабочей поверхности в двух плоскостях, смещенных вправо и влево от плоскости разъема примерно на 10 мм, и в трех сечениях по длине горловины — по концам и в середине. Затем рассчитывают средние значения диаметров, измеренных в каждой плоскости, а по ним — результирующее среднее значение измеряемого диаметра.

Рис. 3.13. Схема определения конусности моторно-осевой горловины

По отклонению измеренного диаметра от его допустимого значения определяют ремонтные размеры вкладыша для обеспечения требуемого натяга. Для определения конусности горловины измеряют ее диаметры в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с обоих концов горловины (рис. 3.13). По результатам измерений определяют средние значения диаметров в сечениях I и II:

Разность этих диаметров определит конусность горловины. Она не должна превышать 0,3 мм.

Овальность горловины определяют как разность значений диаметров, измеренных в каком-либо сечении в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Она также должна быть не более 0,3 мм.

Диаметр горловины под подшипниковый щит определяют как средне-

Рис. 3.14. Измерение расстояния между посадочными поверхностями моторио-осевой горловины арифметическое значение трех диаметров, измеренных по внутренней расточке горловины со сдвигом на 120° по окружности. Овальность и конусность посадочной поверхности горловины подшипникового щита определяют так же, как и у моторно-осевой горловины. Они не должны превышать 0,6 мм для тяговых двигателей и 0,5 мм для вспомогательных машин.

У моторно-осевой горловины остова 2 (рис. 3.14) микрометрической скобой 1 измеряют расстояние Б между гранями пазов под посадку букс моторно-осевых подшипников. Разность расстояний, измеренных по концам горловины, определит конусность посадочных

Рис. 3.15. Измерение расстояния между посадочными поверхностями буксы моторно-осевого подшипника поверхностей паза, которая по вссч длине допускается не более 0,15 мм.

Для обеспечения надежной посадки замковые поверхности моторно-осевой горловины и замковые плоскости букс должны быть строго параллельны, а их привалочные поверхности — перпендикулярны. Их параллельность и перпендикулярность на горловине остова проверяют контршаблоном.

Привалочные поверхности коллекторных люков, вентиляционных окон и пластин опорных приливов корпуса не должны иметь повышенного износа, царапин, забоев и заусенцев. Пластины с износом более 6 мм и лопнувшие или ослабшие заклепки заменяют. Пластины и привалочные поверхности с забоинами и заусенцами ремонтируют.

Измеряют расстояние между верхним и нижним опорными приливами. Если оно выходит за допускаемые для данного двигателя значения (например, 321—336 мм для двигателя НБ-412), приливы подлежат ремонту.

Буксы моторно-осевых подшипников снимают с остова после измерения размеров моторно-осевой горловины.

Проверяют замковые и привалочные поверхности, убеждаются в отсутствии в них трещин, забоин, задиров или повышенного износа. Особое внимание обращают на состояние посадочных поверхностей. Расстояние Л (рис. 3.15) измеряют микрометрической скобой. Конусность (непараллельность) посадочных поверхностей, определяемая разностью расстояний Л, измеренных по концам буксы, не должна превышать 0,07 мм для двигателей электровозов и 0,03 мм для двигателя электропоездов ДК-ЮЗГ.

Специальным шаблоном проверяют замковые и привалочные поверхности буксы, убеждаются в их параллельности и перпендикулярности соответствующим поверхностям моторно-осевой горловины остова.

Контролируют непроницаемость запасной камеры буксы и правильность установки ниппеля по высоте. Для этого закрывают нижний конец ниппеля, наполняют запасную камеру мыльным раствором или керосином под давлением 300 кПа и обстукивают стенки камер молотком. Появившиеся на стенках потеки укажут на место имеющейся неплотности, трещины или раковины. Если трещины или неплотности занимают не более 20% площади сечения стенки рабочей камеры или не могут привести к отколу посадочной поверхности, их заваривают, после чего буксу испытывают повторно. В противном случае ее заменяют.

Ниппель буксы должен быть установлен так, чтобы в рабочем положении его нижний край быд на 4—5 мм ниже порожка буксы, иначе смазка будет вытекать из рабочей камеры до полного опорожнения запасной. Правильность установки в буксе 1 (рис. 3.16) ниппеля 2 контролируют измерением размера Б специальным измерительным прибором 4. Для двигателей НБ-411 и ТЛ-2К этот размер должен быть равен соответственно 107 и 92 мм. Размер В (высота порожка 3) у всех правильно изготовленных букс должен быть не менее 60 мм. Расстояние между нижней кромкой ниппеля и порожком определяется как разность размеров Б и В.

Так как в рабочем положении букса имеет наклон, действительное значение этого расстояния будет меньше. Поэтому проверку установки ниппеля удобнее проводить на буксе 1 (рис. 3.17), расположенной в рабочем положении, измерительным прибором 2. Прибор должен устанавливаться по уровню строго горизонтально, тогда на его шкале будет зафиксирована действительная разница высот ниппеля и порожка. Если нижний конец ниппеля окажется выше порожка, букса подлежит ремонту.

На буксах проверяют также состояние пробок, конической резьбы под них и плотность установки пробок. Дефектную резьбу ремонтируют, а пробки с трещинами, забоинами или с дефектной резьбой заменяют.

Подшипниковые щиты и их крышки тщательно осматривают, убеждаются в отсутствии трещин, проверяют качество и степень износа посадочных и прива-лочных поверхностей, резьбовых отверстий, пробок, лабиринтных колец, состояние и плотность установки войлочных (ли фетровых уплотнений.

Рис. 3.16. Проверка правильности установки ниппеля в буксе моторно-осевого подшипника

Скобами, калибрами и нутромерами проверяют размеры посадочных и при-валочных поверхностей. Их измеряют в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и рассчитывают их среднеарифметическое значение. По найденным значениям диаметров посадочных поверхностей подшипникового щита и поверхности горловины остова под его посадку определяют натяг при запрессовке щита в остов.

По разности измеренных диаметров определяют овальности этих поверхностей.

Натяг, овальность и конусность посадочной поверхности щита под посадку в остов не должны превышать установленных для данного типа двигателя значений. Овальность и конусность гнезда под посадку подшипника допускаются не более 0,04 мм для подшипниковых щитов двигателей электровозов и не более 0,35 мм для подшипниковых щитов двигателей электропоездов. Сопоставляя измеренный диаметр посадочной поверхности гнезда под подшипник с диаметром наружного кольца подшицника, определяют натяг при запрессовке этого кольца в подшипниковый щит. Он должен находиться в пределах 0,018—0,1 мм для тяговых двигателей электровозов всех типов и 0,016—0,08 мм для двигателей электропоездов.

Рис. 3.17. Проверка установки ниппеля в рабочем положении буксы

Глубину подшипникового гнезда и профиль лабиринтных колец проверяют специальными шаблонами, изготовленными применительно к размерам контролируемых элементов. Радиальные зазоры в лабиринтных уплотнениях должны быть не более 0,5 мм у двигателей электровозов и 0,55 мм у двигателей электропоездов. Подшипниковые щиты и крышки с трещинами, дефектными отверстиями и с повышенным износом рабочих поверхностей подлежат ремонту.

Щиты и крышки с трещинами, занимающими более 20% площади сечения, со сквозными радиальными трещинами, а также крышки с трещинами у лабиринтных колец в депо не ремонтируют. Не допускаются к ремонту и щиты с отломанными кронштейнами кожуха зубчатой передачи. Такие щиты заменяют новыми.

Крышки коллекторных люков осматривают, убеждаются в плотности прилегания, отсутствии трещин и других механических повреждений. Убеждаются в исправности замков, пружин, заклепок и уплотнений. Неисправные крышки ремонтируют, поврежденные уплотнения заменяют. Вентиляционные сетки, заглушки вентиляционных отверстий и козырьки при наличии неисправностей ремонтируют или заменяют.

Якорные подшипники после тщательной очистки (см. выше) осматривают, обращая особое внимание на состояние поверхностей качения, степень износа сепаратора и плотность установки в нем заклепок. Если на беговых дорожках колец или роликах будут обнаружены трещины, задиры или шелушение, подшипник заменяют. Подлежат замене и подшипники с повышенными радиальными зазорами. Все элементы подшипника, кроме сепаратора, подвергают магнитной дефектоскопии. Внутреннее его кольцо проходит магнитный контроль вместе с валом. Если была установлена неисправность внутреннего кольца или ослабла его посадка на валу якоря, его вначале спрессовывают с вала, а затем подвергают дефектоскопии с использованием универсального дефектоскопа или специального дефектоскопа ГПЗ-1.

Траверсу осматривают. Выявляют степень износа и наличие трещин, забоин и задиров в кольце траверсы и особенно в местах прилегания стопорных накладок и фиксатора. Убеждаются в отсутствии возможных изломов или повышенного износа зубьев и шестерни. Определяют состояние рабочих поверхностей стопорных зажимов, фиксаторов, паза его зуба и поворотного валика. Выявленные неисправные элементы траверсы ремонтируют или заменяют новыми.

Съемные роторы вентиляторов само-вентилируемых тяговых двигателей и двигателей вспомогательных машин проверяют, при этом убеждаются в отсутствии трещин, а также прочности их крепления на якоре. Если причиной недостаточной прочности крепления явилось ослабление болтов, то все болты и предохранительные шайбы снимают и контролируют плотность посадки самого ротора вентилятора. При недостаточной плотности посадки ротор заменяют. Одновременно заменяют и все снятые детали крепления. Обязательно заменяют и роторы вентиляторов с трещинами или изломами лопастей или корпусов.

Разрешается выправлять и ремонтировать погнутые стальные вентиляторы и восстанавливать поврежденные швы приваренных вентиляторов или лопастей.

Ремонт корпусов. Корпуса электрических машин выполняют стальными, поэтому их ремонтируют с применением электросварки или полимерного клея

ГЭН-150В. Заварку трещин и вварку вставок на остовах, подшипниковых щитах и других ответственных деталях машин осуществляют под контролем мастера и приемщика локомотивов.

Трещины в корпусе разделывают и заваривают вручную обычно электродами Э42 или Э42А, обеспечивая полный провар металла на всю трещину сечения стенки корпуса. Лишний металл сварного шва срубают слесарным или пневматическим зубилом и зачищают шлифовальной машинкой. Сварные швы на рабочих поверхностях обрабатывают заподлицо.

Резьбовые отверстия ремонтируют различно в зависимости от их диаметра. Мелкие дефектные отверстия обычно рассверливают электрической или пневматической дрелью до ближайшего большого градационного диаметра и нарезают новую резьбу. Резьбовые отверстия, предназначенные для болтов крепления подшипниковых щитов, букс моторно-осевых подшипников или кронштейнов щеткодержателей, восстанавливают заваркой с последующей рассверловкой и нарезкой новой резьбы или запрессовкой специальных ремонтных втулок.

Изношенные поверхности корпуса в местах прилегания болтов или гаек отпиливают до получения ровной поверхности. Если глубина выработки превышает 3 мм, под гайку или головку болта устанавливают шайбу соответствующего диаметра, затягивают ее гайкой или болтом и приваривают к корпусу.

Опорные приливы, не имеющие накладок, ремонтируют электронаплавкой. После восстановления их изношенной поверхности наплавленный участок тщательно зачищают. Если на приливах есть пластины (планки), которые имеют повышенный износ, или ослабли заклепки, крепящие пластины к приливам, заклепки пневматическим зубилом срубают, оставшуюся часть заклепки выбивают, а поверхность прилива под планкой зачищают. Новую планку плотно прижимают специальным винтовым приспособлением, рассверливают отверстия под заклепки и раззенко-вывают так, чтобы головка заклепки ушла впотай примерно на 4 мм. Заклепки ставят в горячем состоянии (1000— 1100 °С), поджимают снизу винтовым приспособлением и расклепывают сверху пневматическим молотком. Перебрасывать горячие заклепки к месту ремонта запрещается.

Прилегание планки к поверхности прилива должно быть не менее чем на 70—80% его площади. Правилами ремонта допускается также приварка пластин к приливу по контуру. Ослабшие или оборванные заклепки заменяют так же, как и при смене планки. При этом следят, чтобы головки заклепок были ниже рабочей поверхности планки, в противном случае по мере истирания рабочей поверхности диаметр и толщина головок заклепок будут уменьшаться и прочность соединения снизится.

Горловины корпуса под моторноосевые подшипники с дефектами или повышенным износом восстанавливают, как правило, электронаплавкой. Для этого корпус устанавливают горловиной вверх. Перед наплавкой трещины в горловине заваривают, швы зачищают. Наплавку ведут в три приема, поворачивая каждый раз остов так, чтобы наплавляемая поверхность располагалась горизонтально. Одновременно наплавляют изношенные посадочные поверхности горловины.

Затем корпус устанавливают на продольно-строгальный станок и прострагивают в наплавленной горловине плоскости для посадки букс моторноосевых подшипников. На поперечно-строгальном станке обрабатывают посадочные поверхности отремонтированных букс так, чтобы при их установке на корпус был обеспечен требуемый натяг. Для обеспечения этого натяга перед расточкой горловины между буксами и приливами корпуса ставят’ прокладки толщиной 0,35 мм.

Чтобы избежать появления местных перенапряжений в корпусе в результате нагрева при электронаплавке, охлаждать его следует медленно, для чего к расточке приступают через 2—3 дня после наплавки.

Растачивают горловину корпуса совместно с прочно закрепленными на корпусе буксами на горизонтальнорасточном станке или специальными приспособлениями в соответствии с Правилами заводского ремонта. В ходе расточки строго контролируют параллельность осей корпуса и растачиваемой горловины. Горловины под подшипниковые щиты в депо, как правило, не ремонтируют. В отдельных случаях повышенный износ их посадочных поверхностей, конусность или эллиптичность устраняют проточкой на ремонтный размер. В этом случае для обеспечения необходимого натяга при установке в корпус подшипникового щита его посадочная поверхность должна быть предварительно наплавлена и проточена под новый диаметр или его диаметр должен быть увеличен нанесением полимерной пленки ГЭН-150В.

Бурты коллекторных вентиляционных люков с задирами и забоинами на их привалочных поверхностях зачищают до получения ровной поверхности. Чтобы обеспечить необходимую плотность прилегания крышки, образовавшееся местное углубление в месте устранения дефекта сводится на нет по всей длине окна. При этом прива-лочные поверхности буртов по всему периметру окна должны лежать в одной плоскости.

Ремонт букс моторно-осевых подшипников. Корпус буксы с трещинами в отливке, сорванной или изношенной резьбой, износом и повреждением посадочных поверхностей ремонтируют так же, как и остов. Дефектные места стенок масляных камер вырубают, заваривают и контролируют на непроницаемость.

Ниппель с нарушенной прочностью крепления или неправильно установленный отделяют от стенки камеры, для чего срубают сварные швы, а затем приваривают вновь или устанавливают на белилах при строгом соблюдении требуемых размеров. Правильность установки контролируют специальным приспособлением (см. рис. 3.16 и 3.17).

Иногда для обеспечения требуемой разницы высот ниппеля и порожка увеличивают высоту порожка, для чего к нему приваривают планку, толщину которой целесообразно определять от дельно для каждой ремонтируемой буксы (но не более 15 мм, чтобы значительно не уменьшить поверхность смазывания оси).

Пробки масляных камер плотно пригоняют к отверстиям в стенках и устанавливают их на белилах, сурике или маслостойком лаке. Дефекты конической резьбы отверстий под пробки устраняют, углубляя резьбу метчиками. Отверстия со значительными дефектами заваривают, рассверливают и нарезают новую резьбу. Крышки масленок и их замки ремонтируют, а при установке обеспечивают плотность их прилегания с достаточным нажатием и упругим перемещением крышек при их закрывании и открывании.

Подбивку моторно-осевых подшипников очищают в шерстемоечном отделении отжатием масла под прессом и на центрифуге, стирают в подогретом масле в специальных стиральных машинах и отжимают валиками. Выстиранные косы вновь пропускают через центрифугу, расплетают, удаляют из них механические примеси, отбраковывают шерстяные нити и вновь заплетают, а затем пропитывают маслом при температуре 55—60 °С в течение 12 ч. Новые косы пропитывают при той же температуре, но в течение 24 ч. После стока масла косы подают на позицию сборки моторно-осевых подшипников.

Отремонтированную буксу очищают сжатым воздухом, окрашивают и просушивают внутреннюю поверхность рабочей камеры.

Ремонт подшипниковых щитов н их крышек. Дефектные резьбовые или проходные отверстия, трещины, изношенные поверхности под головками болтов или гаек у подшипниковых щитов и крышек ремонтируют так же, как на корпусе машины.

Подшипниковые щиты, требующие восстановления посадочных или привалочных поверхностей, ремонтируют электронаплавкой или нанесением на посадочные поверхности слоя полимерной пленки. Наплавляют посадочную поверхность под установку в корпус и после расточки соответствующей посадочной поверхности корпуса под оче редной ремонтный размер. Перед наплавкой или нанесением полимерного покрытия посадочную поверхность обрабатывают на токарном станке до устранения ее конусности, эллиптичности и других дефектов. При этом следует снимать возможно наименьший слой металла. Для обеспечения строгой соосности всех посадочных поверхностей щита обработку их как перед наплавкой, так и после выполняют на станке за одну установку.

