Обслуживание и ремонт электрических двигателей (ремонт синхронного двигателя)

Одним из основных недостатков синхронных двигателей являются плохие пусковые свойства, которые ограничивают их применение. Пуск синхронных двигателей может быть частотным, при помощи разгонного двигателя или синхронные двигатели могут включаться на полное напряжение сети (асинхронный пуск). Наиболее распространенным является асинхронный  пуск. Вследствие наличия короткозамкнутых контуров на роторе (демпферной обмотки, массивных полюсных наконечников) ротор  разгоняется до частоты вращения, близкой к синхронной. Обмотка  возбуждения при асинхронном  пуске закорачивается на активное сопротивление. После подхода ротора к частоте  вращения, близкой к синхронной ( s ≈ 0,05), обмотка возбуждения подключается к возбудителю и осуществляется грубая синхронизация машины.

Применяется также пуск с наглухо  присоединенным возбудителем. В этом случае при частоте вращения, равной (0,5 ч 0,7) n ном, в обмотке возбуждения  синхронного двигателя начинает протекать постоянный ток и машина втягивается в синхронизм. Пуск двигателя  с наглухо присоединенным возбудителем сопровождается большими бросками токов  и может осуществляться, если нагрузка не превышает (0,4-0,5) М ном. Однако схема  пуска с наглухо присоединенным возбудителем более простая и  находит все большее применение.

При тяжелых условиях пуска мощных синхронных двигателей применяется  реакторный или автотрансформаторный пуск по схемам, рассмотренным для  асинхронных двигателей.

При пуске синхронного двигателя  с помощью разгонного двигателя  синхронный двигатель доводится  до почти синхронной частоты вращения. В качестве разгонного двигателя  может использоваться асинхронный  двигатель, имеющий большую, чем  синхронный, синхронную частоту вращения или двигатель постоянного тока, если есть сеть постоянного тока. Пуск с помощью разгонного двигателя применяется редко, так как разгонный двигатель используется только при пуске. [6, с. 432]

При частотном пуске обмотка  статора синхронного двигателя  подключается к преобразователю  частоты, который изменяет частоту  от нескольких герц до номинальной  частоты. При частотном пуске  синхронный двигатель входит в синхронизм при малых частотах. Частотный  пуск удобно использовать, если преобразователь  частоты можно применять для  пуска нескольких двигателей.

Сравнивая синхронные двигатели с  асинхронными, следует отметить основное преимущество синхронных двигателей - возможность работать с cos φ = 1, а  при перевозбуждении - и с опережающим cos φ

Максимальный момент синхронного  двигателя пропорционален U, а асинхронного – U2. Поэтому синхронные двигатели  менее чувствительны к изменению  напряжения сети и имеют большую  перегрузочную способность. Регулирование  потока возбуждения путем изменения  тока возбуждения обеспечивает регулирование  реактивной мощности при падении  напряжения и уменьшении частоты  сети.

Недостатком синхронных двигателей является их более сложная конструкция, необходимость  в источнике постоянного тока и худшие по сравнению с асинхронными пусковые свойства.

При мощности двигателей от нескольких киловатт до 100 кВт проявляется еще  один недостаток синхронных двигателей - склонность к качаниям. При определенном соотношении параметров синхронных двигателей ротор покачивается около  синхронной частоты вращения.

Синхронные двигатели при условии  легких пусков целесообразно применять  при мощности свыше 200 кВт. Области  применения синхронных двигателей непрерывно расширяются, и их мощности возрастают до 50 МВт.

Синхронные двигатели мощностью  до 1-2 кВт выполняются с явнополюсным ротором без обмотки возбуждения. За счет различия проводимости по продольной и поперечной осям машины в таких  машинах возникает реактивный момент, а асинхронный пуск обеспечивается демпферной обмоткой. [6, с. 433]

На рис. 9 показаны две наиболее распространенные конструкции роторов  синхронных реактивных двигателей. Четырехполюсная  конструкция ротора (рис. 9, а) имеет  стальной шихтованный явнополюсный магнитопровод 1 и демпферную обмотку 2. Двухполюсный шихтованный ротор, залитый алюминием, дан на рис. 9, б. Сердечник ротора 3 заливается алюминием 4, который скрепляет сердечник и образует демпферную обмотку.

 

Рис. 9. Конструкции роторов синхронных реактивных двигателей

 

Реактивные двигатели имеют  низкие cos φ и КПД (η = 0,3ч0,4), их масса  больше, чем у обычных трехфазных асинхронных двигателей.

