Электрические машины. В помощь студенту

    Назначение и принцип действия электрических машин
  • Электрическая машина — это электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования либо механической энергии в электрическую (электрический генератор), либо электрической энергии в механическую (электрический двигатель).
  • Принцип действия электрических машин основан на законах электрических и магнитных явлений: законе электромагнитной индукции и законе Ампера.
    Сущность закона электромагнитной индукции применительно к электрической машине состоит в том, что при движении проводника в магнитном поле со скоростью v в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции В, в нем индуцируется ЭДС
    E=B*l*v
    где l — активная длина проводника, т.е. часть его общей длины, находящаяся в магнитном поле.
    Если же проводник замкнуть, то в этом проводнике появится электрический ток I. В результате взаимодействия этого тока с внешним магнитным полем на проводник начнет действовать электромагнитная сила, которая определяется по закону Ампера
    Fэм=B*l*I
    Классификация электрических машин
  • Электромашинные усилители — это электрические машины, применяемые для усиления мощности электрических сигналов.
  • Синхронные компенсаторы — это электрические машины, используемые для повышения коэффициента мощности потребителей электроэнергии.
  • Индукционные регуляторы — это электрические машины, служащие для регулирования напряжения переменного тока.
  • Тахогенераторы — это электрические машины, служащие для преобразования частоты вращения в электрический сигнал.
  • Сельсины — это электрические машины, служащие для получения электрических сигналов, пропорциональных углу поворота, вала.
  • Бесколлекторные машины — это машины переменного тока — асинхронные и синхронные.
    Асинхронные машины применяют преимущественно в качестве двигателей, а синхронные — как в качестве двигателей, так и генераторов.
  • Коллекторные машины используют главным образом для работы на постоянном токе в качестве генераторов или двигателей.
  • Классификация электрических машин
    Преобразование энергий в электрических машинах
  • Механическая мощность электрической машины — произведение момента М на валу машины на угловую скорость вращения этого вала w: Pмех=M·w
  • Электрическая мощность — произведение напряжения на клеммах машины U на силу тока I, подводимого к машине или отбираемого от нее: Pэл=U·I·cosφ
    Характеристики электрических машин
  • Основные характеристики электрических генераторов
    Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора от тока нагрузки U = f(I) при неизменных токе возбуждения и частоте вращения (Iв = const и n = const);
    Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора оттока возбуждения U = f(Iв) в режиме холостого хода и неизменной частоте вращения (I = 0 и n = const);
    Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения от тока нагрузки Iв =f(I) при неизменных частоте вращения и напряжении на выходе генератора (U = const и n = const).
  • Основными характеристиками электрических двигателей являются:
    Механическая характеристика — зависимость частоты вращения от момента нагрузки на валу двигателя (статического момента сопротивления рабочего механизма) n = f(М) при неизменных значениях напряжения питания двигателя, тока возбуждения, сопротивления в цепи рабочей обмотки (обмотки статора и ротора или обмотки якоря), или для асинхронных двигателей зависимость момента на валу от скольжения M = f(s), при неизменных значениях напряжения питания U и сопротивлений в цепях обмоток статора и ротора;
    Электромеханическая характеристика — зависимость частоты вращения от тока нагрузки n = f(I) при неизменных значениях напряжения U и сопротивлений в цепях обмоток статора и ротора;
    Регулировочная характеристика — зависимость частоты вращения от регулирующего параметра: тока возбуждения или напряжения питания;
    Рабочие характеристики — зависимость КПД η, коэффициента мощности cosφ, рабочего тока I, частоты вращения n от нагрузки двигателя (полезной мощности) P2.