Электронаплавку ведут постоянным током при обратной полярности электродов, используя в качестве источника питания сварочные генераторы СМГ-ПС-300М, ПС-500 или сварочные выпрямители ВС-300, ВС-600. После наплавки щиту дают остыть. Затем его устанавливают на станок и обтачивают до диаметра, обеспечивающего необходимый натяг при установке щита в горловину остова, с которой он был снят.

Если для обеспечения необходимого натяга диаметр подшипникового щита (после предварительной обточки его посадочной поверхности) надо увеличить не более чем на 0,4 мм, то можно на посадочную поверхность нанести полимерную пленку. В этом случае подлежащую восстановлению поверхность обезжиривают ацетоном, ставят щит на специальное устройство и при вращении с частотой 750—1000 об/мин наносят первый слой полимерного клея ГЭН-150В. Каждый последующий слой наносят после полного высыхания предыдущего. Для обеспечения хорошего качества пленки толщина каждого слоя не должна превышать 0,04—0,06 мм. Число слоев определяется требуемой конечной толщиной пленки, которая не должна превышать 0,2 мм на сторону. Затем щит помещают в сушильный шкаф и выдерживают там при температуре 100—120 °С в течение 30— 45 мин.

Дефектную поверхность щита под посадку якорного подшипника восстанавливают так же, как и при ремонте посадочных поверхностей щита под горловину остова. Расточку или нанесение пленки ведут до получения диаметра чертежного размера (при уста новке нового подшипника) или измеренного диаметра наружного кольца (при установке подшипника, бывшего в эксплуатации). Отклонения от чертежного или измеренного диаметра допускаются не более 0,03 мм в меньшую сторону, что должно обеспечить при последующей запрессовке наружных колец подшипников для большинства двигателей натяг в пределах 0,018— 0,1 мм.

Воздушные каналы в подшипниковых щитах продувают сжатым воздухом. Пропитанные войлочные уплотнения устанавливают в лабиринты плотно. При этом они должны выступать из пазов. Крышки масленок и заправочных окон ремонтируют и проверяют плотность их прилегания и исправность замков. Внутреннюю поверхность подшипникового щита со стороны якоря окрашивают изоляционным лаком или эмалью ГФ-92-ХС.

Крышки подшипниковых щитов с дефектными посадочными поверхностями ремонтируют так же, как и щиты.

Ремонт крышек коллекторных люков, фланцев, сеток н заглушек. Крышки коллекторных люков с трещинами заваривают, с их привалочных поверхностей аккуратно удаляют заусенцы, забоины и другие дефекты. При этом следят, чтобы крышку не повело и было обеспечено плотное прилегание этой поверхности к бурту окна. Трещины в деталях замка заваривают. Неисправные или ослабшие пружины замков, износившиеся шплинты и шайбы, износившиеся или потерявшие упругость войлочные или фетровые прокладки заменяют новыми.

После ремонта и проверки плотности прилегания крышки ее внутреннюю поверхность покрывают эмалью ГФ-92-ХС, а снаружи — черным лаком БТ-99.

Вентиляционные сетки, заглушки и фланцы, а также козырьки и крепежные детали, по возможности, ремонтируют: заваривают отдельные трещины на фланцах, козырьках, восстанавливают незначительные повреждения резьбы болтов и резьбовых отверстий. Однако в большинстве случаев ремонтировать их оказывается нецелесо образным. Поэтому неисравные детали заменяют новыми. При установке новых или отремонтированных фланцев проверяют легкость их установки и плотность прижатия патрубков к остову.

Ремонт якорных подшипников. В условиях депо ремонту подлежат лишь якорные подшипники с ослабшими заклепками и шайбами сепараторов, а также с повышенными зазорами между шайбами и сепараторами. Ослабшие заклепки сепараторов заменяют новыми, изготовленными из мягкой стали. Сепараторы с повышенным механическим износом заменяют исправными.

Внутреннее кольцо подшипника, у которого были выявлены трещины, раковины или шелушение, с вала якоря снимают индукционным нагревателем и заменяют новым. Если внутреннее кольцо таких дефектов не имеет, но его посадка на валу ослабла и кольцо проворачивается, его с вала снимают и наращивают внутреннюю поверхность цинкованием или нанесением полимерной пленки клеем ГЭН-150В.

После наращивания цинкованием кольцо промывают и на станке или шлифовальной бумагой обрабатывают внутреннюю поверхность строго кон-центрично относительно наружной поверхности.

При наращивании посадочной поверхности кольца клеем ГЭН-150В полимерную пленку на него наносят по той же технологии, что и на подшипниковый щит. Термообработку кольца с нанесенной пленкой совмещают с его нагревом перед напрессовкой на вал.

В процессе ремонта и монтажа подшипника тщательно проверяют радиальный зазор. На тяговый двигатель можно устанавливать только те подшипники, у которых разница в радиальных зазорах не превышает 0,05 мм. Проверяют зазор плавания сепаратора в верхней части подшипника. Он должен находиться в пределах 0,5—2,0 мм. У двигателей НК-418К этот зазор измеряют внизу, так как сепараторы подшипников таких машин центрируют не по буртам наружных колец (как у остальных машин), а по роликам. Он должен быть не менее 0,5 мм. При замене подшипника новый подшипник не следует вынимать из упаковки преж де времени. Во время сборки узла брать подшипник надо только чистыми сухими руками в перчатках из белой хлопчатобумажной ткани или через парафинированную бумагу.

Перед установкой подшипники тщательно промывают в бензине, в который добавляют 6—8% минерального масла. Запрессовывают новые или отремонтированные подшипники в подшипниковые щиты на гидравлических или пневматических прессах. Хранят подшипники в сухом вентилируемом помещении при температуре 10—30 °С.

Ремонт траверс. При деповском ремонте пальцы кронштейнов щеткодержателей с траверс, как правило, не снимают. На траверсе заваривают обнаруженные трещины, восстанавливают дефектные отверстия описанными выше способами, наплавляют и обрабатывают под чертежные размеры изношенные поверхности кольца траверсы, фиксирующей планки или стопорных зажимов, устраняют с деталей траверсы забоины и другие мелкие дефекты. Сместившиеся, но исправные фиксирующие планки закрепляют. Шестерню поворотного механизма с трещинами, изломом зубьев или с повышенным износом, а также ее ось с трещинами или забитыми гранями квадратной головки заменяют. Если пальцы кронштейнов щеткодержателей на траверсе ослабли или повреждена их изоляция, пальцы снимают и ремонтируют.

По окончании ремонта снятых с траверсы элементов ее вновь собирают. Для монтажа траверс целесообразно использовать специальное приспособление (рис. 3.18). По периметру его стола 1 размещено шесть упоров 5 (через 60°) с пазами и прижимами для закрепления траверсы, а в средней части — суппортное устройство 4 с шаблоном для проверки правильности положения окон щеткодержателей. Траверсу 2 устанавливают на столе, вращением штурвала 6 поворачивают суппортное устройство так, чтобы шаблон встал напротив окна щеткодержателя. Затем, вращая штурвал 3, перемещают суппорт в радиальном направлении, вводят шаблон в окно щеткодержателя, после чего надежно закрепляют траверсу на столе. Последовательно поворачивая суппорт, проверяют остальные щеткодержатели. Если монтаж щеткодержателей выполнен правильно, шаблоны должны входить в окна и в пазы упоров свободно без смещения траверсы. При монтаже отремонтированной траверсы строго контролируют расстояние между осями окон щеткодержателей. Для всех тяговых двигателей разница этих расстояний между соседними щеткодержй-телями не должна превышать 0,5 мм.

Все необработанные поверхности отремонтированных траверс тяговых двигателей окрашивают эмалью ГФ-92-ХС, а траверс вспомогательных машин — эмалью СВД.

Ремонт съемных роторов вентиляторов. При деповском ремонте роторы вентиляторов снимают в случаях, когда ослабло их крепление, погнуты лопатами стальных вентиляторов или повреждены сварные швы. Если ослабление крепления вентилятора вызвано ослаблением его посадки, вентилятор заменяют. Подлежат замене и роторы вентиляторов с трещинами или изломами лопастей. Если ослабление крепления вентилятора вызвано ослаблением болтов, то все болты и предохранительные шайбы заменяют. Поврежденные сварные швы приваренных вентиляторов или лопастей восстанавливают, погнутые лопасти стальных вентиляторов выправляют.

Отремонтированный вентилятор балансируют и устанавливают с натягом после предварительного подогрева до температуры 120—150°С.

Ремонт статоров и полюсов

Осмотр и дефектировка . По завершению ремонта электрической части остова его подают на позицию 5 (см. рис. 3.3) поточной линии, где осматривают механическую часть.

Как правило, осмотр и дефектировку электрической части остова проводят без ее разборки. Полюсы снимают только в тех случаях, когда в них обнаружены дефекты, устранить которые без их снятия невозможно. Поэтому осмотр и дефектировку проводят на неразобранном остове. Однако в ряде депо у двигателей отдельных типов в целях предупреждения возможных повреждений в эксплуатации добавочные полюсы, расположенные под моторно-осевой горловиной, снимают для проверки во всех случаях разборки тяговых двигателей.

Рис. 3.18. Монтажный стол траверс тяговых двигателей

Проверяют исправность крепления полюсных катушек, выводных кабелей и межкатушечных соединений, надежность изоляции, соответствие их активного сопротивления установленным нормам, убеждаются в отсутствии витко-вых замыканий в катушках. Проверяют также правильность установки полюсов в остове. Для этого измеряют расстояние между полюсами по диаметру и между кромками соседних полюсов. Для выполнения этих измерений пользуются специальными шаблонами и приспособлением (рис. 3.19). Приспособление устанавливают в остове 1 тягового двигателя. На оси 4 приспособления укреплены лимб 3 и указатель 5. Центрирующее устройство 2 обеспечивает совпадение оси приспособления с осью вала. Такое приспособление позволяет измерять расстояние от поверхности сердечников до оси вала и углы между полюсами. С его помощью можно достаточно точно определить размеры воздушных зазоров под каждым из полюсов, правильность установки полюсов, выявлять перекосы и смещения их относительно оси двигателя.

Рис. 3.19. Приспособление для проверки правильности установки полюсов в остове

В ряде депо расстояние между сердечниками главных (или добавочных) полюсов определяют проходным и непроходным шаблонами. Однако при этом нельзя судить о правильности установки полюсов относительно оси двигателя. Поэтому необходимо дополнительно проверить расстояния между осями (или кромками) сердечников главных и соседних с ними добавочных полюсов. Допуск на отклонение этих расстояний не должен превышать допуск по шаблону.

Расстояния сердечников полюсов от оси вращения и между сердечниками диаметрально противоположных полюсов должны соответствовать чертежным. Разница расстояний между поверхностями диаметрально противоположных главных полюсов не должна превышать 1,5 мм, а добавочных — 1 мм. Разница расстояний между кромками полюсов (как главных, так и добавочных) должна быть не более 4 мм для двигателей НБ-406, не более 3 мм для двигателей электровозов ЧС и не более 2 мм для двигателей ТЛ-2К, НБ-412К, НБ-418К, а между соседними главными и добавочными полюсами не более 2 мм.

Возможное ослабление заклепок пакета или наличие трещин в его местах определяют по издаваемому пакетом дребезжащему звуку при обстукивании молотком.

Проверяют сердечники полюсов, убеждаются в отсутствии дефектов в доступных для осмотра местах, обращают внимание на надежность крепле ния к корпусу и правильность установ ки в нем.

Надежность крепления выявляют обстукиванием, с помощью ключа или по растрескиванию компаундной массы. При выявлении ослабления затяжки болта полюс снимают и выясняют причину, которой может оказаться его излом, срыв резьбы болта или резьбы в соответствующем отверстии сердечника, излом или проседание пружинной шайбы. Полюсные сердечники с сорванной резьбой в депо не ремонтируют. Их заменяют новыми. Ослабшие болты выворачивают и подвергают магнитной дефектоскопии для обнаружения в них возможных трещин. Резьбу болтов проверяют резьбовым калибром 3-го класса. Болты с трещинами, неисправной резьбой, изношенными или забитыми гранями головок, а также лопнувшие или просевшие пружинные шайбы заменяют. Лепестковые шайбы двигателей АЬ-4846еТ и АЬ-4442пР заменяют пружинными. Затягивают полюсные болты при подогретых до температуры 70—100 °С катушках.

Особенно внимательно осматривают сердечники полюсов, расположенных под моторно-осевой горловиной.

Сердечники полюсов с распушенными листами пакета, с лопнувшими заклепками, прогарами или оплавлениями подлежат замене.

Сердечник статора проверяют, обращают внимание на возможный сдвиг его в корпусе, прочность закрепления в нем, убеждаются в отсутствии ослабления заклепок пакета сердечника и механических дефектов на нем. В случае ослабления или сдвига сердечника в корпусе проверяют крепящие его штифты. Методы осмотра и дефекти-ровки сердечников статоров те же, что и сердечников полюсов.

Катушки полюсов тщательно осматривают и проверяют надежность их крепления на сердечниках, состояние покровной (корпусной) изоляции и их выводных кабелей.

Ослабление посадки катушек на сердечниках выявляют покачиванием их от руки, по смещению фланцев, ослаблению диамагнитных угольников и полюсных болтов, а состояние покровной изоляции — визуально. Однако отдельные возможные неисправности катушек, например межвитковое замыкание, ухудшение качества контактных соединений и другие, определить визуально невозможно. Поэтому при осмотре электрической части остова проводят отдельные измерения и испытания.

Рис. 3.20. Схемы для выявления межвиткового замыкания двухстержневым (а) и трехстержневым (б) трансформаторами

Полюсные катушки с поврежденной изоляцией, изломами выводов, лопнувшими или смещенными пружинными фланцами, ослабшими диамагнитными угольниками или ослабшей их посадкой на сердечниках с остова снимают для ремонта или замены.

Сопротивление изоляции катушек измеряют мегаомметром, а активное сопротивление обмоток — мостом МД6.

Если перечисленных дефектов у катушек нет и сопротивление изоляции окажется ниже нормы, то их, не снимая с остова, подвергают сушке, после чего вновь измеряют сопротивление изоляции.

В случае когда после сушки сопротивление изоляции катушки вновь окажется ниже нормы, ее с остова снимают. Снимают катушки и при недопустимом увеличении их активного сопротивления, а также при опасении, что между внутренней поверхностью катушки и сердечником полюса попало масло. У снятых катушек проверяют состояние покровной изоляции, выявляют дефекты, вызвавшие увеличение активного сопротивления. Кроме того, убеждаются в отсутствии межвиткового замыкания в катушке.

Повышенное активное сопротивление связано в большинстве случаев с дефектами в выводах катушек и межкатушечных соединениях. Их контактные соединения испытывают на нагрев двойным часовым током в течение 8—10 мин от сварочного агрегата постоянного тока НСМ-1000 или выпрямительной установки ВКСМ-1000. Надежность соединений проверяют по изменению показаний амперметра, включенного в их цепь, по качке в месте соединения или по изменению активного сопротивления. Оценить состояние контактов можно и на ощупь после отключения тока. Если в соединениях дефектов нет, то они будут нагреты примерно одинаково. Повышенный нагрев отдельных соединений свидетельствует о плохом состоянии контактов этих соединений. Такие места вскрывают и выявляют причины повышенного нагрева.

В процессе прогрева контактных соединений и их проверки все прочие работы на остове должны быть прекращены.

Кабельные наконечники с признаками чрезмерного нагрева разъединяют и осматривают их поверхности. Одновременно проверяют состояние жил проводов, особенно в местах соединения с наконечником. При обрывах жил площадь сечения кабеля уменьшается, повышается его нагрев, что будет способствовать дальнейшему его перегоранию. Поэтому при обрыве более 10% жил наконечники следует перепаивать.

Повреждения изоляции катушки, выводов и межкатушечных соединений подлежат исправлению.

Межвитковое замыкание в полюсной катушке можно выявить с помощью двухстержневого трансформатора (рис. 3.20, а). Верхняя часть ма-гнитопровода такого трансформатора выполнена в виде откидывающегося якоря, позволяющего надевать на один из его стержней проверяемую катушку К. На измерительную катушку, расположенную на другом стержне трансформатора, подают напряжение от сети переменного тока. Если межвиткового замыкания в проверяемой катушке нет, амперметр, включенный в цепь измерительной катушки, покажет ток, равный току холостого хода трансформатора. При наличии в полюсной катушке вит-кового замыкания в образовавшихся закороченных витках наведется э. д. с., и ток в цепи измерительной катушки возрастет. Однако при замыкании одного витка, при частичном замыкании или большом числе витков проверяемой катушки чувствительность такого трансформатора оказывается недостаточной.