Вместо электромагнитного возбуждения  можно применять постоянные магниты. Серии двигателей с постоянными  магнитами выпускаются на мощности от десятков ватт до нескольких киловатт. Они имеют лучшие энергетические показатели по сравнению с реактивными.

Для обеспечения пускового момента  двигатели с постоянными магнитами  имеют пусковую обмотку в виде беличьей клетки, залитой алюминием. Ротор из магнитотвердого материала  изготовляется путем литья из специальных сплавов. Этот процесс  трудоемкий, поэтому ротор имеет

Глава 3. ОСОБЕННОСТИ ИСПЫТАНИЙ  СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

3.1. Испытания на стенде  завода-изготовителя и на месте  установки

 

На стенде завода-изготовителя производят приемо-сдаточные испытания каждой машины и приемочные головных (опытных) машин.

По действующим стандартам (ГОСТ 183-74, ГОСТ 533-85, ГОСТ 5616-81, ГОСТ 609-84) приемо-сдаточные  испытания каждой машины включают: измерения сопротивлений изоляции обмоток относительно корпуса и  между обмотками, изоляции заложенных температурных преобразователей, обмоток  при постоянном токе в практически  холодном состоянии, термометров сопротивления  при постоянном токе в практически  холодном состоянии; испытание изоляции обмоток относительно корпуса и  между обмотками на электрическую  прочность; определение характеристики установившегося замыкания (для  гидрогенераторов на месте установки), холостого хода (для гидрогенераторов на месте установки); испытания при повышенной частоте вращения (для турбогенераторов); измерение сопротивления изоляции подшипников, температуры масла в подшипниках (для гидрогенераторов на месте установки); проверку состояния уплотнений вала в сборе и определение утечки воздуха при избыточном давлении не менее номинального давления водорода (для машин с водородным охлаждением). [7, с. 209]

В приемочные испытания головных (опытных) образцов (для гидрогенераторов на месте установки) дополнительно  включают: испытания на кратковременную  перегрузку по току; определение КПД; испытание на нагревание; определение  коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, индуктивных сопротивлений  и постоянных времени обмоток; испытание  при ударном токе короткого замыкания, на нагрев; определение вибраций, номинального тока возбуждения и регулировочной характеристики; измерение уровня шума; проверку работы газо-масляной системы  водородного охлаждения и определение  утечки водорода (для машин с водородным охлаждением); проверку системы жидкостного  охлаждения (для машин с жидкостным охлаждением).

В соответствии с действующими стандартами  выполнение части приемочных испытаний  возможно на месте установки машин.

Измерение сопротивления изоляции обмотки статора относительно корпуса  машины и между обмотками производят с помощью мегаомметра не менее  чем на 1000 В в практически холодном состоянии, при котором за температуру  обмотки принимают температуру  окружающей среды.

При измерении сопротивления изоляции обмоток генераторов с непосредственным водяным охлаждением вывод экрана мегаомметра соединяют с водяным  коллектором, от которого отсоединяют  внешнюю водяную систему. Сопротивление  изоляции определяют поочередно для  каждой ветви обмотки статора, при  этом другие ветви соединяют с  корпусом машины. При определении  абсолютного значения сопротивления  изоляции измерения проводят не менее  чем через 60 с после приложения напряжения к изоляции. После измерения  сопротивления изоляцию отдельных  частей обмотки разряжают на корпус генератора.

Измерение сопротивления обмоток  при постоянном токе проводят в практически  холодном состоянии до начала сушки  генератора методом вольтметра и  амперметра, при этом используют магнитоэлектрические приборы класса точности не ниже 0,5. Отсчеты по приборам производят одновременно при установившихся значениях определяемых величин. Сопротивления обмоток  находят как среднее значение по данным не менее трех измерений, которые проводят при различных значениях тока. Точность измерений в большей мере зависит от качества контактов в местах присоединения измерительных приборов, при этом присоединение вольтметра рекомендуется производить отдельно от токовых цепей.

Измерение сопротивлений термометров  сопротивления при постоянном токе проводят при температуре окружающей среды методом вольтметра и амперметра с погрешностью измерения сопротивления  не выше 0,5%. Измерения рекомендуется  проводить непосредственно на сборке выводов.

Испытание (напряжением частотой 50 Гц) изоляции обмотки статора на электрическую прочность производят испытательным напряжением, кВ,

 

UИСП = 2UФ + 1, (5)

 

где UФ – номинальное фазное напряжение.

Испытание проводят для каждой из фаз по отношению к корпусу  и двум другим заземленным фазам. Для генераторов с водяным  охлаждением обмотки статора  испытание изоляции выполняют при  циркуляции дистиллята. Для испытания  рекомендуется применять испытательные  трансформаторы, мощность которых не менее 1 кВ • А на 1 кВ напряжения.