Основные параметры

    Номинальные данные электрических машин
  • Номинальный режим работы электрической машины — это режим работы, при котором значения каждого из параметров равно номинальному.
  • Номинальные условия применения — условия, установленные в стандарте или технических условиях на данный конкретный тип машины, при которых эта машина должна иметь номинальную частоту вращения.
  • Номинальные данные электрической машины — это совокупность числовых значений электрических и механических параметров, обусловленных изготовителем, которым удовлетворяет электрическая машина в заданных условиях эксплуатации.
    Такими данными являются: номинальная мощность (кВт или кВ·А), номинальное напряжение (В), номинальный ток (А), номинальная частота вращения (об/мин), номинальные КПД (%), коэффициент мощности, частота переменного тока (Гц), число фаз, режим работы машины [длительный, кратковременный, повторно-кратковременный либо другой].
  • Номинальная мощность электрической машины — это мощность, на которую рассчитана данная машина по условиям ее допустимого перегрева.
  • Номинальная мощность двигателя — это полезная механическая мощность на валу, вращающемся с номинальной угловой скоростью (w2ном при номинальном нагрузочном моменте M2ном: Pном=M2ном·w2ном или Pном=0,105·M2ном·n2ном,
    где n2ном — номинальная частота вращения вала.
    Примеры: выбор электродвигателей по номинальной мощности, расчет мощности электродвигателя вентилятора, расчет мощности двигателя насоса, расчет мощности двигателя транспортера, расчет мощности двигателя для пилорамы.
  • Номинальная мощность генератора — это полезная электрическая мощность, определяемая произведением номинальных электрических величин на выводах генератора, например, для трехфазного синхронного генератора: Pном=m1·U1ном·I1ном·cosφ1ном,
    где m1 — число фаз, для трехфазной системы m1 = 3;
    U1ном — номинальное (фазное) напряжение на выводах обмотки статора;
    I1ном — номинальный (фазный) ток статора;
    cosφ1ном — номинальное значение коэффициента мощности.
  • Номинальное напряжение — напряжение, на которое машина рассчитана заводом-изготовителем для работы в номинальном режиме с номинальной мощностью.
    Номинальное напряжение трехфазных машин — это линейное напряжение, то есть напряжение между фазами подключенной к машине сети.
    Номинальное напряжение ротора асинхронного двигателя с трехфазной обмоткой — это напряжение на выводах разомкнутой обмотки ротора (напряжение на контактных кольцах) при неподвижном роторе и включенной на номинальное напряжение обмотке статора.
    Номинальное напряжением двухфазной обмотки ротора — это наибольшее из напряжений между контактными кольцами.
    Номинальное напряжением возбудительной системы машины с независимым возбуждением — это номинальное напряжение того независимого источника, от которого получается возбуждение.
    Номинальное напряжение возбуждения — напряжение на выводах (или контактных кольцах) обмотки возбуждения с учетом падения напряжения под щетками при питании ее номинальным током возбуждения, когда активное сопротивление приведено к расчетной рабочей температуре, при работе машины в номинальном режиме с номинальными мощностью, напряжением и частотой вращения.
  • Номинальный ток — ток, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
  • Номинальный ток возбуждения — ток возбуждения, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении.
  • Номинальная частота вращения — частота вращения, соответствующая работе машины при номинальных напряжении, мощности и частоте тока и номинальных условиях применения.
  • Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полезной (отдаваемой) мощности к затрачиваемой (подводимой);
    для генераторов — отношение активной электрической мощности, отдаваемой в сеть, к затрачиваемой механической мощности;
    для двигателей — отношение полезной механической мощности на валу к активной подводимой электрической мощности.
    Номинальный КПД — это указанное отношение мощностей при работе машины с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения.
  • Коэффициент мощности машин переменного тока:
    для генераторов — это отношение отдаваемой активной электрической мощности, Вт, к полной отдаваемой электрической мощности, В·А;
    для двигателей — это отношение активной потребляемой электрической мощности, Вт, к полной потребляемой электрической мощности, В·А.
    Номинальный коэффициент мощности электрической машины — это указанное отношение мощностей при работе машины в номинальном режиме, с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения.
    Основные определения, относящиеся к условиям работы машины и ее характеристикам
  • Нагрузка — мощность, которую развивает электрическая машина в данный момент времени.
    Нагрузка может быть выражена в единицах активной или полной мощности (Вт, или В·А) либо в долях номинальной мощности. Она также выражается током, потребляемым или отдаваемым электрической машиной, А, либо в процентах или долях номинального тока.
    Номинальная нагрузка — это нагрузка, равная номинальной мощности машины.
  • Практически неизменная нагрузка — это нагрузка, при которой отклонение тока и напряжения якоря и мощности машины от значений, соответствующих заданному режиму, составляет не более 3%, тока возбуждения и частоты — не более 1 %.
  • Практически симметричная трехфазная система напряжений — это трехфазная система напряжений, в которой напряжение обратной последовательности не превышает 1 % напряжения прямой последовательности при разложении данной трехфазной системы на системы прямой и обратной последовательностей.
  • Практически симметричная система токов — это трехфазная система, для которой ток обратной последовательности не превышает 5% тока прямой последовательности.
  • Начальный пусковой ток электродвигателя — это установившийся ток в обмотке электродвигателя при неподвижном роторе, номинальном подведенном напряжении и номинальной частоте, при соединении обмоток машины, соответствующем номинальным условиям работы двигателя.
  • Начальный пусковой момент электродвигателя — это вращающий момент электродвигателя, развиваемый при неподвижном роторе, установившемся токе, номинальном подведенном напряжении, номинальной частоте и соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы двигателя.
  • Максимальный вращающий момент электродвигателя переменного тока — это наибольший момент вращения, развиваемый двигателем в установившемся режиме при номинальных напряжении и частоте, при соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы, и (для синхронных двигателей) при номинальном токе возбуждения.
  • Минимальный вращающий момент асинхронного двигателя — это наименьший вращающий момент, развиваемый асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором в процессе разгона от неподвижного состояния до частоты вращения, соответствующей максимальному моменту при номинальных напряжении и частоте, при соединении обмоток, соответствующем номинальным условиям работы двигателя или пусковому режиму (для однофазных двигателей с пусковой обмоткой).
  • Критическое скольжение асинхронной машины — это скольжение, при котором асинхронная машина развивает максимальный вращающий момент.
  • Номинальное изменение напряжения электрических генераторов — это изменение напряжения на выводах генератора, работающего на автономную сеть с неизменной и равной номинальной частотой вращения при изменении его нагрузки от номинальной до холостого хода.
    Для генераторов с независимым возбуждением, кроме того, — при сохранении номинального тока возбуждения, а для генераторов с самовозбуждением — при неизменном сопротивлении всей цепи обмотки возбуждения. Номинальное изменение напряжения выражают в процентах или в долях номинального напряжения генератора.
  • Номинальное изменение частоты вращения электродвигателя — это изменение частоты вращения двигателя, работающего при номинальном напряжении на его выводах и номинальной частоте тока, при изменении нагрузки от номинальной до нулевой, а для двигателей, не допускающих нулевой нагрузки, — от номинальной до ¼ номинальной. Номинальное изменение частоты вращения выражают в процентах или в долях номинальной частоты вращения.