Рис. 3.21. Схема для выявления межвиткового замыкания методом двойной трансформации

Большей чувствительностью обладает трехстержневой трансформатор (рис. 3.20, б). При отсутствии в проверяемой катушке витковых замыканий стрелка вольтметра останется в нулевом положении, так как во вторичных катушках правого и левого стержней трансформатора, имеющих одинаковое число витков, будут наводиться равные по значению и противоположно направленные э. д. с. При наличии витко-вого замыкания магнитные потоки в правом и левом стержнях трансформатора станут по значению различными, следовательно, разными по значению будут и э. д. с., наводимые ими в право! и левой вторичных катушках, и стрелк;! вольтметра отклонится. Еще более чувствительным оказывается метод двойной трансформации (рис. 3.21), при котором почти полностью отсутствуют емкостные связи между витками. К сетевой обмотке трансформатора при этом методе подводят переменный ток повышенной частоты.

Рис. 3.22. Схема включения катушек для выявления межвитковых замыканий с помощью импульсной установки

Межвитковые замыкания выявляют с помощью импульсных установок ИУ-57, приборов СМ-15 и ИВ-3. Импульсную установку подключают к сети переменного тока напряжением 220 В. Генератор импульсов ГИ (рис. 3.22) установки создает на выходе импульсы высокого напряжения (до 6000 В). При необходимости это напряжение может снижаться вдвое установленным на выходе установки делителем напряжения. Кроме того, напряжение можно регулировать автотрансформатором. Такая установка позволяет испытывать одновременно две катушки К1 и К2, которые включают вместе с конденсаторами С делителя напряжения по мостовой схеме. В диагональ моста включен индикатор И. При витковом замыкании в одной из катушек нарушается равенство индуктивностей параллельных ветвей моста, возникает разность потенциалов на зажимах индикатора И и его луч на экране отклоняется. Если на экране луч остается почти прямолинейным (рис. 3.23, а), то ни в одной из катушек виткового замыкания нет. Значительные изломы укажут на наличие виткового замыкания в катушке К1 (рис. 3.23,6) или в К2 (рис. 3.23,в).

Для проверки многовитковых катушек вспомогательных машин этим методом пользоваться не следует, так как емкости таких катушек могут значительно отличаться, и на зажимах индикатора будет появляться разность потенциалов даже при исправных катушках. В этом случае катушки следует проверять методом двойной трансформации на специальной высокочастотной установке.

Компенсационные обмотки и особенно их лобовые части осматривают предельно тщательно. В первую очередь визуально проверяют состояние изоляции лобовых частей их катушек, убеждаются в отсутствии трещин, протертостей и прогаров. Наиболее вероятные места возникновения этих дефектов — на выходе катушек из пазов, у катушек, расположенных близко к моторноосевой горловине, а также в местах соединения выводов компенсационных катушек с выводами катушек добавочных полюсов и компенсационных катушек друг с другом. Эти соединения проверяют на нагрев пропусканием через них тока. Порядок такой проверки описан выше.

Наиболее частыми дефектами соединения компенсационных обмоток с катушками добавочных полюсов является неудовлетворительная пропайка наконечников, требующая замены вывода или всей катушки, и излом самих соединений.

При осмотре компенсационных обмоток проверяют плотность посадки их катушек в пазах полюсных сердечников, а также исправность и прочность установки клиньев, крепящих катушки в пазах.

При возможности дефектную изоляцию катушек и их выводов восстанавливают дополнительной изолировкой поврежденных мест без снятия катушек с полюсов. В противном случае их снимают для ремонта или замены.

Обмотки статоров электрических машин переменного тока осматривают, проверяют состояние изоляции, надежность крепления обмоток, качество контактных соединений (прогреванием током и измерением активного сопротивления) и выявляют возможные замыкания в обмотке, а также обращают внимание на прочность крепления катушек обмоток в пазах сердечника и состояние крепящих их клиньев, выводов и рейки зажимов.

В обмотках статоров асинхронных двигателей замыкания могут возникнуть между витками одной катушки, между катушками разных фаз и между катушкой и сердечником статора. Замыкание между листами сердечника и ветками обмотки устанавливают мегаомметром по значению сопротивления. Обнаружить замыкание можно по повышенному нагреву короткозамкнутого контура обмотки. Выявляют его на ощупь после предварительного прогрева машины током и снятия с нее напряжения. В некоторых случаях короткозамкнутую часть обмотки можно определить визуально — по обуглившейся изоляции.

Рис. 3.23. Изображения на экране индикатора импульсной установки

Выявить витковое замыкание можно и специальным приспособлением — насаженным на изолированную ручку подшипником с легко, вращающимся наружным кольцом. Если его поднести к обтекаемой током статорной обмотке, то под действием создаваемого обмоткой бегущего магнитного поля кольцо подшипника будет вращаться, но остановится над пазом, витки обмотки в котором будут закорочены.

Фазу, имеющую замыкание, можно выявить по несимметрии тока, потребляемого обмоткой из сети. При соединении обмотки звездой (рис. 3.24,а) в фазе А, имеющей замыкание, показание амперметра А 1 будет больше, чем в двух других фазах. В случае соединения обмотки треугольником (рис. 3.24,6) в двух фазах сети Л и С, к которым присоединена дефектная фаза, показания амперметров А1 и АЗ будут больше, чем амперметра А2 в фазе В. Такую проверку следует проводить при пониженном напряжении, равном (0,25-5-0,3) и_н0м.

Рис. 3.24. Схемы проверки обмоток статора асинхронного двигателя на межвитковые замыкания

Фазу обмотки, имеющую замыкание, можно выявить и по значению активного сопротивления, измерять которое можно как мостом, так и методом амперметра и вольтметра, фаза с замыканием будет иметь меньшее сопротивление.

Если замыкание произошло между катушками одной фазы или разных фаз, то для нахождения его места выводы катушек приходится в определенной последовательности распаивать и проверять отдельные участки обмотки. Иногда место такого замыкания удается выявить покачиванием от руки лобовых частей обмотки при одновременной проверке сопротивления мегаомметром.

В случае обрыва или плохого контакта в обмотке дефектную фазу можно выявить мегаомметром. Для этого в обмотке, соединенной звездой, один провод от мегаомметра присоединяют к нулевой точке обмотки, а вторым поочередно касаются концов всех фаз. Если обмотка соединена треугольником, то концы фаз разъединяют и проверяют каждую фазу отдельно.

Замеряют активное’ сопротивление каждой фазы обмотки статора. Оно не должно превышать допускаемое значение более чем на 10%.

Межкатушечные соединения остовов и статоров, выводные и соединительные провода осматривают, проверяют состояние их изоляции в местах крепления проводов к скобам и надежность самих креплений. Ослабление крепления проводов определяют покачиванием их от руки. На ослабшие крепления укажет и выявленная потертость провода в месте его закрепления. Провода с дефектной изоляцией ремонтируют или заменяют новыми. Ослабшие крепления проводов укрепляют.

Если в двигателе применена компенсационная обмотка, то для снятия главного полюса нужно предварительно вынуть из пазов сердечника катушки компенсационной обмотки. При снятии добавочного полюса компенсационную обмотку не демонтируют. Достаточно разъединить выводы компенсационной обмотки и катушки снимаемого полюса и осторожно вынуть полюс в простран стве между компенсационной ОбмОТКО! и корпусом в сторону, противоположную коллектору.

Ремонт катушек. Его начинают после того, как катушки спрессованы с сердечников полюсов и внимательно осмотрены для выявления дефектов, которые ранее не могли быть обнаружены.

Выводные кабели с прожогами или механическими повреждениями изоляции, а также с обрывами более 10% жил заменяют новыми. Для этого вскрывают изоляцию в месте впайки кабеля в патрон, обертывают вскрытое место асбестом, нагревают паяльной лампой патрон до расплавления в нем припоя и вытаскивают кабель. Освобожденный от изоляции и зачищенный конец нового выводного кабеля облужи-вают в ванне с расплавленным припоем ПОС-40, устанавливают катушку отверстием патрона вверх, вставляют в него подготовленный конец выводного кабеля и заливают в патрон расплавленный припой до его верхней кромки. Затем место пайки зачищают и изолируют микалентой, промазывая каждый ее слой лаком № 462.

Если у катушки вывод выполнен не из кабеля, а из медной шины и на конце шины обмотки, к которому приварен вывод, имеется трещина или излом, то изоляцию катушки вскрывают настолько, чтобы можно было удалить надломленный конец и запилить конец шины по форме клина. Аналогично запиливают конец шины вывода, совмещают концы, сваривают газовой сваркой и восстанавливают изоляцию катушки.

Наконечники кабелей, имеющих незначительные механические дефекты на контактной поверхности или признаки чрезмерного нагрева, зачищают и лудят, не снимая кабеля. При значительных повреждениях наконечники нагревают паяльной лампой до расплавления припоя и снимают с кабеля. При напайке нового наконечника его гнездо протравливают канифолью, а конец кабеля прогревают в тигле с расплавленным припоем. Аналогично перепаивают наконечники с плохим качеством пайки или когда у кабеля при входе в наконечник имеется обрыв недопустимого числа жил.

Дефектную покровную изоляцию в условиях депо допускается ремонтировать как на отдельных участках, так и с полной ее заменой. В последнем случае ее осторожно надрезают по всему периметру катушки, не допуская повреждения корпусной изоляции, и снимают с катушки. Новую покровную изоляцию выполняют из кипер-ной ленты или стеклоленты. Наматывают ленту с натягом. Конец ленты закрепляют суровыми нитками. В процессе намотки контролируют размеры катушки. Тип ленты, способ наложения витков (рис. 3.25), число слоев и марка применяемого лака должны строго соответствовать чертежам ремонтируемой катушки и техническим условиям на ее ремонт.

У отремонтированной катушки проверяют высоту и ширину внутренней части, т. е. размеры, от которых зависит плотность посадки катушки на сердечнике. При несоответствии измеренных размеров чертежным их доводят до нормы, отматывая или добавляя изоляцию. Затем убеждаются в отсутствии витковых замыканий в катушках, измеряют активное сопротивление и, если все оказывается в норме, направляют их в пропиточное отделение для протирки, окраски и сушки.

Если при осмотре катушки дефектов, требующих ее ремонта, не выявлено, то для восстановления изоляции катушки ее пропитывают (см. с. 143) в пропиточном лаке и покрывают изоляционной эмалью без снятия полюсов с остова.

Катушки, которые при изготовлении или предыдущем заводском ремонте были пропитаны кремнийорганическими (например, двигатели электровозов

ЧС2) или термореактивными (двигатели электровозов ВЛ10, ВЛ80^К) лаками или компаундами, можно не пропитывать. Их достаточно просушить в печи при температуре 130—140 °С в течение 10 ч, покрыть с помощью пульверизатора эмалью печной сушки соответствующего класса изоляции (ГФ-92-ГС, ПКЭ-19, ПКЭ-22 или

ЭП-91) и вновь просушить в печи в течение 10 ч до полного запекания эмали. После предварительной, а также окончательной сушки измеряют сопротивление изоляции. Оно для двигателей электровозов ЧС и ВЛ10 при температуре ПО—120 °С должно быть не менее 3 МОм, а для двигателей электровозов ВЛ80 при температуре 100 °С — не менее 2 МОм.

Катушки с дефектами корпусной изоляции в депо не ремонтируют, за исключением случая, когда данному депо поручено проведение ремонта электрических машин в объеме и по Правилам заводского ремонта и депо имеет для этого необходимые кадры и оборудование.

Компенсационные обмотки, имеющие незначительные повреждения изоляции на лобовых вылетах, ремонтируют без снятия с остова, восстанавливая поврежденные участки наложением дополнительной изоляции. Неисправные выводы и наконечники ремонтируют так же, как и у полюсных катушек.

Для снятия дефектных компенсационных обмоток их средние и боковые выводы разызолируют. Если выводы компенсационных обмоток с выводами добавочных полюсов соединены болтами, то болты выворачивают. Паяные соединения этих выводов распаивают. Чтобы при распайке не повредить изолированные витки катушек, их покрывают защитной массой из смоченной водой асбестовой крошки. Затем распаиваемое соединение зажимают электродами сварочных клещей, включают питающий их сварочный трансформатор (например, ТСД-1000) и нагревают соединение до расплавления припоя, разъединяют выводы, охлаждают ветошью, смоченной водой, и зачищают концы выводов.

Рис. 3.26. Крепление кабелей в остове

Чтобы снять катушки компенсационной обмотки с сердечника полюса, из его пазов молотком и специальным зубилом с бородкой выбивают клинья. Затем, осторожно покачивая катушки за их передние и задние лобовые вылеты, вынимают их из пазов. У снятых катушек устраняют потертости и другие незначительные дефекты изоляции. Лобовые вылеты изолируют двумя слоями микаленты и двумя слоями стеклоэс-капона вполуперекрышу. Затем укладывают бандаж из стеклоленты в один слой и промазывают лаком БТ-99.

При замене гибких проводов соединяемые поверхности зачищают, накладывают конец провода на вывод катушки, предварительно положив между ними пластину припоя, и зажимают сварочными клещами. Чтобы не повредить изоляцию провода, его обертывают мокрым асбестовым шнуром. Подают напряжение на клещи и нагревают соединение до расплавления припоя. Затем напряжение с клещей снимают, ожидают, пока припой затвердеет, разжимают клещи и зачищают место пайки. Место соединения изолируют тремя слоями ленты ЛСЭ-Л0.15Х25 мм и двумя слоями вполуперекрышу стеклянной ленты 0,2X35 мм.

Ослабшие клинья катушек компенсационных обмоток в пазах сердечников полюсов и дефектные прокладки заменяют новыми. Исправные компенсационные обмотки с остова не снимают, но покрывают изоляционным лаком.

Межкатушечные соединения и выводные провода, не имеющие дефектов, но с ослабшим креплением в остове, укрепляют. Для этого провода 1 (рис. 3.26, а) в месте крепления дополнительно изолируют двумя слоями изоляционной ленты 2, слоем электрокартона 5, а затем прочно закрепляют провода крученым шпагатом 3 к приваренным скобам 4 или затяжкой болтов накладных скоб 6 (рис. 3.26, б, в). Под скобы устанавливают резиновые прокладки 7.

Провода с поврежденной изоляцией ремонтируют в случаях, когда поврежденное место находится не ближе 200 мм от выводной коробки машины, а длина его не превышает 100 мм. В противном случае их заменяют новыми. Поврежденную изоляцию проводов и межкатушечных соединений восстанавливают. Для этого изоляцию 2 и 3 провода 1 (рис. 3.27) в месте повреждения срезают на конус и вырезанное место изолируют прорезиненной лентой 4, накладываемой вполуперекрышу, плотно, без морщин. При этом последовательно переходят от одного края вырезанного участка к другому. Каждый слой промазывают лаком.

Рис. 3.27. Ремонт изоляции проводов

Общая толщина наложенных слоев должна быть не менее толщины основной изоляции (вровень с покровной изоляцией 3 провода). Последний слой выполняют из лакоткани. Поверх него наматывают вполуперекрышу два слоя прорезиненной изоляционной ленты 5, перекрывая ею прилегающие участки основной изоляции.

При необходимости выводные провода можно сращивать с помощью наконечников. При этом места сращивания не должны находиться ближе, чем на 200 мм от выводной коробки или места входа провода в соединительную коробку кузова. Заземляющие провода сращивать запрещается. При установке нового заземляющего провода его конец, закрепляемый на остове, должен быть оголен на участке длиной 50 мм от места крепления.

На отремонтированные или замененные выводные провода надевают пропитанные огнестойким составом брезентовые чехлы и закрепляют их на патрубке остова шпагатом или стальным хомутом, а с другого конца — смоляной лентой. Аналогично закрепляют и новые чехлы, устанавливаемые взамен забракованных.

Наконечники межкатушечных соединений и выводных проводов ремонтируют и перепаивают так же, как и наконечники выводов катушек. Места соединений тщательно изолируют.

Фланцы и прокладки с дефектами ремонтируют или заменяют новыми. Пружинные фланцы с трещинами или остаточной деформацией ремонту не подлежат. Их заменяют новыми, которые изготавливают из стали 45, закаливают и покрывают лаком БТ-99. Исправные фланцы и прокладки очищают, снимают с них заусенцы и окрашивают. Прокладки под сердечники полюсов не окрашивают. Дефектные диамагнитные прокладки добавочных полюсов заменяют новыми той же толщины и изготовленными в строгом соответствии с чертежом.

Сборка электрической части остова. Полюсы монтируют в последовательности, обратной разборке. Перед установкой на сердечник убеждаются в отсутствии межвитковых замыканий в катушках, измеряют электрическую прочность их изоляции и активное сопротивление катушек, которое не должно отличаться от номинального более чем на 10%.

