Трансформаторные подстанции высочайшего качества

НЕДОСТАТОЧНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
3. Вращающий момент отсутствует в некоторых положениях ротора

Эта неисправность характеризуется тем, что при включении электродвигателя в сеть ротор занимает устойчивое неподвижное положение. Возможны две причины этого явления: а) неблагоприятное соотношение между числами пазов статора и ротора для данного числа полюсов электродвигателя; б) задевание ротором статора вследствие одностороннего магнитного притяжения.
Первая причина вызывает, как правило, несколько устойчивых неподвижных положений ротора. Если установить ротор в другое положение и повторно включить электродвигатель в сеть, то в большинстве случаев происходит поворот ротора на небольшой угол до следующего устойчивого положения. Описанное явление наблюдается в электродвигателе с короткозамкнутой обмоткой ротора, если с целью получения другой скорости вращения произведена замена обмотки статора и не соблюдено благоприятное соотношение чисел пазов статора и ротора для необходимого числа полюсов. В новых электродвигателях этот недостаток не встречается, так как при изготовлении их подбирают необходимое число пазов статора и ротора или выполняют скос пазов таким образом, чтобы исключить местные силы притяжения между статором и ротором, вызывающие устойчивое неподвижное положение ротора. Устранение этой причины устойчивого неподвижного положения ротора является трудной и не всегда выполнимой задачей. В некоторых случаях удается восстановить удовлетворительные пусковые характеристики электродвигателя, если разрезать в нескольких местах короткозамыкающие кольца или же уменьшить сечение отдельных стержней беличьей клетки ротора. Для более подробных рекомендаций необходимо получить консультации специалиста по электрическим машинам.
Устойчивое неподвижное положение ротора вследствие одностороннего магнитного притяжения, как правило, вызывается нарушением равномерности зазора между статором и ротором (см. раздел 25).

4. Уменьшенный вращающий момент при низкой скорости вращения ротора

Эта неисправность чаще всего имеет место в асинхронных двигателях с короткозамкнутой обмоткой ротора. Устойчивая скорость вращения при пуске электродвигателя под нагрузкой получается в несколько раз меньше номинальной. В большинстве случаев она составляет 1/7 часть номинальной скорости вращения.
При пуске электродвигателя без нагрузки ротор обычно достигает номинальной скорости вращения и последующая нагрузка двигателя не осложняет его работы.
Указанные затруднения при пуске электродвигателя под нагрузкой обусловлены наличием тормозных моментов, вызванных высшими гармоническими магнитного потока в зазоре между статором и ротором. Кроме первой (основной) гармонической магнитного потока в зазоре имеются и его более высокие нечетные гармонические. В статоре трехфазной обмотки при симметричном трехфазном напряжении на зажимах электродвигателя третья и кратные трем гармонические (девятая, пятнадцатая и т. д.) отсутствуют. Из высших гармонических наибольшее влияние на работу электродвигателя оказывает пятая и седьмая. Пятая и первая гармонические вращаются в противоположные стороны, поэтому создаваемые ими электромагнитные моменты имеют противоположные направления. На рис. 5 электромагнитный момент первой гармонической показан линией 1 и пятой гармонической — линией 3. Седьмая гармоническая вращается в ту же сторону, что и первая гармоническая, но со скоростью в семь раз меньшей скорости вращения первой гармонической. Создаваемый ею электромагнитный момент показан линией 2.

Рис. 5. Механические характеристики для гармонических составляющих магнитного потока

Из приведенных механических характеристик для различных гармонических магнитного потока следует, что пятая гармоническая магнитного потока оказывает тормозное действие во всем диапазоне скоростей вращения ротора, а седьмая гармоническая увеличивает начальное значение пускового момента, но уменьшает вращающий момент электродвигателя в области скорости вращения ротора выше 1/7 номинальной. Эти тормозные моменты почти не влияют на величину максимального момента электродвигателя, так что нагрузка его при вращающемся роторе не нарушает нормальной работы.
Так же как и устойчивое неподвижное положение ротора, устойчивая низкая скорость вращения его обычно наблюдается после замены обмотки статора с целью получения другой скорости вращения. Иногда эта неисправность может быть устранена уменьшением шага обмотки статора. Шаг катушки обмотки в этом случае должен быть близким к 0,86 полюсного давления.
В электродвигателях с фазной обмоткой ротора в некоторых случаях наблюдается устойчивая скорость вращения ротора, равная половине номинальной. Эта неисправность вызывается появлением тормозного момента вследствие обрыва одной фазы ротора. Обрыв может быть в обмотке ротора, в проводе, соединяющем щетки с реостатом, и в реостате. Однако более вероятным является нарушение целости соединений отдельных элементов цепи ротора, поэтому прежде всего следует проверить все контакты, в том числе и скользящие, в электродвигателе и в реостате. Место обрыва цепи можно установить одним из описанных ранее способов.