Надежность электрических машин

    Основные понятия, имеющие важное значение для электрических машин
  • Надежность — это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и в условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.[ГОСТ 27.002-83].
  • Безотказность — это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.
  • Долговечность — это свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
  • Ремонтопригодность — это свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
  • Сохраняемость — это свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортирования.
  • Отказ — это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта, то есть в переходе в неработоспособное состояние.
    Показатели надежности электрических машин
  • Вероятность безотказной работы P(t) — это вероятность того, что случайная величина Т — наработка до отказа — будет не меньше заданной: P(t) = P{T ≥ t}.
  • Вероятность безотказной работы объекта за время t — это вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникнет отказа объекта, то есть вероятность Р(t1, t2) безотказной работы в интервале наработки t1, t2. Она равна отношению вероятностей безотказной работы в начале и конце интервала: P({t_1},~{t_2})={P(t_2)}/{P(t_1)}.
  • Вероятность безотказной работы — это, статистически, отношение числа объектов, безотказно проработавших до момента t, к числу объектов, работоспособных в начальный момент времени:
    P(t)={delim{[}{N-n(t)}{]}}/N,
    где N — число объектов в момент начала наблюдений или испытаний;
    n(t) — число объектов, отказавших за время t.
  • Вероятность отказа объекта: Q(t)=1-P(t)
  • Плотность распределения наработки до отказа:
    f(t)={dQ(t)}/{dt}={-dP(t)}/{dt};
    P(t)=-{int{0}{t}{f(t)dt}}=int{t}{infty}{f(t)dt};
    Q(t)=int{0}{t}{f(t)dt}.
  • Интенсивность отказов λ(t) — это условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник:
    {lambda}(t)={f(t)}/{P(t)};
    P(t)=e^{-{int{0}{t}{{lambda}(t)dt}}}.
    При λ(t) = λ = const, P(t)=e-λt.
  • Статистически интенсивность отказов определяют следующим образом:
    {lambda}(t)={n(t)}/{{N_{cp}}{Delta}t},
    где N_{cp}={({N_i}+{N_{i+1}})}/2, — среднее число объектов, исправно работающих в интервале {Delta}{t};
    {N_i},~{N_{i+1}} — число работоспособных объектов в начале и конце интервала {Delta}{t};
    n — число отказавших объектов в интервале {Delta}{t}.
  • Средняя наработка на отказ — это математическое ожидание наработки объекта до отказа (является одним из показателей безотказности). На практике используется следующая оценка средней наработки до отказа:
    T={1/N}{sum{i=1}{N}{t_i}},
    где t_i — наработка до отказа i-го объекта;
    N — число объектов.
  • Средний ресурс — это математическое ожидание ресурса.
  • Ресурс — это наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
  • Средний срок службы — это математическое ожидание срока службы.
  • Срок службы — это календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
  • Коэффициент готовности (один из комплексных показателей надежности):
    kг = T0 / (T0 + Tв),
    где T0 — средняя наработка на отказ;
    Tв— среднее время восстановления.
  • Период приработки — это период, когда при испытаниях или на начальной стадии эксплуатации происходит выявление и отбраковка конструктивных и производственных недостатков.
    Для ответственных электрических машин период приработки проходит непосредственно на заводе-изготовителе.
  • Вероятность отказов за время t (в период приработки) описывается законом Вейбулла:
    P(t)=e^{-{t^m}/{t_0}},
    где m,~{t_0} — параметры.
  • Распределение наработки до отказа (в период эксплуатации, когда интенсивность отказов падает и остается примерно постоянной) описывается показательным законом. При этом функция плотности распределения:
    f(t)={lambda}{exp}{({-lambda}{t})}.
    Вероятность безотказной работы описывает формула:
    P(t)={exp}{({-lambda}{t})}.
    При постоянной интенсивности отказов средняя наработка на отказ равна:
    T=1/{lambda}.
  • С некоторого момента времени элементы и узлы электрической машины начинают отказывать чаще, это связано с их старением и износом (отмечается существенное нарушение свойств изоляции, уменьшение ее электрической прочности, износ тел качения подшипников, изменение структуры смазки, износ коллектора и изменение структуры материала коллекторных пластин, повышение вибраций).
    Распределение наработки на отказ по причине изнашивания и старения описывают с помощью нормального закона.
    Плотность усеченного нормального распределения определяется из выражения:
    overline{f}=cf(t),
    где c — нормирующий множитель;
    f(t) — функция нормального определения:
    f(t)={1/{2{pi}{sigma}}}*e^{-{(t-m_t)^2}/{2{sigma}^2}},
    где m_t — математическое ожидание;
    sigma — среднеквадратичное отклонение.
    Величина c определяется с помощью нормированной функции Лапласса {Phi}(U):
    c=1/{{Phi}(U_2)-{Phi}(U_1)},
    где {U_1={(t_1-m_t)}/{sigma}};~{U_2={(t_2-m_t)}/{sigma}};~t_1,~t_2 — интервалы ограничения средней наработки до отказа.
    О прогнозировании остаточного ресурса оборудования, читайте здесь.