Катушку монтируют на сердечник в горячем состоянии, для чего ее предварительно нагревают до температуры 80—100 °С в печи или пропусканием через нее тока. Катушка должна садиться на сердечник плотно, поэтому ее устанавливают на прессе, контролируя по прибору усилие. Если оно окажется менее 4900 Н (500 кгс), то катушка села на сердечник без требуемой плотности. Тогда ее с сердечника снимают, ставят между внутренними стенками катушки и сердечником дополнительные прокладки из электрокартона и напрессовывают вновь. Посадку катушки следует выполнять аккуратно, не допуская ее перекосов. В противном случае может быть повреждена ее изоляция, особенно во внутренних углах катушки. Перед напрессовкой на сердечник должны быть поставлены в соответствии с чертежами необходимые прокладки и фланцы. До установки полюсов в корпус вся его внутренняя поверхность (кроме посадочных мест под сердечники полюсов) должна быть окрашена изоляционным лаком, а сторона коллектора до приливов полюсов — светлой изоляционной эмалью. Для установки полюсов корпус ставят большой горловиной вверх.

Полюсные болты устанавливают при нагретых до температуры 70—100 °С катушках. Если при полностью затянутых болтах катушка окажется зажатой между полюсными наконечниками и корпусом недостаточно плотно, затяжку болтов ослабляют, ставят под катушку прокладку из электрокартона необходимой толщины и вновь затягивают болты. Для крепления главных полюсов тяговых двигателей, расположенных вблизи моторно-осевой горловины, желательно применять новые болты. Все используемые фланцы и прокладки должны быть исправными. Под головки болтов должны быть установлены пружинные шайбы. Если катушка взята из ремонтного запаса, перед установкой в остов проверяют ее полярность.

Особое внимание обращают на правильность установки полюсов, так как неточная их установка резко ухудшает эксплуатационные свойства и надежность двигателя, изменяются его характеристики, ухудшается коммутация, повышается склонность к возникновению кругового огня. Правильность установки полюсов проверяют измерением расстояния от оси вращения якоря до поверхностей сердечников по осям полюсов, расстояний между полюсами по диаметру, между кромками сердечников соседних главных полюсов, соседних добавочных полюсов, а также между кромками лежащих рядом главного и добавочного полюсов.

Выявленные проверкой недопустимые отклонения от чертежных установочных размеров устраняют дополнительными (при необходимости и клиновидными) стальными прокладками.

Полюсы установлены правильно, если фланцы смонтированных в остовах катушек плотно прилегают к ним, не имеют вибрации при обстукивании их молотком, сердечники плотно притянуты к опорным поверхностям остова, катушки надежно затянуты сердечниками и фланцами, полюсные болты поставлены с предохранительными пружинными шайбами, завернуты до отказа и не вибрируют при обстукивании их головок молотком, а расстояния между полюсами по окружности и диаметру соответствуют нормам. После этого головки полюсных болтов заливают компаундной мастикой.

Если в двигателе применены компенсационные обмотки, то перед установкой их катушек пазы в сердечниках продувают сжатым воздухом, укладывают в них пазовую изоляцию, а на дно паза еще миканитовую прокладку и полоску из электроизоляционного картона толщиной 0,2 мм. Катушку компенсационной обмотки устанавливают в пазы (в соответствии со схемой обмотки) легким постукиванием обрези-ненной рукояткой молотка равномерно по всей длине пазовых частей катушек. Затем их осаживают с помощью молотка и текстолитовой подбойки, ставят сверху прокладки (такие же, как и на дно паза) и закрепляют клиньями.

Толщина прокладок под клин должь. обеспечивать их плотную посадк\ Затем приступают к монтажу межкату шечных соединений и выводных кабелей.

Межкатушечные соединения и выводные кабели монтируют после того, как полностью убедились в правильности и надежности установки полюсов и исправности катушек. Контактные соединения надежно пропаивают, наконечники плотно соединяют болтами, а болты застопоривают предохранительными шайбами. Затем проверяют правильность соединения катушек полюсов (и катушек компенсационных обмоток, если они есть), качество контактных соединений и электрическую прочность изоляции по отношению к корпусу машины.

Правильность соединения катушек полюсов проверяют с помощью компаса или специальной катушки с подключенным к ней милливольтметром с центральной стрелкой. К обмоткам подводят постоянное напряжение от возбудителя или многоамперного агрегата и устанавливают ток, равный 25—30% номинального. Компас или катушку последовательно устанавливают под каждым полюсом. При правильном соединении катушек стрелка компаса при переносе его от одного полюса к соседнему полюсу противоположной полярности должна изменять свое положение на 180°, а стрелка милливольтметра — отклоняться в противоположную сторону. Подносить компас близко к полюсу не следует, так как можно перемагнитить его стрелку. За стрелкой милливольтметра наблюдают в момент отвода катушки от полюса. Чтобы в витках катушки наводилось по возможности большая э. д. с. и отклонение стрелки было заметнее, отводить катушку от полюса надо быстро. Качество контактных соединений проверяют пропусканием через них двойного часового тока в течение 8—10 мин методами, описанными выше.

Если в результате этих проверок дефекты не будут выявлены, то все контактные соединения тщательно изолируют согласно чертежу и закрепляют провода в остове.

Крепление проводов должно быть прочным и исключать возможные вибрации, истирания и другие повреждения изоляции. Запрещается изгибать провода ближе 50 мм от наконечников или создавать напряженные состояния в местах соединения. Применение для бандажей и креплений материалов, способных вытягиваться, например ки-перной и других лент, не допускается. Поврежденные или слабо сидящие на проводах или в отверстиях остова резиновые втулки следует заменять, а концы проводов надежно укреплять в выводных коробках или клицах.

Электрическую прочность изоляции относительно корпуса проверяют на пробивной установке 8 (см. рис. 3.3) переменным током частотой 50 Гц в течение 1 мин.

Испытательные напряжения изоляции электрических машин на напряжения 3000 и 380 В должны быть соответственно 6000 и 1400 В, а машин на напряжение менее 100 В — 1000 В.

Затем катушки полюсов, компенсационные обмотки и кабельные выводы необходимо покрыть электроизоляционной эмалью.

Ремонт электрической части статора. Катушки обмотки статора с ослабшей посадкой в пазах сердечника подкрепляют. Для этого ослабшие клинья осторожно выбивают из пазов, укладывают в паз необходимое число прокладок из электрокартона, предварительно пропитанного лаком, и также осторожно забивают клинья в пазы. Клинья с трещинами, забитыми или изношенными боковыми гранями заменяют новыми. Неисправные катушки статорной обмотки и их выводы ремонтируют так же, как и катушки полюсов.

Статоры, имеющие сопротивление изоляции обмоток ниже нормы, подвергают сушке в печи при температуре 120—130 °С, после чего это сопротивление проверяют вновь. Если оно окажется менее 1 МОм, а установить или устранить причину пониженного сопротивления не удалось, то статор подлежит заводскому ремонту. Подлежат заводскому ремонту и статоры, у которых в результате проведенного депов ского ремонта активное сопротивление обмоток будет превышать установленное более чем на 10 %.

Выводные провода с дефектной изоляцией заменяют. Наконечники выводов с дефектами перепаивают. Шпильки реек зажимов с поврежденной резьбой или с оплавлениями заменяют. Восстанавливают отсутствующие маркировки проводов. Для определения начала и конца обмоток соединяют последовательно две фазы, подводят к ним переменный ток напряжением 380 В. Если соединенными оказались разноименные выводы этих фаз, то показания вольтметра, включенного в третью фазу, будут близкими к подведенному напряжению. В случае соединения одноименных выводов стрелка вольтметра будет на нуле. Соединяя две другие фазы, аналогично находят начало и конец третьей. Правильность маркировки выводов можно проверить и сравнением измеренных сопротивлений отдельных фаз обмотки статора с их паспортными значениями.

Перед монтажом статора его сердечник (если он имел сдвиг относительно корпуса) закрепляют штифтами в соответствии с чертежами. После установки отремонтированных катушек в сердечник статора проверяют правильность их соединения, убеждаются в отсутствии межвитковых замыканий или замыканий на корпус. Методы проведения этих проверок те же, что и при дефектировке.

Техника безопасности при проверке электрической части остовов и статоров. При проверке состояния изоляции катушек и проводов остовов, статоров и индуктивных шунтов, а также после проведенного ремонта измеряют сопротивление изоляции мегаомметром напряжением 250 В. К проведению этих работ могут допускаться только лица, обученные технике проведения таких замеров и правилам работы с мегаомметрами.

Кроме того, следует помнить, что катушки любых обмоток обладают электрической емкостью и иногда значительной, в результате чего они способны определенное время сохранять полученный ими при проведении изме рении электрический заряд. Поэтому даже после снятия напряжения с проверяемых катушек прикасаться к их неизолированным частям во избежание получения травмы запрещается до снятия с них статического заряда путем их временного заземления.

Испытательная станция (стенд) для проверки изоляции на пробой должна быть ограждена сетчатым ограждением с запирающимися дверями. Вход на испытательную станцию лиц, не связанных с испытаниями, категорически запрещается. Двери испытательной станции должны иметь механические и электрические блокировки, исключающие возможность входа, когда установка находится под высоким напряжением.

Работники, проводящие испытания, должны иметь удостоверение на право производства работ на установках высокого напряжения. Испытания проводят два лица: инженер или техник и электромонтер V квалификационной группы.

Перед началом работы тщательно проверяют надежность заземления всей установки, трансформатора, аппаратуры. На испытательной станции или стенде должны быть защитные средства: диэлектрические боты и диэлектрические перчатки, коврики, штанги, испытательные клещи и т. д. Защитные средства хранят в отведенном для них месте и периодически проверяют их электрическую прочность. Перед каждым пользованием защитными средствами внешним осмотром проверяют их исправность и по клейму убеждаются в том, что срок их годности, установленный при последнем испытании, не истек. В соответствующих местах должны быть вывешены плакаты «Не включать, работают люди», «Высокое напряжение — опасно для жизни» и др.

Перед подачей испытательного напряжения все работники бригады должны перейти в безопасную зону. Руководитель испытания должен лично убедиться в этом, а также в том, что все необходимые меры безопасности приняты. После этого он предупреждает о подаче напряжения и включает его. Не разрешается выполнять измерения в цепях высокого напряжения испытательной установки после включения рубильника на стороне низкого напряжения.

5 3. Ремонт щеткодержателя и и> кронштейнов

Износы и повреждения. Повышенные износы и повреждения щеткодержателей и их кронштейнов возникают в результате действия на них механических нагрузок, недопустимых нагревов в контактных соединениях и перебросов электрических дуг.

Щеткодержатели в эксплуатации подвержены всем перечисленным выше воздействиям, часто проявляющимся одновременно. Они приводят к появлению трещин в их корпусах, повышенному износу стенок щеточных окон, износу рифленых привалочных поверхностей, подгарам и оплавлениям.У пружин нажимных пальцев теряются упругие свойства, а иногда возникают и изломы. Наблюдаются случаи изломов самих нажимных пальцев. Изнашиваются валики и втулки, ослабляется крепление корпуса щеткодержателя на кронштейне. Наиболее интенсивно изнашиваются щетки по их рабочей поверхности. Кроме того, у них могут возникать отколы 3 (рис. 3.28), износ боковых поверхностей, трещины 2, задиры 4, ослабление крепления в них гибких проводов, а иногда и обрыв их жил 1.

Кронштейны щеткодержателей могут быть стальными и пластмассовыми. Общими для них дефектами являются срабатывание рифленых поверхностей, трещины, прожоги, износ резьбовых отверстий, ослабление их крепления в остове или на траверсе. Наблюдаются случаи нарушения правильности’ установки щеткодержателей относительно коллектора. У стальных кронштейнов могут появляться трещины, отколы и потемнение глазури на фарфоровых изоляторах, ослабление посадки изоляторов, может быть заниженное сопротивление изоляции пальцев, а иногда возникать их пробой.

У пластмассовых кронштейнов, кроме перечисленных общих дефектов, возможны оплавления и даже выгорание болтов в местах крепления токоведущих проводов к металлическим каркасам кронштейнов.

Излом щеткодержателей и их отдельных деталей в зависимости от характера повреждения может привести к ослаблению пружин, заеданию пальцев, обрывам гибких проводов, чрезмерному нагреву щеток. Более серьезные повреждения происходят при обрыве или ослаблении болтов верхних и боковых щеткодержателей, а также при изломах их корпусов. В этом случае неизбежен задир коллектора. Такое же повреждение происходит и при обрыве болтов кронштейнов щеткодержателей.

Осмотр и дефектировка. Щеткодержатели, снятые с остова или траверсы, продувают, очищают техническими салфетками, осматривают для- выявления дефектов и определения необходимого ремонта.

Корпуса щеткодержателей осматривают, убеждаются в отсутствии трещин, оплавлений, забоин или повышенного износа. Трещины чаще всего могут появляться у щеточного окна и в местах перехода корпуса к гребенке. Шаблоном определяют степень износа стенок щеточных окон. Выявляют возможную выработку отверстий приливов под пружины и резьбовых отверстий под болты крепления гибких проводов щеток.

Для предотвращения изломов щеткодержателей в эксплуатации трещины у основания прилива для крепления корпуса к пальцу, а также трещины, которые могут привести к отколу стенок щеточного окна, заваривать при деповском ремонте запрещено. Такие корпуса бракуют. Поврежденные и изношенные поверхности гребенки, окон, а также разработанные отверстия под оси пружин, болты и винты подлежат восстановлению. Детали щеткодержателя осматривают как до, так и после разборки щеткодержателя.

Щетки неисправные или с предельным износом по высоте и боковым поверхностям бракуют. Допускается оставлять до очередного заводского ремонта шунты без следов чрезмерного нагрева, с обрывом не более 10 % жил и износом наконечника не более 10 %.

Рис. 3.28. Характерные дефекты щеток

Пружины, осматривают, убеждаются в отсутствии трещин, определяют остаточную деформацию, для чего сопоставляют размеры пружины после ее трехкратного полного сжатия с чертежными размерами. Ослабшие пружины и пружины с трещинами заменяют.

Оси пружин, барабанов и храповиков, имеющих в местах посадки их в корпус износ более 0,5 мм или износ отверстий под шлицы более 0,2 мм, заменяют.

Нажимные пальцы с трещинами или изломами ремонтируют или заменяют новыми.

Кронштейны щеткодержателей осматривают, проверяют на электрическую прочность их изоляции.

Стальные кронштейны с трещинами, ослабшими пальцами, с выжигами или оплавлениями, с повреждением гребенки менее чем на 20 % ее площади подлежат ремонту. Резьбовые отверстия под болты крепления щеткодержателя или токоведущих проводов проверяют калибром 3-го класса точности и при обнаружении их неисправности восстанавливают. Если в кронштейнах обнаружены трещины длиной более 30 мм или они находятся к отверстиям под пальцы ближе, чем на 30 мм, их в депо не ремонтируют, а заменяют новыми. Подлежат замене также изоляторы кронштейнов с трещинами, отколами или потемневшей глазурью. Плотность посадки изоляционного пальца в кронштейне и изолятора на пальце проверяют от руки. Если изолятор или палец перемещаются, кронштейн подлежит ремонту. Кронштейн с поврежденными гребенками менее 20 % ее площади подлежит деповскому ремонту, а при большей дефектной площади — замене новым кронштейном.

Мегаомметром на 2,5 кВ измеряют сопротивление изоляции кронштейна. Кронштейны с сопротивлением изоляции менее 100 МОм, измеренным при температуре +20 °С, подлежат ремонту.

Пластмассовые кронштейны изготавливают из пластмассы АГ-4, дуго-стойкость которой, как выявилось при их эксплуатации, оказалась недостаточной (наблюдались случаи горения кронштейнов при перебросах и повышенном искрении на коллекторе). Поэтому при деповском и заводском ремонтах такие кронштейны пока заменяют стальными.

Если при деповском ремонте такая замена произведена быть не может, то пластмассовый кронштейн при возможности ремонтируют. Для выявления возможных трещин в корпусе его очищают от эмалевого покрытия. Кронштейны с изломами и трещинами заменяют, а с поверхностными прожогами или подгарами ремонтируют. Проверяют основные установочные размеры между осями под пальцы и расстояние от нижней кромки гребенки до этих осей. Отклонение от чертежных размеров допускается не более ±0,3 мм. При больших отклонениях этих размеров кронштейны бракуют. Выгоревшие места металлических каркасов пластмассовых кронштейнов подлежат восстановлению.

⇐Ремонт электрических машин | Ремонт электропод-вижного состава | Ремонт щеткодержателей и их кронштейнов⇒

Точное обнаружение дефектов сердечника статора во вращающихся электрических машинах

17. марта 2020

Универсальная испытательная установка OMICRON CPC 100, в которой реализована новая Опция Измерений на Сердечнике Статора, может быстро и достоверно выполнять испытания на наличие электромагнитных дефектов (также известного, как измерение потока рассеяния) сердечников статора вращающихся электрических машин, в том числе гидро- и турбогенераторов и электродвигателей.