5. Уменьшенный вращающий момент

Уменьшение вращающего момента может иметь место у исправного электродвигателя и в случае повреждения одной из фазных обмоток статора при их соединении треугольником. Причины уменьшения вращающего момента у исправного электродвигателя обычно связаны с пониженным напряжением сети и иногда с большим сопротивлением цепи ротора (при фазной обмотке). В этом случае значение тока в линейных проводах одинаково, а уровень шума пониженный. При пониженном напряжении и номинальной нагрузке электродвигателя наблюдается повышенное нагревание его обмотки.
Вращающий момент электродвигателя пропорционален магнитному потоку и току в обмотке ротора. Одновременно с уменьшением напряжения на зажимах электродвигателя уменьшается магнитный поток. Если скорость вращения ротора остается неизменной, то э. д.с. и ток в обмотке ротора также уменьшается. В этих условиях вращающий момент электродвигателя зависит от напряжения во второй степени. Механические характеристики асинхронного двигателя для двух значений напряжения показаны на рис. 6 (1-для номинального, 2-для уменьшенного в 1,73 раза).

Рис 6. Механические характеристики электродвигателя

Уменьшенное напряжение на обмотках электродвигателя может быть и при номинальном напряжении сети в случае ошибочного соединения фазных обмоток статора — звездой вместо треугольника. Например, если двигатель при соединении фазных обмоток треугольником предназначен для включения в сеть 220 В, то при соединении фазных обмоток звездой напряжение на зажимах электродвигателя должно быть 380 В и напряжение сети 220 В будет в 1,73 раза меньше необходимого. В рассмотренном примере максимальный и пусковой моменты электродвигателя уменьшаются в 3 раза и электродвигатель может работать только при значительно уменьшенной нагрузке, так как максимальный вращающий момент становится меньше номинального момента.
Обычно электродвигатель работает в таких условиях, когда нагрузка остается постоянной или мало изменяется, и тогда для создания номинального вращающего момента при пониженном напряжении на зажимах электродвигателя требуется больший ток ротора, увеличение которого происходит за счет уменьшения скорости вращения ротора. Это уменьшение скорости вызывается понижением напряжения сети и зависит от сопротивления цепи ротора. При малом сопротивлении (например, замкнутая накоротко фазная обмотка ротора) уменьшение скорости вращения ротора незначительно, а при большом сопротивлении (например, беличья клетка ротора электродвигателя небольшой мощности) становится очень заметным.

Увеличенному току в обмотке ротора соответствует увеличенный ток в обмотке статора. С увеличением тока происходит интенсивное преобразование электрической энергии в тепловую в обмотках и значительное повышение их температуры. Таким образом, повышенное нагревание обмоток и уменьшенная скорость вращения ротора при номинальной нагрузке являются косвенными признаками пониженного напряжения на зажимах электродвигателя.
Пониженное напряжение может быть следствием общей большой нагрузки электрической сети. Проверка напряжения производится непосредственным изменением его вольтметром на зажимах электродвигателя. Пределы допускаемого отклонения напряжения указаны в разделе 7.