Причины отказов электрических машин

    Основные причины выхода из строя асинхронных двигателей
  • Неудовлетворительная эксплуатация.
  • Несовершенная защита или отсутствие ее (при защите двигателей плавкими предохранителями электродвигатели отказывают из-за работы на двух фазах).
  • Несоответствие конструктивного исполнения двигателей условиям эксплуатации.
  • Неправильный выбор двигателя по мощности.
  • Некачественное изготовление, отказы по вине заводов-изготовителей.
    Порядок выявления скрытых дефектов оборудования описан здесь.
  • Неравномерность воздушного зазора, что приводит к задеванию ротора о статор машины. Это может быть обусловлено тем, что технологический процесс и состояние оборудования не обеспечивают требуемую обработку станин, подшипниковых узлов и пакетов ротора.
    Неравномерность воздушного зазора может быть вызвана также прогибом вала при его недостаточной жесткости.
  • Низкое качество изоляции обмоточных проводов и пропитывающих лаков.
    Преждевременные отказы обмоток вызываются часто несовершенными технологическими процессами, некачественными пропиткой, намоткой и укладкой в пазы витков обмотки статора.
  • Отказы электродвигателей из-за повреждения обмоток — 85-95%.
    Пример — обрыв в обмотках электродвигателя.
  • Отказы электродвигателей из-за повреждений подшипников — 2-5%.
    О неисправностях подшипников электрических машин читайте здесь.
  • Основные отказы обмоток обусловлены междувитковыми замыканиями — 93%.
    Основные причины выхода из строя синхронных машин
  • Одна из основных причин отказов синхронных машин — это заводские дефекты.
    Для оценки эксплуатационной надежности синхронных генераторов широко применяют показатель удельная повреждаемость. Это удельное число аварийных отключений, которое измеряется средним числом повреждений на одну машину в год и выражается в процентах.
    Большинство повреждений относится к обмотке статора, основным местом повреждений изоляции обмоток статора является пазовая часть обмотки, пробой которой составляет примерно 50% всех пробоев обмоток статора. На процесс изменения и разрушения изоляции оказывают влияние повышенные механические усилия при переходных процессах, вибрация, перенапряжения, перегрузки по току. В процессе изготовления могут появиться участки с пониженной электрической прочностью. Это связано с изготовлением стержней обмоток с размерами, выходящими за пределы допуска, что приводит к повреждению изоляции при укладке обмотки в пазы. В процессе изготовления возможно попадание на поверхность изоляции ферромагнитных частиц, вибрация которых в магнитном поле приводит к постепенному разрушению изоляции.
  • Лобовые части обмоток крупных электрических машин наибольшей опасности подвергаются при переходных процессах. Большие ударные токи могут вызвать разрывы бандажей, деформацию частей обмотки, появление трещин и вмятин в изоляции. В процессе эксплуатации синхронных генераторов отмечаются также пробои изоляции вследствие попадания в нее масла и влаги.
  • Среди повреждений активной стали наиболее частыми являются ослабление запрессовки, расшатывание сердечника стали под действием вибрационных и магнитных сил, повреждение изоляционной пленки на поверхности листов.
  • На подвижных частях машины частые повреждения наблюдаются на бандажных узлах; эти повреждения вызываются действием центробежных сил, деформациями вала и усилиями горячих посадок на вал.
  • Под действием температуры происходит перемещение обмотки ротора, деформация проводников обмотки. Возможно также перекрытие каналов охлаждения и снижение сопротивления изоляции при попадании влаги, масла и пыли на обмотку.
  • Характерными повреждениями и нарушениями в работе подшипниковых узлов крупных синхронных машин являются выплавление баббита, повреждение вкладышей и цапф подшипниковыми токами. Выплавление баббита обычно происходит при нарушении работы системы маслоснабжения. Наиболее распространенной неисправностью подшипников является вытекание масла. Подшипниковые токи возникают из-за несимметрии в магнитной системе, обусловленной неравномерным зазором, наличием осевых каналов, несимметричным размещением сегментов активной стали.
    Замыкание обмотки ротора на корпус также приводит к появлению подшипниковых токов.
  • В гидрогенераторах наиболее характерными отказами механических узлов являются отказы подшипников, вызываемые неравномерными нагрузками. Как показывает статистика наблюдений, износ подпятников наступает через 4—5 лет.
  • Для обеспечения надежности крупных синхронных машин большое внимание уделяется контактно-щеточной системе и возбудителям. Число отказов возбудителей иногда превышает число отказов обмоток ротора и статора.
    Основные причины выхода из строя машин постоянного тока
  • Данные о причинах выхода из строя в период эксплуатации электрических машин постоянного тока показывают, что большинство аварий происходит по вине обслуживающего персонала, который не всегда обеспечивает необходимый уход и качественное выполнение текущего ремонта.
  • Конструкционные недостатки. Так, у двигателей прокатных станов основные отказы обусловлены повреждениями коллектора, что вызвано неблагоприятной коммутацией при peгулярных кратковременных перегрузках.
  • Наиболее частыми повреждениями возбудителей синхронных генераторов являются повреждения бандажей обмотки якоря, нарушения пайки петушков и износ коллектора. При этом надежность коллекторно-щеточного узла во многом зависит от мощности возбудителя.
  • В тяговых двигателях одной из частых причин отказов в работе является возникновение кругового огня на коллекторе. Это вызвано условиями эксплуатации (буксование колесных пар), невысоким качеством выпрямленного питающего напряжения, повышенными ударными и вибрационными нагрузками.
    О причинах и способах устранения искрения щеток, читайте здесь.
  • Повреждения обмоток якорей машин постоянного тока проявляются в пробое корпусной изоляции между пакетом стали якоря и обмоткой и пробое изоляции между витками.
    В крупных машинах постоянного тока проявляются в пробое корпусной изоляции между пакетом стали якоря и обмоткой и пробое изоляции между витками.
  • В крупных машинах постоянного тока повреждения проявляются в распайке соединительных петушков коллекторных пластин с обмоткой и в разрушении проволочных бандажей.
  • Отказы механических узлов машин постоянного тока определяются в основном состоянием шеек вала и подшипников качения и скольжения. Повреждения подшипников скольжения и шеек вала выражаются в виде износа вкладышей в гнездах подшипников, вытекания смазки из подшипников при. их неисправностях, нарушения работы смазочных колец в подшипниках.