Важность выполнения испытаний сердечника статора
Испытание на наличие электромагнитных дефектов выполняется для выявления нарушений межслойной изоляции пластин в сердечнике статора, которые приводят к перегреву и повреждению вращающейся машины во время работы. В ходе измерения на сердечник статора подается небольшой процент от номинального потока и измеряется поток рассеяния на поверхности. Любые изменения потока рассеяния указывают на потенциальное нарушение изоляции между двумя или более пластинами. Измерения рекомендуется проводить регулярно. Это дает возможность сравнивать состояние изоляции между слоями сердечника статора, а также оценивать динамику изменения состояния с течением времени, чтобы исключить незапланированные ремонты.

Эффективное и удобное решение Опция
Измерения Сердечника Статора – это компактное и легко транспортируемое оборудование, которое используется совместно с CPC 100 как для возбуждения сердечника статора, так и для проведения измерений. Измерительный датчик установлен на рейке и выполняет сканирование поверхности сердечника статора, автоматически перемещаясь вдоль него. После завершения сканирования одного паза рейку необходимо вручную переместить к следующему пазу. С использованием такого метода сканирование всего сердечника происходит в полуавтоматическом режиме. В результате измерения происходят с высокой эффективностью и воспроизводимостью. Испытания выполняются под управлением удобного ПО Primary Test Manager (PTM), результаты испытаний отображаются графически в реальном времени. Участки статора, подвергающиеся повышенному нагреву, наглядно представляются на тепловой карте с регулируемыми предельными значениями.

OMICRON CPC 100 + Опция Измерений на Сердечнике Статора

• Сканирование сердечника статора в полуавтоматическом режиме
• Измерения и возбуждение с помощью одной системы
• Изменяемая частота потока в диапазоне от 15 до 400 Гц
• Удобная работа с использованием ПО Primary Test Manager
• Автоматизированное создание протоколов, в том числе результатов, графиков /и тепловых карт
• Длину кабеля возбуждения можно наращивать, что позволяет адаптироваться к особенностям отдельных измерений
• Многофункциональная испытательная система CPC 100 позволяет выполнить множество других измерений

 

С подробной информацией можно ознакомиться на странице: www.omicronenergy.com/stator-core-testing

Проведение обследования технического состояния турбогенератора типа ТВВ-165

Целью данной работы является оценка технического состояния, разработка мероприятий по повышению надежности и сохранению остаточного ресурса, определению допустимых режимов работы турбогенератора.

Поставленные цели достигаются за счет полного выявления (в том числе и на ранней стадии возникновения) дефектов корпусной изоляции и системы крепления обмотки статора, активной стали статора и элементов его крепления, контроля качества ремонта зубцов активной стали в процессе проведения работ по уплотнению зубцов и восстановлению изоляции листов активной стали, составления предложений по проведению ремонтного обслуживания и допустимым режимам работы турбогенератора.

Обследование технического состояния турбогенератора типа ТВВ-165-2 включает:
— Оценка технического состояния статора.
— Диагностика изоляции статора.

Обследование турбогенератора выполняется во время капитального ремонта при выведенном роторе с применением следующих неразрушающих методов контроля технического состояния узлов генератора:

Электромагнитный метод проверки межлистовой изоляции листов активной стали сердечника.

Электромагнитный детектор дефектов сердечника (цифровой EL CID) позволяет обнаружить повреждения между пластинами сердечника статора. После обработки данных имеется возможность определить точное расположение мест коротких замыканий листов активной стали в сердечнике.

Ультразвуковой метод контроля плотности прессовки и выявление ослабленных зубцов активной стали статора.

Метод основан на измерении времени распространения ультразвуковых колебаний поперек листов в пакетах активной стали. На основании комплекса измерений оценивается общее состояние плотности прессовки, выявляются ослабленные участки активной стали. Метод позволяет контролировать полноту и качество устранения выявленных дефектов в процессе выполнения работ.

Виброакустический метод выявления дефектов системы крепления сердечника.

Метод основан на определении параметров виброакустических сигналов, возникающих в системе подвески сердечника при ударном возбуждении ее отдельных элементов. На основании анализа параметров полученных данных оценивается техническое состояние системы подвески сердечника.

Технический осмотр статора по специальной программе с использованием эндоскопов.

Технический осмотр проводится с учетом результатов измерений и включает выявление признаков неудовлетворительного вибрационного состояния сердечника и обмотки статора, разрушенных зубцов и застрявших в сердечнике обломков активной стали, дефектов крепления активной стали на спинке и в торцевых зонах статора, дефектов крепления обмотки статора в пазовых и лобовых частях.

Оценка эксплуатационного состояния обмотки статора и элементов ее крепления производится на основе технического осмотра изоляции и элементов крепления пазовой и лобовой частей обмотки статора с применением жесткого и гибкого эндоскопов.

Диагностика изоляции статора методом измерения частичных разрядов.

Проводится с использованием прибора ЭКСДИ ПП ЧР с полосой пропускания 16 кГц — 30 МГц и ёмкостных датчиков 1000 пФ.

Получить подробную консультацию по предлагаемым услугам, сделать запрос технико-коммерческого предложения (ТКП) вы можете, отправив запрос на e-mail: [email protected], либо по тел./факсу: (861) 258-33-61.

Сердечники статора — обзор

4.8 Кожух статора

Кожух содержит сердечник статора и раму сердечника и должен выдерживать нагрузки и крутящие моменты. Он также должен обеспечивать герметичную оболочку для водорода. Исторически сложилось так, что кожухи были сделаны достаточно прочными, чтобы выдерживать давление, возникающее при воспламенении самой взрывоопасной смеси водорода и воздуха, без катастрофических повреждений.

Поскольку любая смесь водорода и воздуха во взрывоопасном диапазоне недопустима, достижение давления взрыва не является надежным условием, и корпус должен быть определен на основе выдерживания такого давления без утечек, как того требует BS5500, нереально.Следовательно, все требования норм для сосудов высокого давления не применяются, хотя некоторые из них применяются. Такой прагматический подход оправдан более чем пятидесятилетним мировым опытом.

Кожухи представляют собой сборные стальные цилиндры толщиной до 25 мм, усиленные изнутри кольцевыми кольцами и осевыми элементами, которые усиливают конструкцию и образуют каналы для потока водорода (см. Рисунки 6.44 и 6.45). Внутренние пространства снабжены желобами для установки водородных охладителей.На концах толстые кольца обеспечивают облицовку отдельных торцевых экранов. Предусмотрены внутренние опоры для основной рамы в виде горизонтальных опорных пластин или фиксаторов пружинных пластин, а внешние опоры поддерживают весь узел. Подъемные цапфы обычно делают съемными.

РИС. 6.44. Наружный кожух статора

РИС. 6.45. Основная рама вставляется в обсадную колонну

Конструкция сварных швов тщательно контролируется, чтобы по возможности исключить наличие незакрепленных участков.Основные сварные швы должны быть герметичными по отношению к водороду при давлении 4 бар, что является очень строгим требованием. Корпус в сборе может быть слишком большим для снятия напряжений в печи для отжига, и в этом случае следует предположить, что в сварных швах существуют напряжения вплоть до предела текучести. В одной конструкции кожух состоит из двух половин, которые перед сваркой снимают напряжение.

Торцевые экраны представляют собой толстые круглые стальные листы с ребрами жесткости, чтобы выдерживать давление в корпусе с минимальным осевым прогибом.В них размещаются неподвижные компоненты уплотнения вала и, в некоторых конструкциях, внешний подшипник. Герметизация соединений торцевого экрана и корпуса от давления водорода, как и всех других соединений корпуса, обеспечивается с помощью прокладок, уплотнительных колец и уплотнительных масс, вводимых в канавки.

Готовая обсадная колонна в сборе подвергается гидравлическим испытаниям под давлением и, наконец, должна быть продемонстрирована герметичность до уровня, соответствующего снижению номинального давления водорода не более чем на 0,035 бар за 24 часа.

Некоторая часть вибрации сердечника передается обсадной колонне, а вибрация ротора передается через торцевой щиток и фундамент. Узел обсадной колонны должен быть спроектирован так, чтобы избежать резонансов в диапазоне этих возбуждающих частот.

Дренажные каналы расположены так, что любое масло или вода, скапливающиеся в нижней части корпуса, направляются по трубопроводу к детекторам утечки жидкости, которые инициируют сигнал тревоги. Распределительные трубы для водорода и CO ₂ встроены; датчик температуры на входе CO ₂ подает сигнал тревоги, если поступающий газ недостаточно нагрет и может локально охладить изготовленный кожух.В нижней половине корпуса установлены электрические нагреватели для поддержания сухих условий во время простоев.

Корпус прикручивается болтами к опорной стальной конструкции на сальниковых плитах, которые после пробного монтажа подвергаются механической обработке для обеспечения правильной центровки. Осевые и поперечные ключи предотвращают последующее перемещение. Вес кожуха с сердечником, охладителями и водой составляет до 450 тонн.

Выявление дефектов двигателя посредством анализа зон повреждения

Персонал по техническому обслуживанию электрооборудования в течение многих лет ограничивался поиском и устранением неисправностей не более чем с помощью двуручки и меггера.К сожалению, это не дает достаточно информации, чтобы большинство электриков чувствовали себя полностью уверенно при определении наличия электрической проблемы.

Механический оператор однажды сказал: «Если проблема существует с частью оборудования, и в пределах 10 футов от него есть электрический кабель, то это, должно быть, проблема с электричеством!»

Если вы занимаетесь обслуживанием электрооборудования, вы, вероятно, когда-то слышали в своей карьере: «Это, должно быть, двигатель.Если вы занимаетесь техобслуживанием механических устройств, вы, вероятно, слышали: «Вероятно, это насос. Давай разъединим его.

Это постоянная битва, и до недавнего времени технология в основном разрабатывалась для механической стороны. Вибрация показывает двукратный всплеск линейной частоты (2F L), и это должно означать, что она электрическая. Верно? Неправильный!

Сегодня существует так много переменных, которые приводят к появлению 2F L, что вывод двигателя из эксплуатации для ремонта электрической части только из-за высокого значения 2F L является ошибкой.Вполне возможно, что это дорогое удовольствие. Лучшее, на что вы могли надеяться, — это то, что ремонтный центр перезвонит и спросит: «Что вы хотите сделать?» к этому совершенно хорошему мотору.

«Все, что нам нужно, — это сопротивление заземлению или тестирование мегомметром». Мне трудно поверить в это утверждение. Сколько раз мы, электрики, нервничали, перезапустив отключившийся двигатель после того, как убедились с нашим верным Меггером, что «двигатель в порядке»

На самом деле, может существовать множество причин, вызывающих отключение двигателя, которое не будет обнаружено мегомметром, например, межвитковое замыкание.Пробой изоляции между отдельными витками обмотки может происходить внутри паза статора или в конце витка и быть полностью изолированным от земли. Таким же образом могут возникать межфазные короткие замыкания.

Если оставить эти неисправности без внимания, они могут привести к быстрому износу обмотки, что может привести к полной замене двигателя. Повторный запуск отключившегося двигателя следует рассматривать только после устранения этих неисправностей.

Поиск и устранение неисправностей электродвигателя, у которого есть подозрение на электрическую проблему, не должно приводить к заявлению: «Двигатель в порядке.”

Хотя кто-то с многолетним опытом и огромным авторитетом может обойтись без такого простого утверждения, большинство электриков не найдут такой же положительной реакции от своего руководителя, инженера или руководителя завода.

Чтобы достоверно сообщить об электрическом состоянии двигателя и убедиться, что к вашей рекомендации серьезно относятся, существует шесть областей интереса, известных как зоны неисправности, на которые следует обратить внимание при поиске и устранении неисправностей. Отсутствие любой из этих зон может привести к упущению проблемы и потере доверия к нашим навыкам.

Шесть зон электрического повреждения:

1. Качество электроэнергии

2. Силовая цепь

3. Изоляция

4. Статор

5. Ротор

6. Воздушный зазор

Качество электроэнергии

В последнее время качество электроэнергии привлекло всеобщее внимание из-за отмены государственного регулирования и популярности приводов переменного и постоянного тока. С дерегулированием конкуренция между коммунальными предприятиями усилила обеспокоенность штрафами за высокие уровни искажений.

Частотно-регулируемые приводы (VFD) и другие нелинейные нагрузки могут значительно увеличить уровни искажений напряжения и тока. Как можно минимизировать это искажение? Какое оборудование требуется, и является ли проблема чисто финансовой или оборудование находится под угрозой?

Во-первых, давайте разберемся, о чем мы на самом деле говорим, когда говорим о проблемах с качеством электроэнергии. Гармонические искажения напряжения и тока, скачки напряжения, несимметрия напряжения и коэффициент мощности — вот лишь некоторые из многих факторов, вызывающих беспокойство при обсуждении качества электроэнергии.Хотя все они важны, мы остановимся лишь на некоторых, начиная с гармонических искажений.

Гармонические искажения всегда звучат как такая глубокая концепция. Он станет более элементарным, если разложить его на основные основы. Наиболее частым упоминанием в этом разделе является полное гармоническое искажение (THD).

THD — это отношение среднеквадратичного содержания гармоник к среднеквадратичному значению основной величины, выраженное в процентах от основной гармоники.

Проще говоря, это среднеквадратичное значение сигнала без линейной частоты (основной). Идеальная синусоида с частотой 60 герц (Гц) будет иметь 0 процентов THD. Таким образом, все, кроме основной частоты линии (60 Гц), будет считаться гармоническим искажением.

Общие нелинейные (переключающие) нагрузки включают компьютеры, люминесцентное освещение и частотно-регулируемые приводы (VFD), как упоминалось ранее. Присутствие гармоник в системе распределения приводит к чрезмерному нагреву из-за повышенных требований по току.

Нагрузка, рассчитанная на 100 ампер при полной нагрузке, теперь может потреблять 120 ампер, если гармонические искажения высоки. Этот дополнительный ток может привести к повреждению изоляции и, возможно, к катастрофическому отказу. Избыточные гармоники нулевой последовательности будут собираться обратно в трансформаторе, что приведет к перегрузке и возможному выходу из строя.

Эти высокие токи нулевой последовательности возвращаются к источнику через нейтральную шину и, если они чрезмерны, могут вызывать значительное нагревание и даже возгорание. Чтобы избежать таких катастрофических событий, многие компании модифицируют свои системы распределения.

Установка k-трансформаторов, предназначенных для работы с большими нагрузками, генерируемыми гармониками, и увеличение размера их нейтрали в миле, чтобы приспособиться к более высоким уровням тока, являются двумя популярными видами деятельности.

Хотя эти усилия ничего не делают для уменьшения гармоник, они уменьшают риск отказа. Удаление гармоник требует установки фильтрующих механизмов, таких как фильтры нулевой последовательности.

Некоторые из новых частотно-регулируемых приводов, в которых используются IGBT, могут значительно превышать линейное напряжение менее чем за микросекунду.Старые системы изоляции класса B имеют низкую стойкость к такому быстрому нарастанию и могут очень быстро выйти из строя.

При использовании приводов настоятельно рекомендуется использовать двигатели, предназначенные для работы с инвертором. Чрезмерная длина кабеля между приводом и двигателем может вызвать несоответствие высокого сопротивления, которое способствует скачкам высокого напряжения в соединительной коробке двигателя. Изготовитель привода обычно указывает правильное расстояние между кабелями.

Общие рекомендации, указанные в таблице 3.3.1 IEEE 519-1992, рекомендуют менее 5% THD напряжения для систем, работающих при напряжении менее 69 киловольт. Они также рекомендуют, чтобы индивидуальные гармонические искажения напряжения составляли менее 3 процентов. На рисунке 1 показан пример недопустимого уровня искажения напряжения. Эти высокие уровни гармоник можно увидеть в сигнале напряжения в виде импульсов, движущихся на основной частоте (рисунок 2).

Рисунок 1

Высокие пятая и седьмая гармоники указывают на наличие 6-пульсного воздействия привода на систему распределения.Каждая из отдельных гармоник должна составлять менее 3 процентов от основной гармоники согласно IEEE 519-1992.

Рисунок 2

На рисунке 2 показан основной сигнал напряжения 60 Гц с 6 импульсами, возникающими на протяжении каждой синусоидальной волны. Это произошло из-за нефильтрованного 6-пульсного привода, подключенного к распределительной системе.

Силовая цепь

Что такое силовая цепь? Под силовой цепью понимаются все проводники и соединения, которые существуют от точки, в которой начинается испытание, до соединений на двигателе.Это могут быть автоматические выключатели, предохранители, контакторы, перегрузки, разъединители и наконечники.

Демонстрационный проект 1994 года по промышленным системам распределения электроэнергии показал, что соединители и проводники были источником 46 процентов неисправностей, снижающих КПД двигателей. Часто двигатель, изначально находящийся в отличном состоянии, подключается к неисправной силовой цепи.

Это вызывает такие проблемы, как гармоники, дисбаланс напряжения, дисбаланс тока и т. Д. По мере того, как эти проблемы становятся более серьезными, мощность вашего двигателя падает, вызывая повышение температуры и повреждение изоляции.

Этот двигатель заменяют много раз, и цикл отказа начинается снова. Как видно на рисунке 3, соединения с высоким сопротивлением, приводящие к дисбалансу напряжений, значительно уменьшат номинальную мощность в лошадиных силах.