Рис. 7. Расположение выводов фазных обмоток статора и перемычек для соединения: а — звездой, б — треугольником

Если обмотка статора имеет шесть выводных концов, то по внешнему виду соединений фазных обмоток можно определить, звездой или треугольником выполнено соединение. В коробке зажимов выводы обмотки статора располагаются в два ряда, в одном ряду концы обмотки, в другом — их начала (рис. 7). Начала и концы отдельных фазных обмоток смешены относительно друг друга. Для соединения фазных обмоток звездой все зажимы нижнего ряда объединяют перемычками, а зажимы верхнего ряда включают в сеть (рис. 7, а).При соединении треугольником объединяют перемычками попарно зажимы верхнего и нижнего рядов и к общим точкам фазных обмоток подводят провода сети (рис. 7, б).
В некоторых электродвигателях выводы выполнены свободными гибкими проводами, пропущенными через два или три отверстия корпуса. В одном из двух отверстий размещаются начала фазных обмоток, в другом — их концы.
Для соединения Звездой следует объединить выводы одного отверстия в общую точку, а для соединения треугольником необходимо установить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам и соединить попарно выводы из обоих отверстий. В каждом из трех отверстий размещаются начало и конец разных обмоток. Треугольник получается путем соединения попарно выводов каждого отверстия, а для соединения звездой необходимо установить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам и объединить в общую точку три вывода (по одному из каждого отверстия).

Для постоянной скорости вращения в устойчивой области механической характеристики (от нулевой нагрузки до максимального вращающего момента) при увеличенном активном сопротивлении обмотки ротора получается уменьшенный вращающий момент. Это объясняется тем, что в указанных условиях э.д.с. обмотки ротора остается постоянной и ток уменьшается. Если нагрузочный момент сохраняется постоянным, то при увеличении активного сопротивления цепи ротора должна уменьшаться скорость вращения ротора для сохранения тока неизменным в его обмотке.
Иногда эта закономерность используется для регулирования скорости вращения ротора с фазной обмоткой или для улучшения работы электропривода при кратковременных больших увеличениях нагрузки.
Если повышенное активное сопротивление цепи ротора не предусмотрено схемой электропривода, то вызываемое им уменьшение вращающего момента (или при постоянной нагрузке уменьшение скорости вращения ротора) снижает производительность приводимой электродвигателем машины.
Выявить причину уменьшения вращающего момента можно измерением сопротивления участка цепи ротора, состоящего из соединительных проводов между зажимами электродвигателя и реостатом и остающейся постоянно включенной частью реостата, или же измерением напряжения на этом участке роторной цепи. При измерении напряжения не требуется разъединять цепь ротора.
Для уменьшения сопротивления роторной цепи необходимо приблизить реостат к электродвигателю или увеличить сечение проводов между зажимами ротора и реостата.
Работа электродвигателя в случае обрыва в одной фазной обмотке статора при соединении треугольником сопровождается повышенным шумом и вибрацией. Величина тока в линейных проводах различна, ток в линейном проводе, присоединенном к неповрежденным обмоткам, значительно больше тока в других проводах. Так как энергия подводится только к двум фазным обмоткам, то при номинальной нагрузке электродвигателя ток в неповрежденных фазных обмотках будет больше номинального, что вызовет повышенное нагревание этих обмоток. Температура поврежденной фазной обмотки ниже температуры двух других обмоток, и это может быть использовано для ее выявления, так же как различие тока в линейных проводах. На рис 8, а показано включение электродвигателя в сеть при наличии обрыва в фазной обмотке С2-С5. В этом случае показания амперметров А2 и A3 будет в 1,73 раза меньше, амперметра А1.

Рис. 8. Нахождение обрыва фазной обмотки при помощи: а — ампер метра, б — мегомметра

Проверку обмотки статора можно легко выполнить, если к зажимам электродвигателя выведены шесть концов фазных обмоток. Тогда путем проверки сопротивления отдельных фазных обмоток одним из известных способов, например мегомметром (рис. 8, б) или омметром, можно выявить поврежденную фазную обмотку. При наличии однофазного напряжения 220 В можно воспользоваться вольтметром или лампой накаливания. Если соединения фазных обмоток выполнены внутри электродвигателя, то обрыв можно обнаружить путем измерения сопротивления между зажимами. Из трех измерений две величины сопротивления будут одинаковы, а третья — между зажимами с поврежденной фазной обмоткой — вдвое больше. Можно также поочередно подводить через амперметр однофазное пониженное напряжение к двум из трех зажимов обмотки статора. Ток между зажимами с поврежденной обмоткой будет вдвое меньше тока между другими зажимами.
Если выявлена поврежденная фазная обмотка, то дальнейшее нахождение места обрыва производится, как указано в разделе 2 (см. рис. 4).