Вибрация и шумы электрических машин

    Источники вибрации и шума электрических машин
  • Магнитные источники вибрации связаны с высшими пространственными гармоническими, которые обусловлены наличием зубцов на статоре и роторе, несимметрией и несинусоидальностью напряжения питания, эксцентриситетом воздушного зазора, несинусоидальным распределением МДС обмотки и целым рядом других причин.
  • Механические источники вибрации — это небаланс ротора, несоосность и перекос посадочных мест подшипника, отклонения в форме их колен и разброс размеров сепаратора, тепловая деформация ротора, прогиб вала, погрешности коллекторного узла и др.
  • Аэродинамические источники связаны с вентилятором и другими расположенными на роторе деталями.
    Силы магнитною происхождения в свою очередь делятся в зависимости от направления действия на аксиальные, тангенциальные и радиальные. Эти силы наиболее выражены в диапазоне частот 100—4000 Гц, в котором человеческое ухо обладает повышенной чувствительностью к шуму.
  • Аксиальные силы вызывают смещение ротора по отношению к сердечнику статора, что приводит к их взаимному аксиальному сдвигу и повышению уровня вибрации.
  • Тангенциальные силы создают вращающий момент. Эти силы также вызывают вибрации обмоток, особенно в зоне лобовых частей. Тангенциальные силы могут быть, особенно при несинусоидальном напряжении питания, источником изгибных колебаний корпуса электрической машины и соответствующих вибраций. Однако основные изгибные деформации корпуса электрической машины в широком спектре частот вызываются радиальными силами.
  • Магнитные удельные радиальные силы пропорциональны квадрату магнитной индукции в воздушном зазоре:
    P_r({alpha},~t)={B^2({alpha},~t)}/{2{mu_0}}
    где P_r({alpha},~t) — радиальная вибровозмущающая сила;
    B — индукция;
    alpha — пространственная координата;
    t — время.
    В воздушном зазоре электрической машины индукция магнитного поля может быть представлена суммой основной гармоники В1 и высших гармоник порядка i, обусловленных различными причинами j
    B=B_1+sum{i}{~}{~}sum{j}{~}{~}B_{ij}
  • Насыщение магнитопровода является причиной возникновения ряда дополнительных гармоник магнитной индукции, которые в свою очередь могут принять участие в образовании дополнительных вибровозмущающих сил. С достаточной для практических целей точностью насыщение при вибрационных расчетах учитывается третьей гармоникой индукции.
  • Аналогично в виде дополнительных гармоник магнитной индукции учитывается влияние эксцентричного расположения ротора.
  • В электрических машинах, особенно в асинхронных двигателях, возникают вибрации и при чисто синусоидальном магнитном поле в воздушном зазоре, когда спектр поля содержит только основную гармонику. В этом случае вибрации возникают под действием радиальной силы, которая деформирует осевую линию статора в -угольник с частотой, равной удвоенной частоте питания. В общем случае любые причины несинусоидальности магнитного поля следует рассматривать как причины увеличения виброактивности асинхронного двигателя прежде всего на двойной частоте питания.
    Причины возникновения повышенного уровня шума в двигателях описаны здесь.
  • Деформации отдельных деталей, узлов и машины в целом являются причиной возникновения звуковых волн — шума, причем интенсивность этого процесса зависит от возмущающих сил, упругих свойств материалов, используемых в электрической машине, конструкции и ее акустических свойств.
  • Среди вибровозмущающих сил механического происхождения следует отметить силы, обусловленные подшипниками качения. Интенсивность этого источника вибрации и шума зависит от целою ряда факторов, связанных с технологическими погрешностями изготовления подшипников качения и подшипникового узла. Большое значение имеют виброакустические свойства подшипниковых щитов, которые при определенной конструкции могут быть интенсивными излучателями звука.