Рисунок 3 Ссылка: NEMA Standards MG 1-14.35

Один из методов обнаружения соединений с высоким сопротивлением — это проверка межфазного сопротивления. На трехфазном двигателе три измерения сопротивления должны быть почти идентичными.Если все три показания одинаковы, резистивный дисбаланс составит 0 процентов. По мере того как одна или несколько фаз развивают высокое сопротивление, резистивный дисбаланс увеличивается, что указывает на неисправность.

Вот некоторые из механизмов неисправности, которые вызывают соединения с высоким сопротивлением:

Корродированные клеммы

Свободные кабели

Ослабленные шины

Зажимы предохранителей ржавые

Корродированные контакты

Открытые лиды

Проводники разного диаметра

Разнородные металлы

Рисунок 4

На рисунке 4 показаны три различные точки измерения сопротивления, которые можно использовать для определения фактического местоположения соединения с высоким сопротивлением.Положение X перед предохранителями. Если резистивный дисбаланс по-прежнему высок, вы можете перейти в положение Y после контактора. Если дисбаланс все еще очевиден в положении Y, тестирование в клеммной коробке двигателя, положение Z, изолирует двигатель от силовой цепи и определит, какая область является проблемной.

Состояние изоляции

Имеется в виду изоляция между обмотками и землей. Высокие температуры, возраст, влажность и загрязнение приводят к сокращению срока службы изоляции.Было сказано, что если бы заводы просто использовали имеющиеся обогреватели, чтобы сохранить изоляцию сухой, то удвоение срока службы наших двигателей не исключалось бы.

Системы изоляции сегодня лучше, чем когда-либо, и способны выдерживать все более высокие температуры без значительного сокращения срока службы. Однако мы все еще ищем способы разрушить нашу изоляцию намного раньше, чем следовало ожидать.

Имейте в виду, что, хотя изоляция часто бывает повреждена, на эту зону повреждения сильно влияют другие проблемы.Силовая цепь для одного может сильно повлиять на изоляцию. Если перед двигателем имеется соединение с высоким сопротивлением, которое развивается лучше, чем 5-процентный дисбаланс напряжения, и мы продолжаем работу двигателя с его нормальной номинальной мощностью, мы увидим сокращение срока службы изоляции.

Токи обратной последовательности, создающие вращающиеся магнитные поля в противоположном направлении, не только уменьшат крутящий момент, но и могут позволить температуре выйти из-под контроля и превысить даже предел в 150 градусов Цельсия в ваших изоляционных системах класса F.

Была ли система изоляции настоящей причиной отказа двигателя или это был всего лишь симптом? Легко диагностировать явное нарушение изоляции как механизм неисправности, но это повторится снова с другим двигателем, если проблема не будет устранена. Тогда каково будет объяснение?

Опять же, тестирование с помощью Megger не расскажет вам всего, но это хорошее начало, когда дело доходит до тестирования изоляции. Когда дело доходит до ограничений IEEE (Института инженеров по электротехнике и электронике) на сопротивление заземлению, люди часто упускают из виду ссылку на 40 ° C.

Простое тестирование мегомметром без учета температуры приведет к сопротивлению показаниям заземления, которые сильно колеблются от высоких до низких значений в зависимости от температуры обмоток. Температурная коррекция показаний не только будет соответствовать требованиям тестирования IEEE, но и даст гораздо лучшую тенденцию, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5

Мы должны понимать, что попадание влаги может привести к тому, что показания с поправкой на температуру будут неверными.Убедитесь, что нагреватели находятся под напряжением, когда двигатель не работает, чтобы этого не произошло.

Испытанием на изоляцию, которое выпало из внимания, является испытание индекса поляризации. Применение постоянного напряжения постоянного тока в форме теста мегомметром в течение 10 минут приведет к постепенному увеличению показания сопротивления заземления (RTG).

Это результат зарядки системы изоляции, как у конденсатора, что приводит к уменьшению тока поглощения.По закону Ом, I (ток) = V (напряжение) / R (сопротивление). Следовательно, уменьшение этого тока поглощения должно приводить к увеличению сопротивления.

Если мы возьмем 10-минутный РИТЭГ и разделим его на 1-минутный РИТЭГ, IEEE сочтет приемлемым значение 2,0 или выше. К сожалению, двигатели с нестабильной системой изоляции могут давать значения, близкие или превышающие 2,0, но все же неисправны.

Рисунок 6

На рисунке 6, когда 10-минутное показание (примерно 600 МОм) разделено на минутное показание (примерно 300 МОм), результат равен 1.94. Это почти соответствует спецификации IEEE как хорошая система изоляции и, вероятно, будет принято в полевых условиях. Однако вы можете видеть, что эта система изоляции очень нестабильна. Всегда смотрите на профиль PI, а не только на индекс.

Ограничивающим фактором при испытании сопротивления постоянному току относительно заземления является то, что сигнал постоянного тока во многих случаях не дает наилучшей оценки истинного состояния изоляции. Изоляция двигателя — это естественный диэлектрический материал.

Следовательно, это плохой проводник постоянного тока.Это хорошо, потому что вы не хотите чрезмерной утечки на землю, но плохо, потому что система изоляции в ухудшенном состоянии может занять немного больше времени для идентификации с помощью сигнала постоянного тока или мегомметра. Однако переменный ток не позволяет диэлектрику заряжаться и намного легче проходит через диэлектрик.

Это хорошо, потому что позволяет использовать сигнал переменного тока для гораздо более раннего выявления ухудшения изоляции, и плохо, потому что он может быть разрушительным, как в случае с AC Hi-Pot. Однако испытания емкости на землю при низком напряжении являются неразрушающими и очень хорошими ранними индикаторами режимов деградации в ваших изоляционных системах.Эти значения будут считываться в пикофарадах (пФ), и их можно будет эффективно изменять с течением времени.

Состояние статора

Что такое статор? Когда мы упоминаем статор, мы имеем в виду обмотки постоянного или трехфазного переменного тока, изоляцию между витками обмотки, паяные соединения между катушками и сердечником статора или пластинами.

Одной из распространенных неисправностей обмоток двигателя является межвитковая неисправность. Это происходит, когда изоляция между двумя витками одной и той же катушки разрушается и снижает способность катушки создавать сбалансированное магнитное поле.

Несбалансированные магнитные поля приводят к вибрации, которая затем может вызвать ухудшение изоляции, а также выход подшипников из строя. Локальный нагрев вокруг короткого замыкания также может распространяться на другие катушки, что приводит к замыканию между катушками.

Чрезмерный нагрев в конечном итоге не только разрушит обмотки двигателя, но также повредит изоляцию между слоями сердечника статора.

Еще одна неисправность, которая может возникнуть в обмотках двигателя, — это межфазное замыкание.Это происходит в результате разрыва изоляции между двумя отдельными фазами, обычно лежащими рядом друг с другом в одном и том же слоте.

Более высокая разность потенциалов приводит к очень быстрому ускорению неисправности. Пазовая бумага устанавливается между разными фазами в одном и том же слоте, чтобы уменьшить возможность утечки между фазами.

Межвитковое или межфазное короткое замыкание может происходить много раз, не вызывая немедленного замыкания на землю. По этой причине тестирование с использованием только мегомметра для профилактического обслуживания или после отключения двигателя может не выявить неисправность.

Это может привести к тому, что небольшой сбой обмотки может перерасти в серьезный катастрофический отказ. Необратимое повреждение сердечника может потребовать замены всего двигателя.

Тестирование статора может быть выполнено путем подключения непосредственно к двигателю, а также подключения к MCC. Во время теста в двигатель посылаются высокочастотные сигналы переменного тока. Эти сигналы создают магнитные поля вокруг обмоток, которые должны быть согласованы между фазами.

Затем измерение индуктивности для каждой фазы сравнивается с другими фазами и вычисляется индуктивный дисбаланс.Этот дисбаланс за вычетом влияния ротора используется для сравнения способности каждой из фаз создавать сбалансированное магнитное поле.

Также во время теста в двигатель посылаются сигналы постоянного тока. По этим сигналам измеряется фактическое сопротивление обмотки или обмоток. Три значения сопротивления трехфазного асинхронного двигателя сравниваются и рассчитываются для получения резистивного дисбаланса. Если этот дисбаланс превышает заданный уровень, в паяных соединениях между катушками могут существовать соединения с высоким сопротивлением.

Существует два основных типа конфигураций обмотки статора. Первый соединен звездой (или «Y»), а второй — треугольником. Чтобы более полно понять, о чем говорят показания индуктивности, может помочь простое понимание конфигурации обмотки.

Рисунок 7

Обмотка Y-образной конфигурации с межвитковым замыканием приведет к двум показаниям низкой индуктивности и одному показанию высокой индуктивности, если смотреть на межфазную индуктивность.

Рисунок 8

Обмотка треугольной конфигурации с межвитковым замыканием приведет к одному показанию низкой индуктивности и двум показаниям высокой индуктивности при рассмотрении межфазной индуктивности.

Состояние ротора

Это относится к стержням ротора, пластинам ротора и концевым кольцам ротора. В 1980-х годах совместные усилия EPRI и General Electric показали, что 10 процентов отказов двигателей происходят из-за ротора.Ротор, хотя и составляет небольшой процент проблем с двигателем, может повлиять на выход из строя других зон неисправности.

Когда двигатель запускается со сломанной или треснутой штангой ротора, вокруг места разрыва выделяется сильное тепло. Это может распространиться на другие стержни ротора и разрушить изоляцию вокруг соседних пластин. Это также может повлиять на другие части двигателя. Что находится всего в нескольких миллиметрах от ротора? Статор!

Изоляция статора не выдерживает сильного нагрева, выделяемого сломанной штангой ротора, и со временем выйдет из строя.К сожалению, во многих случаях сломанные стержни ротора нелегко увидеть без технологий, и их можно не заметить как первопричину поломки. Это приведет к перемотке двигателя и замене подшипников, но не к ремонту ротора. Когда двигатель возвращается в эксплуатацию, он снова сталкивается с той же проблемой, только с новой изоляцией, которую необходимо разрушить.

Одним из методов проверки состояния ротора является проверка влияния ротора (RIC). RIC — это испытание, выполняемое на асинхронных двигателях переменного тока, синхронных двигателях и двигателях с фазным ротором, которое демонстрирует магнитную связь между ротором и статором.Это соотношение указывает на состояние ротора и воздушного зазора внутри двигателя.

Проверка влияния ротора выполняется путем вращения ротора с определенными приращениями (определяемыми числом полюсов) над однополюсной группой и записью изменений в измерениях индуктивности для каждой фазы трехфазного двигателя. Для надлежащего разрешения рекомендуется 18 измерений индуктивности на группу полюсов. Чтобы определить количество полюсов в двигателе, используйте следующее уравнение.

F = NP / 120

F = Частота линии (обычно 60 Гц в U.С.)

N = Скорость двигателя в об / мин

P = количество полюсов

Пересчитано: P = 7200 / об / мин

Пример: сколько полюсов будет у двигателя с паспортной табличкой RPM = 1780?

Р = 7200/1780

= 4 полюса

Без исторических данных необходимо выполнить RIC, чтобы получить любую информацию о стандартном индукционном роторе с короткозамкнутым ротором.Такие неисправности, как сломанные стержни ротора или поврежденные пластины, могут существовать даже при низком балансе индуктивности. Если вы основываете решение выполнить RIC только на том, насколько высок баланс индуктивности на базовом тесте, вы можете упустить из виду поздние стадии дефекта стержня ротора.

Рисунок 9

На рисунке 9 показаны ожидаемые изменения индуктивности для ротора с сломанными стержнями ротора. Обратите внимание на нестабильные значения индуктивности на пике синусоидальных волн для каждой фазы.Сломанные стержни ротора вызывают перекос магнитного поля, создаваемого стержнями ротора и вокруг них. У нормального ротора не было бы перекоса или беспорядочного рисунка индуктивности, как показано на Рисунке 10.

Рисунок 10

Взаимосвязь ротора и статора

Это соотношение относится к воздушному зазору между ротором и статором. Если этот воздушный зазор неравномерно распределен вокруг двигателя на 360 градусов, могут возникнуть неравномерные магнитные поля. Эти магнитные дисбалансы могут вызвать движение обмоток статора, что приведет к повреждению обмотки, и электрически индуцированные вибрации, что приведет к выходу из строя подшипников.Неправильное соотношение между ротором и статором также называется эксцентриситетом.

Рисунок 11

Первый тип называется статическим эксцентриситетом. На рисунках 11 и 12 показаны примеры того, как выглядит статический эксцентриситет, физически и индуктивно. Этот тип эксцентриситета вызван такими проблемами, как смещение концевой втулки или низко расположенный вал в подшипнике. Физический результат состоит в том, что вал всегда находится в одном и том же месте вне электрического центра.

Рисунок 12

Результатом индукции является изменение пиков синусоидальной волны, как показано на рисунке 12.

Рисунок 13

Второй тип эксцентриситета называется динамическим эксцентриситетом. Это приводит к тому, что ротор не остается на одном месте, а может двигаться в пространстве статора, как показано на Рисунке 13.

Индуктивный результат — это движение всех трех значений индуктивности вверх или вниз, в зависимости от того, какая фаза ближе всего к ротору при данном градусе вращения.Это показано на Рисунке 14.

Рисунок 14

В заключение, термина «Мотор в порядке» недостаточно для того, чтобы к нам относились серьезно и чтобы была проведена истинная оценка состояния мотора. Если решение о том, что делать в случае устранения неполадок или диагностики, зависит от вас, посмотрите на всю картину. По возможности не принимайте быстрых решений.

Разбейте систему на отдельные зоны разлома, полностью протестируйте каждую зону разлома с использованием всех доступных вам технологий и, наконец, сделайте свои рекомендации в письменной или устной форме, используя терминологию, используемую при анализе зон разлома, чтобы выразить вашу уверенность и возможности.

Об авторе:

Ной Бетел в настоящее время отвечает за разработку новой и существующей технологии PdMA для корпорации PdMA. Он выпускник Университета штата Нью-Йорк и Школы и учебного центра по ядерной энергии ВМС. Для получения дополнительной информации посетите www.pdma.com.

Как добраться до сути проблем статора вашего генератора

Сонни Джеймс

Сертифицированный инфракрасный термограф, уровень III, владелец, старший инструктор, управляющий директор

NDE Институт Тринидад Лтд./ ООО «Термодиагностика»

15 Robertson Street, Les Efforts East, Сан-Ферандо, Тринидад и Тобаго, Вест-Индия
Тел .: 868-653-9343 / 868-657-6572

www.learnndt.com

www.tdlir.com

[email protected]
[wdgpo_plusone show_count = ”yes”]

---

Абстрактные

Состояние сердечников статора генератора электростанции является важным фактором при проведении ремонтных работ на генераторе.Время простоя генератора должно быть сведено к минимуму, и перед запуском не должно быть места для ошибок или непредвиденных проблем. Перед повторной сборкой и вводом в эксплуатацию блока необходимо обязательно найти все участки сердечника статора, которые могут привести к преждевременному выходу из строя. В этой статье будет обсуждаться несколько тематических исследований, в которых тесты контура с использованием термографии и ELCID проводились на сердечниках статора газового и парогенератора с целью выявления расслоений и коротких замыканий обмоток. В этом документе также обсуждаются методы ремонта и повторных проверок, которые были выполнены после выявления проблем.

С термографическими изображениями фактических неисправностей сердечника статора как до, так и после ремонта и сравнениями с тестированием ELCID, этот документ принесет пользу всем в области технического обслуживания и проверки генератора. Он также служит хорошим учебным пособием для термографистов, желающих выполнять услуги такого типа.

Введение

В производстве электроэнергии электрический генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.Это возможно из-за электромагнетизма или электромагнитной индукции. Проще говоря, изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле. Итак, для выработки электричества вам обычно требуется механическая сила для создания изменяющегося магнитного поля, которое будет генерировать электрическое поле, которое заставляет электроны в обмотках генератора проходить через внешнюю электрическую цепь.

Вы можете представить себе электрический генератор и его привод как противоположность комбинации двигателя и насоса.Например, на технологическом предприятии электричество обеспечивает мощность, необходимую для вращения двигателя, путем получения электрической энергии и преобразования ее в изменяющуюся магнитную энергию через ротор и статор. Затем эта магнитная сила преобразуется в механическую силу (кинетическую энергию), которая вращает рабочее колесо насоса, который всасывает и выталкивает воду или жидкость наружу.

В примере с гидроэлектростанцией мы начинаем с механической силы движущейся воды, которая вращает турбину, а турбина вращает генератор.Генератор принимает эту механическую силу и преобразует ее в изменяющуюся магнитную силу. Эта изменяющаяся магнитная сила генерирует электрическое поле, и вуаля.
Помимо воды, существуют другие движущие силы, используемые для вращения генератора, такие как паровые, газовые и ветряные турбины.

Ключевым элементом генератора является статор. Статор состоит в основном из обмоток и стального сердечника.