Испытательное напряжение измеряют на стороне высшего напряжения испытательного трансформатора через измерительный  трансформатор напряжения. Для машин  с номинальным напряжением 13,8 кВ и выше на стороне высшего напряжения испытательного трансформатора рекомендуется  включать защитный разрядник, который  настраивается на напряжение, равное 110% испытательного.

Согласно ГОСТ 11828-75 испытание рекомендуется  начинать с напряжения не выше 1/3 испытательного, при этом время, в течение которого производится подъем напряжения от половинного  значения до полного, должно быть не менее 10 с.

Испытание выпрямленным напряжением  изоляции каждой фазы обмотки статора  по отношению к корпусу и двум другим заземленным фазам в машинах  с косвенным охлаждением производят напряжением, равным 1,6 испытательного напряжения частотой 50 Гц. [7, с. 212]

Испытательное напряжение в этих испытаниях согласно ГОСТ 11828-75 выдерживают в  течение 1 мин, подъем напряжения производят не менее чем тремя ступенями, начиная с половинного испытательного напряжения. На каждой из ступеней измеряют ток утечки при установившихся показаниях приборов. После испытания измеряют сопротивления изоляции мегаомметром.

Испытание междувитковой изоляции катушечной обмотки статора проводят напряжением, равным 150% номинального, в течение 5 мин, стержневой обмотки - в течение 1 мин.

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость  напряжения обмотки статора от тока возбуждения при номинальной  частоте вращения. Рекомендуется  производить измерение напряжения приборами классом точности не ниже 0,5, при этом могут быть использованы эксплуатационные трансформаторы напряжения. Измерение тока возбуждения можно  производить также приборами  класса точности 0,5 с применением  шунтов класса 0,1 или 0,2. Во время определения  характеристики контролируют частоту  вращения гидрогенератора.

Предварительно напряжение машины увеличивают до 130% номинального. Характеристику снимают при плавном уменьшении тока возбуждения до нуля. При токе возбуждения, равном нулю, определяют остаточное напряжение.

У генераторов, работающих в блоке  с трансформатором, снимается также  характеристика холостого хода блока.

Одновременно со снятием характеристики холостого хода определяется симметрия  напряжения, которая находится по отношению разности наибольшего  и наименьшего измеренных линейных напряжений к среднему его значению.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения находят по амплитудам отдельных гармонических составляющих кривой напряжения, определенным при  номинальном напряжении при холостом ходе генератора. Амплитуды гармонических  составляющих измеряют, как правило, с помощью анализатора гармонических  составляющих. При известных амплитудах коэффициент искажения находят  по формуле

 

(6)

 

где А1, А i - амплитуды первой и i-й  гармонических.

Характеристика установившегося  короткого замыкания представляет собой зависимость тока в обмотке  статора от тока возбуждения генератора при трехфазном коротком замыкании. При снятии характеристики измеряют токи в каждой фазе обмотки статора  и ток возбуждения. Снятие характеристики производят при плавном подъеме  тока статора до номинального значения. Для генераторов, работающих в блоке  с трансформатором, характеристику короткого замыкания снимают  для замкнутого накоротко трансформатора. [7, с. 212]

При приемо-сдаточных испытаниях, как правило, определяют лишь основные параметры: отношение короткого  замыкания (ОКЗ), реактивность Потье, синхронное индуктивное сопротивление, сверхпереходные  индуктивные сопротивления и, переходное индуктивное сопротивление индуктивное  сопротивление обратного следования фаз, постоянную времени при разомкнутой Tj0 и замкнутой накоротко обмотках статора.

По нормам МЭК машина считается  выдержавшей испытания на внезапное  короткое замыкание, если она может  быть включена в сеть сразу же после  испытания или после незначительного  ремонта обмотки статора. Перед  включением в сеть обмотка статора  должна быть испытана на электрическую  прочность напряжением, равным 80% испытательного напряжения, предусмотренного для новой  машины. Незначительным считается ремонт крепления обмотки или внешних  слоев изоляции, не связанный с  заменой стержней.

На месте установки все турбо-, гидрогенераторы и крупные синхронные машины подвергаются приемо-сдаточным  испытаниям, которые включают кроме  приемо-сдаточных испытаний на стенде завода-изготовителя дополнительно  испытания на нагрев; измерение вибраций подшипников; проверку работы газомасляной системы водородного охлаждения и определение утечки водорода (для  машин с водородным охлаждением); проверку работы системы жидкостного  охлаждения (для машин с жидкостным охлаждением). [7, с. 213]