    Основными недостатками подшипников в машинах с горизонтальным расположением вала, влияющими на уровень вибрации и шума, являются: недостаточная жесткость корпуса подшипника в продольном и поперечном направлениях, совпадение частоты собственных колебаний корпуса подшипника с частотой вращения ротора при различных режимах работы электрической машины, эксцентричная нагрузка на корпус подшипника, приводящая к изгибающему моменту, действующему в вертикальной плоскости.
  • Одним из основных источников вибрации и шума механического происхождения является остаточная неуравновешенность вращающихся частей электрической машины. Неуравновешенность ротора возбуждает значительные вибрации и шум, особенно в быстроходных машинах.
  • При трении щеток о коллектор или контактные кольца в электрической машине возбуждаются вибрации и шум, имеющие высокочастотные составляющие. Вибрации и шум, обусловленные коллекторно-щеточным узлом, характерны для крупных машин постоянного тока.
  • Силы аэродинамического происхождения вызывают вибрации и шум, уровень которых зависит от правильности выбора количества и формы лопаток, типа вентилятора, его аэродинамических свойств, числа и профиля вентиляционных каналов, правильности расположения вентиляторов относительно деталей и узлов электрической машины.
  • Технология производства оказывает большое влияние на стабильность виброакустических характеристик. Практика показывает, что их разброс даже у однотипных электрических машин может достигать 20 дБ.
  • Все неуравновешенные силы, возникающие в электрических машинах, вызывают изменяющиеся во времени дополнительные нагрузки на подшипники, в результате чего происходят виброперемещения последних. В совокупности с конструктивными недостатками подшипниковых узлов эти силы вызывают вибрацию электрической машины в целом.
    Следует особо отметить значение в шумообразовании подшипников волнистости и гранности рабочих поверхностей.
  • С увеличением номинального внутреннего диаметра подшипников их шум и вибрации возрастают на 1-2 дБ на единицу номера типоразмера подшипника.
  • В значительной мере виброактивность подшипников качения зависит от размеров радиального зазора. Возникающая при этом прецессия вала приводит к ударным взаимодействиям вала с телами качения, вследствие чего генерируется широкий спектр вибраций и шума.
  • Роликоподшипники имеют уровень вибрации и шума на 1-3 дБ больше, чем шарикоподшипники тех же размеров.
    Подробнее в статье: причины вибрации электродвигателя.
    Способы снижения уровня шума электрических машин
  • Снижение уровня шума и вибрации может быть достигнуто применением подшипников скольжения, которые обеспечивают достаточную бесшумность работы и повышенную вибростойкость.
  • Демпфирующее действие на вибрацию и шум электрической машины, вызванные колебаниями подшипникового узла, оказывает смазка подшипников. Выбор смазки производится с учетом частоты вращения, рабочей температуры узлов, нагрузки и характера окружающей среды.
    Правильный выбор смазки обеспечивает снижение критической частоты, рассчитанной для ротора на жестких подшипниках, и демпфирование виброперемещения ротора.
  • Устойчивость движения шейки вала на масляной пленке смазки можно повысить увеличением на нее нагрузки. Для этого целесообразно применять вкладыши специальной конструкции, которые позволяют повысить устойчивость движения шейки вала и достигнуть более точного центрирования оси последней.
  • В машинах с малонагружепными быстроходными роторами, имеющих широкий диапазон рабочей частоты вращения, целесообразно применять подшипники скольжения с самоустанавливающимися сегментами, которые под действием гидродинамического давления в масляном канале занимают оптимальное положение.
  • Улучшение виброакустических характеристик электрических машин может быть достигнуто применением осевого натяга с помощью пружинных шайб.
  • Снижению уровня вибрации способствует и установка подшипников качения во вкладыши из прессованного медного волокна определенной пористости. С помощью таких опор удается отстроиться от резонанса системы «ротор — корпус — основание» и понизить уровень вибраций на средних и высоких частотах до 12 дБ.