В железном сердечнике могут возникать потери в сердечнике из-за выхода из строя обмотки, старения и износа из-за нагрева.Стальные сердечники изготовлены из тонких листов многослойной стали. Эти листы могут «закоротиться» или соединиться вместе при выходе из строя обмоток, подшипников и общем ухудшении изоляции. Это ухудшение ускоряется повышением температуры. Отказ обмотки может привести к сварке или образованию дыр в сердечнике.

Статоры генератора

очень дороги, их нелегко или быстро заменить или отремонтировать. Таким образом, при каждом ремонте статора в интересах владельца убедиться, что все ремонтные работы выполнены правильно и что все критические короткие замыкания обнаружены и устранены, прежде чем агрегат будет снова собран и снова введен в эксплуатацию.

Технологии контроля качества

Двумя чрезвычайно полезными технологиями тестирования, используемыми для контроля качества ремонта статора, являются тесты контура (кольцевые испытания потока) с помощью термографии и электромагнитного детектора дефектов сердечника или ELCID. У обоих есть свои преимущества, а также свои ограничения, и поэтому они идеально дополняют друг друга.

Проверка контура включает возбуждение сердечника статора или его индукцию до полного номинального магнитного потока генератора или около него с помощью нескольких витков изолированной обмотки высокого напряжения через отверстие и вокруг статора.Этот индуцированный поток создает токи короткого замыкания, подобные тем, которые возникают при работе генератора. При наличии коротких замыканий это приведет к локальному нагреву. Этот локальный нагрев можно затем увидеть с помощью тепловизора, точно определив место ремонта.

Во время этого испытания следует проявлять осторожность, чтобы не вызвать скачков температуры, которые могут вызвать дальнейшее повреждение сердечника статора.

Изображения, показывающие установку для испытания контура через сердечники статора

Обнаружение дефектов электромагнитного сердечника (ELCID) Тест был разработан как способ быстрого тестирования машин, в которых источник высокой мощности не был доступен или считался слишком рискованным.В тесте ELCID используется обмотка возбуждения с очень низким уровнем магнитного потока, которую технический специалист может сканировать поверх пластин. Ток короткого замыкания обнаруживается с помощью электромагнитных средств, а реакция отображается на экране измерителя или осциллографа.

Изображения, показывающие тестирование и оборудование ELCID

Хотя ELCID считается более простым средством проверки целостности сердечников статора, чем традиционный тест контура, я обнаружил много случаев, когда критические короткие замыкания остаются незамеченными.Основная причина в том, что этот тип тестирования требует много времени, утомителен и зависит от навыков и внимательности специалиста. Кроме того, из-за более низких уровней магнитного потока некоторые короткие замыкания не создают ток короткого замыкания, который может быть обнаружен прибором.

По этой причине я обнаружил, что всегда лучше использовать обе технологии вместе в тактической манере. ELCID сначала; отремонтируйте найденные шорты и завершите тестом петли с термографией, чтобы найти области, пропущенные ELCID.Дополнительное время и стоимость выполнения обоих тестов намного перевешивают стоимость и время простоя в результате перегорания статора из-за пропущенных коротких замыканий.

Пример использования № 1

Тип генератора: Размер сердечника Плотность потока,% от макс .:

Hitachi Паротурбинный генератор мощностью 69 МВт (Тип: TFLH) 12,8 ‘x 3,25’ (длина x диаметр) > 90%

Этот конкретный статор совсем недавно вышел из строя, что привело к выгоранию ряда железных блоков, расположенных в нижней части статора со стороны турбины.

Заказчик нанял стороннюю ремонтную фирму для проведения всех необходимых ремонтов этого статора.

Перед термографической съемкой поврежденный участок активной зоны был отремонтирован и испытан с помощью ELCID.

Петлевой тест с термографией (после тестирования и ремонта ELCID)

Изображение, показывающее испытательную установку контура со стороны турбины и возбудителя

Изображения, показывающие горячие точки из-за короткого замыкания (пропущены тестом ELCID)

Пример использования № 2

Тип генератора: Размер сердечника Плотность потока,% от макс .:

Газотурбинный генератор мощностью 60 МВт (Brown Boveri Turbomachinery) 9 ‘x 3.5 ’(длина x диаметр) Прибл. 85%

В данном конкретном статоре произошел отказ, в результате чего выгорела серия железных блоков, расположенных по всей стороне статора турбины.

Заказчик нанял стороннюю ремонтную фирму для проведения всех необходимых ремонтов этого статора.

Перед термографической съемкой поврежденные участки активной зоны были отремонтированы и протестированы с помощью ELCID.

Первоначальный контурный тест с термографией (после тестирования и ремонта ELCID)

Изображение, показывающее испытательную установку контура со стороны турбины и возбудителя

Изображения, показывающие горячие точки из-за короткого замыкания (пропущены тестом ELCID)

Выполненные ремонтные работы

Шорты в слоях можно легко отремонтировать, пытаясь аккуратно отделить слоистые слои с помощью ножа или другого подходящего инструмента или шлифуя короткую область шлифовальной машиной для карандашей, оставаясь при этом в допустимых пределах.

Тест второго контура с термографией после ремонта

Изображения, показывающие горячие точки из-за короткого замыкания (пропущены тестом ELCID)

Заключение

Использование термографических изображений — бесценный инструмент для поиска критических обмоток сердечника статора и коротких замыканий. Хотя в некоторых странах и отраслях промышленности использование тестирования ELCID может быть предпочтительным методом из-за использования низких уровней флюсирования, использование только одной технологии тестирования не рекомендуется, что ясно видно из приведенных выше тематических исследований.Тестирование контура с помощью термографии следует строго рассматривать как дополнение к ELCID (а не замену) для обеспечения надлежащего контроля качества ремонтных работ статора генератора. Термографическое изображение сердечников статора выполняется чрезвычайно быстро, эффективно и очень экономично.

Поскольку термографические изображения представляют собой постоянные записи, которые можно сохранять и радиометрически анализировать в любое время, они также могут выступать в качестве измеримого средства документирования качества статора генератора перед его повторным вводом в эксплуатацию.Это дополнительное преимущество по сравнению с ELCID делает его полезным для анализа тенденций, а также для предотвращения сбоев и потерь из-за прерывания бизнеса.

Не упустите свои «основные» цели! Термография имеет смысл!

Список литературы

Тестовое изображение ELCID: SIM International, Торонто, ON M9R 1T2, Канада, www.siminternational.ca

Изображение испытательного оборудования ELCID: Maine Industrial Repair Services, Inc, Augusta, ME 04330, USA, www.maineindustrial.com

[wdgpo_plusone show_count = ”yes”]

(PDF) Влияние сварки сердечника статора на индукционную машину — Измерения и моделирование

50100200300400450

Напряжение питания (В)

0

100

200

300

400

Статор Потери в сердечнике (Вт)

Несваренные (Сим.)

Сварные (Сим.)

Сварные (Измерения)

Рисунок 7: Моделированные и измеренные потери в сердечнике статора при испытании макета

Установка

при 50 Гц и других напряжения питания.

Рисунок 8: Распределение плотности потока при питании 400 В и 50 Гц.

у.е. Относительно высокая погрешность в измеренных значениях при

,

, 400 В и 450 В может быть результатом ограниченного диапазона

измерений кольцевого сердечника при вычислении коэффициента потерь-

cients. Измерения сердечника кольца выполняются до

с плотностью магнитного потока 1,5 Тл. Однако при 400V205

(номинальное) и 450V (завышенное) плотность магнитного потока

наблюдалась в диапазоне 1.8 T, особенно в зубцах статора

, как показано на рис. 8.

4. Заключение и обсуждение

В этой статье исследуется влияние сварки сердечника в электрических машинах. Сварка сердечника выполняется в составе

производства электрических машин. Кольцевой сердечник

Измерения

на несварных и сварных листах выполняются при выполнении

, которые показывают значительное влияние на измеренную проницаемость

и потери в сердечнике. Кроме того, поскольку результаты simula-215

для асинхронного двигателя 37 кВт показывают, что потери в сердечнике статора

больше всего влияют на сварной шов, был изготовлен макет испытательной установки для измерения

. потери в сердечнике статора.Как измерения, так и моделирование

приводят к увеличению потерь в сердечнике статора примерно на 10 %220

исследуемого двигателя. Действительно, сложно обобщить эффект сварки на

аппаратах с различными номинальными мощностями, топологиями и методами сварки. Однако, поскольку значительное влияние сварки наблюдается в типичном промышленном двигателе в этом исследовании325

, это должно побудить исследовательское сообщество продолжить изучение этой сложной и важной области

исследований.В идеале это должно быть сделано путем измерения и моделирования сварочного эффекта на локальном уровне

, а не на глобальном уровне, как это было сделано в данном исследовании230

Благодарности

Эта исследовательская работа финансируется из Научно-исследовательский совет Eu-

при Европейских союзах

Седьмая рамочная программа (FP7 / 2007-2013) /

Соглашение о гранте ERC n. 339380 и NWO-Vlaio235

, проект IWT 150457 «Высокопроизводительные, высокоскоростные электрические приводы

».

Ссылки

[1] T. T. Osamu Nakazaki, Yuichiro Kai, M. Enokizono, Iron loss

свойства практического сердечника статора вращающейся машины на каждой стадии производства 340

, INT. J. APPL. ЭЛЕКТРОМ. 33 (2010) 79

— 86 (2010).

[2] A. Schoppa, J. Schneider, C.-D. Вупперманн, Влияние производственного процесса

на магнитные свойства электротехнических сталей, не ориентированных на

, J. Magn. Magn. Матер. 215-216 (2000) 245

74 — 78 (2000).

[3] Й. Чжан, Х. Ван, К. Чен, С. Ли, Сравнение лазерной и тигровой сварки

ламинированных электротехнических сталей, J. Mater. Процесс. Тех-

нол. 247 (2017) 55 — 63 (2017).

[4] А. Крингс, С. Натех, О. Уоллмарк, Дж. Сулард, Влияние сварочного процесса 250

на характеристики бесшумных электродвигателей с постоянным током с пластинами статора

с решеткой и ножом, IEEE Trans. Ind. Appl. 50 (1)

(2014) 296–306 (январь 2014).

[5] П. Хандгрубер, А.Stermecki, O.B´

ır´

o, G. Ofnery, Оценка межслойных вихревых токов

в индукционных машинах, в: IECON255

2013 — 39-я ежегодная конференция IEEE Industrial Electron-

ics Society, 2013 г., стр. 2792–2797 (ноябрь 2013 г.).

[6] Х. Ван, Я. Чжан, Моделирование вихретоковых потерь сварных электротехнических сталей

, слоистых пластин, IEEE Trans. Ind. Electron. 64 (4)

(2017) 2992–3000 (апрель 2017). 260

[7] M.-J. Дж. Гуй-Ю Чжоу, Хэ Хао, Ж.-Х. Шен, Влияние стопорных дюбелей inter-

на потери в сердечнике двигателя, COMPEL 35 (2) (2016)

808–820 (2016).

[8] К. Бурш, А. Стенинг, Дж. Сулар, А. Броддефальк, М. Лин-

denmo, М. Даль

en, Ф. Гилленстен, Количественная оценка эффектов резки 265

и сварки магнитные свойства электротехнических сталей, IEEE

Trans. Ind. Appl. 53 (5) (2017) 4269–4278 (сентябрь 2017 г.).

[9] A. Schoppa, J.Шнайдер, К.-Д. Вупперманн, Т. Бакон, Влияние сварки и склеивания пластин на магнитные свойства неориентированных электротехнических сталей, J. Magn. Магн. 270

Mater. 254-255 (2003) 367-369, материалы 15-й Международной конференции по мягким магнитным материалам (SMM15)

(2003).

[10] M.C. Marion-Pera, A. Kedous-Lebouc, T. Waeckerle, B.Cor- ​​

Гайка

, Характеристика листовой изоляции SiFe, IEEE Trans.275

Магн. 31 (4) (1995) 2408–2415 (июль 1995).

[11] M. Hofmann, H. Naumoski, U. Herr, H. Herzog, Magnetic prop-

свойства листов электротехнической стали в отношении резки: Micromag-

Сетевой анализ и макромагнитное моделирование, IEEE Trans. Magn.

52 (2) (2016) 1–14 (февраль 2016) .280

5

Проблемы с током подшипников: причины, симптомы и решения

Подавляющее большинство отказов подшипников в электродвигателях и оборудовании с приводом от электродвигателей происходит по механическим и термическим причинам.Однако токи, протекающие через подшипники асинхронного двигателя, также могут вызвать преждевременный выход подшипников из строя.

В двигателях с поперечным приводом связанные с током отказы подшипников могут происходить из-за протекания тока, генерируемого внутри двигателя. Все более широкое использование частотно-регулируемых приводов (VSD) в промышленных и коммерческих электродвигателях также является источником протекания тока через подшипники. Следует отметить, что индуцированные инвертором токи в подшипниках и преждевременные отказы подшипников возникают в относительно небольшом проценте установок и применений.Тем не менее, если вы однажды столкнетесь с проблемой, лучше разбираться в теме. Давайте подробно рассмотрим эти области применения моторных систем.

Электродвигатели с прямым приводом

Наиболее частой основной причиной нежелательных подшипниковых токов в двигателях с синусоидальным приводом является переменный магнитный поток, который является результатом асимметричных магнитных свойств статора или сердечника ротора.

Фиг.1. В этом двигателе с синусоидальным приводом, подшипниковые токи
возникает из-за изменяющегося во времени магнитного потока, окружающего вал двигателя.

Электросталь не является полностью однородной, поэтому пути потока в двигателе не полностью симметричны. Асимметричный поток через сталь приводит к изменяющимся во времени магнитным линиям, охватывающим вал. Это может пропускать ток вниз по валу к подшипникам, через раму и обратно через подшипники, как показано на Рис. 1 выше.

Результирующий ток не локализуется в подшипниках. Фактически, вы можете измерить его управляющее напряжение на двигателях, по крайней мере, с одним подшипником, который электрически изолирован от корпуса двигателя.

Вы можете получить наихудшую оценку тока подшипника, вызванного этим явлением, измерив сквозной ток вала в соответствии с методом, подробно описанным в IEEE-112-2004, «Стандартная процедура испытаний IEEE для многофазных асинхронных двигателей и генераторов», параграф. 8.3, Ток и напряжение на валу.Вы можете решить эту проблему с током в подшипниках, изолировав один подшипник. Тем самым вы нарушите текущий путь.

Системы моторных приводов с инверторным питанием

Для двигателей с инверторным приводом вам необходимо четкое представление о путях прохождения высокочастотного тока от клемм двигателя обратно к инвертору и к земле. Только тогда вы сможете определить потенциальные текущие проблемы подшипников и способы их устранения.

Двигатели, питаемые от инверторов источника напряжения с быстродействующей широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), испытывают высокочастотные импульсы напряжения относительно земли двигателя.На этих частотах (до нескольких мегагерцовых переходов) емкостные токи могут протекать по путям, которые обычно считаются изоляторами. Фактически, токи могут проходить через изоляцию магнитного провода, гильзы пазов статора, воздушные зазоры двигателя, смазку подшипников и верхние стержни пазов статора.

Подшипниковые токи от синфазного напряжения

Для инверторов источника напряжения или тока синфазное напряжение (CMV) содержит высокие скорости изменения напряжения во времени (высокое dV / dt), поэтому его частотная составляющая может находиться в диапазоне МГц.

Синфазные токи (I) создаются из-за емкостной связи CMV, поскольку I = C × dV / dt, где «C» — это емкость элемента схемы синфазного режима. Через эту емкостную связь между обмоткой статора двигателя и землей проходит множество потенциальных путей тока, многие из которых считаются изоляторами.

Рис. 2. Через этот двигатель с инверторным приводом могут протекать четыре типа подшипниковых токов.

Рис.2 выше показана система двигателя с инверторным приводом, в которой инвертор подключен к двигателю через экранированный кабель, а нагрузка подключена к валу двигателя через токопроводящую муфту. Двигатель, экран кабеля, инвертор и нагрузка имеют электрическое заземление, обозначенное стрелками, направленными вниз. Все эти земли каким-то образом соединены вместе (хотя и не через нулевое сопротивление). Также показаны пути тока с емкостной связью. Высокое значение dV / dt, создаваемое в обмотке статора, связано емкостным образом с сердечником и рамой статора, а также с ротором.

Путь тока муфты статора к ротору (красный) соединяется с ротором через воздушный зазор, с обратным каналом через подшипники двигателя, соединение заземления двигателя и, наконец, ведомое заземление. Ток через подшипник является следствием двух явлений: тока проводимости и тока разряда.

Ток проводимости может протекать через подшипник двигателя, если вал случайно закорочен на раму (например, из-за контакта шариков подшипника) в момент, когда в CMV происходит переход dV / dt.Разрядный ток также может возникать, когда напряжение на масляной пленке подшипника превышает напряжение пробоя пленки.

Вы не сможете измерить этот емкостной ток, если у вас нет двигателя со специальными инструментами, поскольку весь путь тока проходит внутри двигателя.