Нагревание электрических машин

  • Если нагрев происходит равномерно по всему объему машины, а рассеивание теплоты происходит равномерно со всей ее поверхности, то уравнение теплового баланса имеет вид: qdt=mcd{tau}+S{lambda}{tau}dt,
    где q — количество теплоты, выделяемой в машине в единицу времени: q=Q/{dt}=sum{}{}{P},
    sum{}{}{P} — суммарные потери мощности в двигателе, Вт; qdt=mcd{tau} — количество теплоты, расходуемой на нагревание машины;
    m — масса нагреваемого двигателя;
    c — удельная теплоемкость материала машины, т.е. количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг этого материала на 1°C;
    tau — превышение температуры нагрева машины над температурой окружающей среды;
    S{lambda}{tau} — количество теплоты, рассеиваемой с поверхности машины в окружающее пространство в единицу времени;
    lambda — коэффициент теплового рассеяния, т.е. количество теплоты, рассеиваемой с единицы поверхности двигателя в 1 секунду при превышении температуры на 1°C.
  • Режим теплового равновесия:
    qdt=S{lambda}{{tau}_{ycm}}dt, где
    {tau}_{ycm}={theta}_{ycm}-{theta}_{1}, где
    {theta}_{1} — температура нагрева в начальный период работы машины (не отличается от температуры окружающей среды), °C;
    {theta}_{ycm} — установившаяся температура нагрева машины, °C.
  • Установившаяся температура перегрева, °C:
    {tau}_{ycm}=q/{(S{lambda})}.
    Установившаяся температура перегрева определяется только количеством теплоты q, выделяемым в единицу времени, которое эквивалентно мощности потерь sum{}{}{P};
    Установившаяся температура перегрева обратно пропорциональна площади охлаждаемой поверхности S и коэффициенту теплового рассеяния lambda, т.е. зависит от интенсивности охлаждения машины.
  • Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов
    Класс нагревостойкости.
    Предельно допустимая температура.
    Электроизоляционные материалы, соответствующие данному классу нагревостойкости.
    Y
    90 °C
    Ненропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
    A
    105 °C
    Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    E
    120 °C
    Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    B
    130 °C
    Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими или пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    F
    155 °C
    Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетаний с синтетическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    H
    180 °C
    Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетаний с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.
    C
    > 180 °C
    Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими или элементоорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.

    Электроизоляционные материалы подробно представлены здесь.

  • Температура нагрева какой-либо части машины {theta}_2 при известной температуре ее перегрева {tau}_{ycm} и температуре окружающей среды {theta}_1 = 40 °C вычисляется по формуле:
    {theta}_2={tau}_{ycm}+{theta}_1={tau}_{ycm}+40.
    Перегрев обмотки статора асинхронного электродвигателя рассмотрен здесь.

Охлаждение электрических машин

    Способы охлаждения электрических машин
    По способам охлаждения электрические машины разделяют на два вида: машины с естественным охлаждением и машины с искусственным охлаждением.
  • Естественное охлаждение электрических машин.
    Эти машины не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины. Охлаждение происходит естественным путем за счет теплопроводности и конвекции.
    Теплопроводность — это передача теплоты внутри твердого тела от более нагретых к менее нагретым слоям. Например, пазовые части обмотки статора, нагреваясь, передают теплоту через слои пазовой изоляции в сердечник. Через места крепления сердечника теплота передается в корпус статора.
    Конвекция состоит в том, что частицы газа (воздуха), соприкасающиеся с поверхностью нагретого тела (лобовые части обмоток, сердечники, корпус), нагреваются, становятся легче и поднимаются вверх, уступая место менее нагретым частицам, и т.д. Такую конвекцию называют естественной. Во вращающейся машине имеет место еще и искусственная конвекция, обусловленная вращением ротора, который создает принудительную циркуляцию газа (воздуха), что усиливает эффект конвекции внутри машины.
  • Искусственное охлаждение электрических машин.
    В этих машинах применяют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий направленное движение газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу машин с искусственным охлаждением составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплен на собственном валу машины; в процессе работы он, вращаясь, создает аэродинамический напор. Самовентиляция может быть наружной и внутренней.
    При наружной самовентиляции воздухом обдувается внешняя поверхность корпуса статора. Машина в этом случае имеет закрытое исполнение с ребристой поверхностью (для увеличения поверхности охлаждения).
    При внутренней самовентиляции в корпусе и подшипниковых щитах машины делают специальные отверстия, через которые воздух из окружающей машину среды проникает внутрь машины, охлаждает ее, а затем выбрасывается наружу.
  • Все способы охлаждения электрических машин принято обозначать буквами IC, являющимися начальными буквами английских слов International Cooling, остальные буквы и цифры обозначают способ охлаждения машины. Сначала указывается буква, обозначающая вид хладагента: A — воздух, H — водород, W — вода и т.д.
    Если хладагентом является только воздух, то буква опускается.
    Затем идет несколько цифр: первая цифра условно обозначает устройство цепи охлаждения для циркуляции хладагента, например воздуха:
    0 — хладагент свободно поступает в электрическую машину и свободно выводится из нее;
    3 — хладагент поступает в машину через подводящую трубу и выводится из нее через отводящую трубу;
    4 — хладагент циркулирует в замкнутом объеме машины и отдает свою теплоту через поверхность корпуса машины (обычно ребристую) в окружающую среду;
    7 — хладагент циркулирует по замкнутой системе, включающей охладитель, и отдает свою теплоту хладагенту охладителя, встроенного в машину;
    8 — то же, что и 7, но охладитель установлен вне машины.
    Вторая цифра обозначает способ перемещения хладагента:
    0 — хладагент перемещается за счет свободной конвекции, вентилирующее действие ротора незначительно;
    1 — хладагент перемещается с помощью вентилятора, расположенного на валу машины;
    2 — хладагент перемещается с помощью вентилятора, расположенного не па валу машины, но вращаемого этим валом через передающее устройство, например зубчатую передачу;
    3 — то же, что и 2, но вентилятор вращается отдельным двигателем, получающим питание от выводов охлаждаемой машины;
    7 — хладагент перемещается с помощью независимого вентилятора, установленного вне охлаждаемой машины и включенного в сеть, независимо от нее;
    8 — хладагент перемещается внутри машины за счет движения машины через хладагент, например тяговый двигатель.
    Если машина имеет несколько цепей охлаждения (например, внутренняя вентиляция и наружный обдув), то в обозначении может быть четыре цифры: две — для обозначения наружной цепи охлаждения и две — для внутренней.
    Примеры способов охлаждения электрических машин.
    Разомкнутые системы охлаждения:
    IC01 — защищенная машина с внутренней самовентиляцией, вентилятор расположен на валу машины;
    IC31 — защищенная машина с самовентиляцией, вентилятор расположен на валу машины, воздух поступает в машину и удаляется из нее с помощью подводящей и отводяшей труб;
    IC0141 — закрытая машина с самовентиляцией, ребристая или гладкая поверхность станины обдувается снаружи внешним вентилятором, расположенным на валу машины.
    Замкнутые системы охлаждения:
    ICW37А81 — замкнутая система самовентиляции воздухом, водяной охладитель встроен в охлаждаемую машину;
    ICW37А97 — замкнутая система принудительной вентиляции воздухом, водяной охладитель установлен отдельно от охлаждаемой машины;
    ICW37А86 — замкнутая система принудительной вентиляции воздухом, водяной охладитель установлен непосредственно на машине.
    Применяемые в электрических машинах способы охлаждения находятся во взаимосвязи с конструктивными формами исполнения этих машин.