Путь тока от ротора к валу (зеленый) также обусловлен емкостной связью тока от обмотки статора к ротору через воздушный зазор. Этот ток находит путь, который проходит через токопроводящую муфту и, по крайней мере, через один несущий элемент, к заземлению нагрузки и к ведомому заземлению.Токи проводимости и разряда также могут возникать при зеленом пути тока, только теперь проводящее или изолирующее состояние несущего элемента будет определять тип протекания тока.

Путь тока между обмоткой статора и рамой / валом (золотой) — это емкостный ток между обмоткой статора и рамой. Этот ток протекает через изоляцию обмотки статора, которая обладает емкостной проводимостью на высоких частотах. При плохом соединении высокочастотного заземления между двигателем и инвертором этот ток также будет протекать через корпус двигателя, подшипник двигателя, вал двигателя, токопроводящую муфту, нагрузочный подшипник, заземление нагрузки и, наконец, на ведомую землю.Ток между обмоткой статора и рамой / валом может привести к серьезным повреждениям несущей конструкции или, для некоторых типов муфт, самой муфты. Этот ток можно измерить, надев высокочастотный датчик тока на вал двигателя.

Ток через этот путь может повредить двигатель и подшипники нагрузки, а также муфту двигателя с нагрузкой. Этот путь тока также будет включать токи из-за переходной разницы напряжений между корпусом двигателя и приводимым в действие оборудованием.

Чтобы уменьшить повреждение подшипников, предпочтительный путь (синий) для всех этих токов — это путь обмотки статора к земле. Здесь ток не течет через двигатель или подшипники нагрузки.

Цели измерения для текущей идентификации подшипников

Метод, который вы используете для уменьшения или устранения повреждающих токов в подшипниках, зависит от того, какой путь является преобладающим в конкретном приложении. Некоторые измерения напряжения и тока, а также тщательные методы измерения могут помочь вам определить источники тока в подшипниках и, в некоторых случаях, путь этого потока.

Однако измерение подшипниковых токов может вызвать серьезные проблемы. Большая часть трудностей связана с тем, что практически невозможно разместить преобразователь в той части подшипника, где на самом деле протекает ток. Кроме того, ток может быть коротким импульсом, похожим на разряд конденсатора. Таким образом, вам придется полагаться на методы, которые обеспечат понимание симптомов потенциальных текущих проблем подшипников.

Ключевой целью любого измерения является разделение любых подшипниковых токов путем идентификации типа и источника.По сути, каждый тип подшипникового тока имеет свое измерение и интерпретацию. Чтобы проверить токи в подшипниках «разрядного типа», вы можете измерить напряжение между валом и землей, измерив напряжение на подшипниках двигателя.

Вы можете измерить токи выравнивания потенциалов земли, измерив ток на удлинении вала двигателя.

Наконец, вы можете выполнить вторичную проверку токов заземления, измерив синфазный ток, который поступает в двигатель на проводах питания, одновременно наблюдая за токами в заземляющем проводе двигателя.

Хотя для измерения мощности ШИМ вы должны использовать приборы, способные работать на высокой частоте, ваша «методика тестирования» не менее важна. Выбор кривой, которую вы будете использовать для запуска осциллографа, а также типа запуска и уставки, может значительно изменить записанные формы сигналов.

Поскольку типично документировать сигналы с наибольшей амплитудой (токи и напряжения), вам следует настроить запуск вашего осциллографа для обнаружения этих сигналов.Распространенной техникой является использование запуска по постоянному току, установка достаточно высокого уровня запуска, чтобы запуск не происходил изначально. Затем вы должны постепенно снижать уровень запуска, пока запуск не произойдет лишь изредка. Поскольку сигналы на самом деле не повторяются, вы должны снимать показания с каждым из желаемых сигналов, обеспечивающих функцию «триггера».

Тот факт, что сигналы не идентичны от импульса к импульсу, также означает, что вам следует изучить возможности вашего прицела для условий «одиночного выстрела», а не повторяющейся полосы пропускания.Хотя у вас может возникнуть соблазн попытаться отобразить полный фундаментальный цикл на вашем осциллографе, длинная запись, которую он представляет, снизит фактическую частоту дискретизации (и, следовательно, полосу пропускания) для измерения. Типичное измерение временной развертки может находиться в диапазоне от 5 микросекунд на деление до 200 микросекунд на деление.

Текущие методы восстановления подшипников

Доступен ряд опций для уменьшения или исключения текущих потоков, показанных на рис.1 и 2, соответствие каждого из них зависит от типа и источника обнаруженного тока подшипников.

Таблица перечисляет текущие методы исправления подшипников для различных путей тока. Каждая строка в таблице соответствует типу вала и току подшипников. Каждый столбец представляет собой потенциальное решение. Знак «X» в таблице указывает на то, что данное средство само по себе уменьшит или устранит повреждение подшипника из-за этого конкретного компонента тока подшипника. Если вы ожидаете, что в одном приложении будет несколько текущих путей, вам нужно будет использовать несколько методов исправления.

Обратите внимание, что в списке не указана конструкция двигателя или метод установки системы, который позволил бы устранить все текущие компоненты подшипников. Также обратите внимание, что некоторые методы исправления могут снизить токи в одной части системы, увеличивая при этом токи повреждения в других частях системы.

В настоящее время доступны следующие методы восстановления подшипников:

• Улучшите высокочастотное заземляющее соединение двигателя с приводом и двигателя с приводимым оборудованием.
• Установите один изолированный подшипник на противоположном приводном конце двигателя.
• Установите на двигатель два изолированных подшипника.
• Установите щетку заземления вала на один подшипник двигателя.
• Установите двигатель с экраном Фарадея.
• Установите изолированную муфту между двигателем и приводимым оборудованием.

Реализация правильного метода исправления зависит от вашего понимания потенциальных путей тока в данной установке.Но идентифицировать эти высокочастотные пути не всегда легко. Правильное заземление является ключом к отводу токов от путей, проходящих через подшипники двигателя или ведомого оборудования. Вы также должны хорошо разбираться в системах инвертор / двигатель / приводное оборудование.

Шиферл — директор по передовым технологиям, а Мелфи — инженер-консультант в Rockwell Automation в Ричмонд-Хайтс, штат Огайо.

БОКОВАЯ ШИНА: синфазное напряжение в двигателях с инверторным приводом

Современные источники напряжения, ШИМ-инверторы переключают напряжение шины постоянного тока (V _DC ) на 3-фазные клеммы двигателя по схеме переключения, которая создает правильные напряжение и частоту основной составляющей.Поскольку линейное напряжение на клеммах двигателя должно быть либо + V _DC , либо — V _DC , невозможно суммировать три напряжения на клеммах с нулем в любой момент времени.

Большинство выпрямителей, образующих шину постоянного тока, также подают синфазное напряжение на саму шину постоянного тока, так что среднее напряжение, подаваемое на двигатель за цикл, поддерживается на нуле. Но мгновенная сумма напряжений на клеммах двигателя, которая называется синфазным напряжением (CMV), не равна нулю.Эта мгновенная сумма напряжений существует между обмотками двигателя и землей двигателя.

CMV на выходе низковольтного инвертора PWM с источником напряжения представляет собой ступенчатую диаграмму с основной частотой, связанной с несущей PWM. Для инверторов источника тока среднего напряжения CMV в основном представляет собой трехкратную форму волны линейной частоты, амплитуда которой является функцией нагрузки.

Motor Repair Best Practices Pt. 3

---

Прочный сердечник статора двигателя — это основа хорошей обмотки двигателя.Как и в случае строительства зданий, хороший фундамент часто считается само собой разумеющимся, но необходим для долговечности. В этом посте будет рассмотрено, почему так важно, чтобы ваши перемотки начинались с хорошего сердечника, и как вы можете убедиться, что ваш моторный цех их предоставляет.

Что такое потери в сердечнике?

Если вы внимательно посмотрите внутрь статора двигателя — со снятым ротором — вы увидите, что сердечник статора состоит из пластин металлических пластин. Эти многослойные пластины разделены тонким изоляционным материалом.Эта изоляция со временем может выйти из строя в результате трения и других нагрузок. Эти поврежденные участки вызывают ряд проблем, наиболее очевидной из которых является нагревание. Это тепло часто приводит к появлению «горячих точек» и может рассматриваться как результат нежелательного протекания тока. Комбинация повышенного дисбаланса тепла и тока может быть измерена в увеличенных потерях мощности в статоре.

Термографическое изображение горячих точек

Горячие точки часто приводят к преждевременному отказу обмотки и множеству проблем.Новая качественная перемотка на плохой сердечник статора действительно сродни постройке дома на мокром песке.

Не соглашайтесь на самый минимум при тестировании потерь в сердечнике

Проверка потери сердечника происходит как часть перемотки, и в этом контексте мы обсуждаем типичный асинхронный двигатель. В большинстве магазинов используются имеющиеся в продаже машины для проверки потерь в сердечнике, например, производства Lexseco и Phenix. В этих типовых испытательных машинах большой проводник проходит через сердечник и возвращается к машине, где циркулирует большой ток, возбуждающий сердечник статора.EASA дает рекомендации относительно того, сколько энергии должно потреблять ядро. Хорошее практическое правило относительно потери мощности — шесть ватт на фунт веса статора. Таким образом, любое ядро ​​со средней потерей менее шести ватт на фунт будет считаться приемлемым и будет перемотано без дальнейших испытаний. К сожалению, многие магазины ограничивают свои испытания простой оценкой средних потерь в сердечнике, не отвечая на некоторые ключевые вопросы:

Хороший сердечник статора без горячих точек

1.Насколько концентрированными были потери в сердечнике? Есть ли достаточно горячие точки, чтобы нанести ущерб?
2. Как на сердечник повлиял процесс прогара (снятия старой обмотки)?
3. Было ли ядро ​​протестировано достаточно длинным и с достаточно высокой плотностью?

Тестирование потери ядра по книге

Существует два обычно упоминаемых стандарта для тестирования потерь в сердечнике, EASA AR-100 и IEEE 432. EASA также подготовило техническую записку (№ 17) и заказало исследования по этой теме (EASA / AEMT Rewind Study, 2003; EASA Core Iron Study , 1984).Следующие передовые методы были разработаны на основе вышеуказанных стандартов, а также материалов, представленных другими профессионалами отрасли. Они написаны в формате инструкции для использования в спецификации ремонта.

1. Испытания на потери в сердечнике следует проводить с достаточным количеством времени, чтобы сердечник нагрелся. Горячие точки, температура которых превышает среднюю внутреннюю температуру, образуются в течение 10 минут и обычно в течение 20 минут на задней поверхности утюга.
2. Для определения горячих точек следует использовать тепловизионные камеры.Если температура превышает средний показатель на 10 ° C, ее необходимо очистить независимо от общих результатов теста.
3. Общие результаты испытаний сравниваются с базой данных, предоставленной EASA, где потери в сердечнике должны составлять от одной до шести ватт на фунт в зависимости от материала ламинирования и марки.
4. Испытания проводятся до и после процесса выгорания, сравнивая результаты, чтобы убедиться, что они не только приемлемы, но и что потери в сердечнике не увеличились больше, чем предусмотрено стандартами EASA (обычно максимум 20%).
5. Отчеты об испытаниях до и после испытаний сканируются и сохраняются в электронном виде вместе с протоколом работы и включают как минимум следующие данные:
a.Данные работы и паспортной таблички
b. Физические размеры сердечника (диаметр, длина, задняя часть железа, глубина паза, ширина зуба, количество зубцов, приблизительный вес)
c. Параметры испытаний (напряжение, мощность и ток)
d. Результаты испытаний (потери в сердечнике в ваттах / фунтах, коэффициент мощности, магнитная индукция и сопротивление)

Как защитить свои вложения при перемотке

Всегда рекомендуется лично посещать ваши ремонтные мастерские, чтобы проверить основные методы ремонта. Мы предлагаем простое руководство по аудиту магазина, чтобы помочь вам с проверкой.Мы также предоставляем сводку электрических испытаний, которая является хорошим подспорьем при обсуждении электрических испытаний с поставщиками.
При проверке моторного цеха на предмет потерь в сердечнике учитывайте следующее:

1. Должны быть написаны процедуры тестирования потерь в сердечнике со ссылкой на EASA AR-100 и IEEE 432
2. Потери в сердечнике должны быть измерены и записаны в ваттах / фунтах. до зачистки (прогорания) и после
3. Для оценки горячих точек следует использовать тепловизионные камеры.

---

Ссылки, которые могут оказаться полезными —

EASA AR-100

IEEE 432

Для получения дополнительной информации позвоните нам по телефону 800.993.3326 или отправьте электронное письмо нашей моторной бригаде по адресу [email protected]

Джефф Найт
Главный операционный директор EECO

Джефф — представитель поколения X, который приспосабливается к изменениям и открыт для идей. У него есть страсть помогать другим в достижении, что является основой этого блога — Inspire. Работа Джеффа как главного операционного директора EECO заключается в стимулировании роста в сверхконкурентной среде B2B. Ему нравится находить способы лучше обслуживать наших клиентов, когда они захотят, как захотят и где захотят.

Подробнее от Джеффа Найта

Познакомьтесь с нашими блогерами

Шесть ключевых компонентов, из которых состоит ваш промышленный электродвигатель

Ваш промышленный электродвигатель имеет несколько важных компонентов, которые позволяют ему эффективно преобразовывать электрическую энергию в механическую. Каждый из них помогает управлять критическим взаимодействием между магнитным полем вашего двигателя и электрическим током в его проволочной обмотке, создавая силу в виде вращения вала.Именно механическая энергия, производимая этим вращением вала, помогает поддерживать бесперебойную работу вашего предприятия.

Эти шесть компонентов включают:

1) Ротор

Ротор — это движущаяся часть вашего электродвигателя. Он вращает вал, который передает указанную выше механическую мощность. В типичной конфигурации в ротор проложены проводники, по которым проходят токи, которые затем взаимодействуют с магнитным полем статора, создавая силы, которые вращают вал.При этом некоторые роторы несут постоянные магниты, и именно статор удерживает проводники.

2) Статор (и сердечник статора)

Статор — это неподвижная часть электромагнитной цепи вашего двигателя и обычно состоит из обмоток или постоянных магнитов. Сердечник статора состоит из множества тонких металлических листов, называемых пластинами. Ламинирование используется для уменьшения потерь энергии, которые могут возникнуть при использовании твердого сердечника.

3) Подшипники

Ротор вашего электродвигателя поддерживается подшипниками, которые позволяют ему вращаться вокруг своей оси.Эти подшипники, в свою очередь, опираются на корпус двигателя. Вал двигателя проходит через подшипники за пределы двигателя, где действует нагрузка. Поскольку силы нагрузки действуют за пределы самой внешней опоры, нагрузка называется «выступающей».

4) Обмотки

Обмотки — это провода, уложенные в катушки, обычно намотанные вокруг многослойного магнитного сердечника из мягкого железа, чтобы образовывать магнитные полюса при возбуждении током. Электродвигатели бывают двух основных конфигураций полюсов магнитного поля: явнополюсных и неявнополюсных.В двигателе с явнополюсным двигателем магнитное поле полюса создается обмоткой, намотанной вокруг полюса под лицевой стороной полюса. В двигателе с невыпадающими полюсами обмотка распределена в пазах на лицевой стороне полюсов. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку вокруг части полюса, которая задерживает фазу магнитного поля для этого полюса.

5) Воздушный зазор

Воздушный зазор — это расстояние между ротором и статором, хотя и не является физическим компонентом. Воздушный зазор вашего двигателя имеет важное значение и, как правило, должен быть как можно меньше, поскольку большой зазор оказывает сильное негативное влияние на производительность.Это основной источник низкого коэффициента мощности, с которым работают двигатели. Поскольку ток намагничивания увеличивается с увеличением воздушного зазора, ваш воздушный зазор должен быть минимальным. При этом очень маленькие зазоры могут создавать механические проблемы в дополнение к шуму и потерям.

6) Коммутатор

И, наконец, коммутатор — это механизм, используемый вашим двигателем для переключения входа большинства двигателей постоянного тока и некоторых двигателей переменного тока. Он состоит из сегментов контактных колец, изолированных друг от друга и от вала.Ток якоря вашего двигателя подается через неподвижные щетки, контактирующие с вращающимся коммутатором, что вызывает требуемое изменение направления тока и подает мощность на машину оптимальным образом, когда ротор вращается от полюса к полюсу. (Отсутствие такого реверсирования тока может привести к остановке двигателя.)

Что общего у всех этих компонентов?

Каждый из них может нуждаться в техническом обслуживании, ремонте или замене в любой момент. Вот тут и приходит на помощь Red Stick Armature Works.Мы обеспечиваем более 60 лет передового опыта в области обслуживания, хранения и продажи промышленных электродвигателей. Наши преданные своему делу и опытные специалисты доступны на месте 24-7-365, чтобы помочь вам поддерживать ваши двигатели — и ваши операции — в рабочем состоянии и бесперебойно. Свяжитесь с нами или позвоните нам сегодня по телефону 800-895-0443, чтобы узнать больше.

.