Определение термина «охлаждение электрических машин» смотрите здесь.

Конструктивные формы исполнения электрических машин

Конструктивные формы исполнения электрических машин определяются степенью защиты, способами охлаждения и монтажа, воздействием климатических факторов окружающей среды и категорией мест размещения электрических машин при эксплуатации.

    Степени защиты электрических машин
  • Степени защиты электрических машин для обслуживающего персонала и от попадания внутрь твердых тел и воды регламентированы ГОСТ 17494—72. Условное обозначение степени защиты состоит из двух букв IP (начальные буквы английских слов International Protektion) и двух цифр. Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями и от попадания внутрь машины твердых тел; вторая цифра обозначает степень защиты от проникновения воды внутрь машины.
    Для обозначения степеней защиты электрических машин напряжением до 1000 В применяют цифры.
    Цифры в обозначении степеней защиты электрических машин
    Первая цифра:
    0 — Специальная защита отсутствует.
    1 — Защита от проникновения твердых тел диаметром более 50 мм, исключено случайное прикосновение к токоведущим или движущимся частям внутри оболочки частью тела, например рукой.
    2 — Защита от проникновения твердых тел диаметром более 12 мм, исключено прикосновение пальцами к опасным частям внутри оболочки.
    3 — Защита от проникновения инструментов, проволоки и т.д. диаметром или толщиной более 2,5 мм.
    4 — Защита от проникновения твердых тел размером свыше 1 мм.
    5 — Защита от пыли. Пыль внутрь оболочки не может проникать в количестве, нарушающем работу изделия.
    Вторая цифра:
    0 — Защита отсутствует.
    1 — Защита от вертикально падающих капель воды.
    2 — Защита от капель воды при наклоне оболочки до 15°.
    3 — Защита от дождя под углом до 60°.
    4 — Защита от брызг в любом направлении.
    5 — Защита от водяных струй в любом направлении.
    6 — Защита от воздействия морских волн.
    7 — Защита при кратковременном погружении в воду на определенную глубину.
    8 — Защита при длительном погружении в воду при условиях, определяемых изготовителем.
  • Условные обозначения и описания степеней защиты электрических машин
    ІР00 — Машина, не имеющая специальной защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины, защиты от попадания твердых тел внутрь корпуса, защиты от проникновения воды.
    ІР01 — Машина, защищенная от капель воды, падающих вертикально на оболочку и не имеющая специальной защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины, защита от попадания твердых тел внутрь корпуса.
    ІР10 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм, защита от проникновения воды отсутствует.
    ІР11 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм и от капель воды, падающих вертикально на оболочку.
    ІР12 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм и от капель воды, падающих вертикально на оболочку при наклоне оболочки на любой угол до 15° относительно нормального положения.
    ІР13 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности человеческого тела (например, руки), от проникновения твердых тел размером более 50 мм и от капель воды, падающих на оболочку под углом 60° от вертикали.
    ІР20 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм, зашита от проникновения воды отсутствует.
    ІР21 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм и капель воды, падающих вертикально на оболочку.
    ІР22 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм и капель воды, падающих вертикально на оболочку при наклоне оболочки на любой угол до 15° относительно нормального положения.
    ІР23 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной более 80 мм, от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм и капель воды, падающих на оболочку под углом 60° от вертикали.
    ІР43 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм и капель воды, падающих на оболочку под углом 60° от вертикали.
    ІР44 — Машина, защищенная от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм и от воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении.
    IР54 — Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и от воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении.
    IР55 — Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и защищенная от струй воды, попадающих на оболочку в любом направлении.
    IР56 — Машина, не полностью защищенная от проникновения внутрь оболочки пыли (однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и защищенная от волн воды (вода при волнении не попадает внутрь оболочки в количестве, достаточном для повреждения).
    Способы охлаждения электрических машин
  • Способы охлаждения электрических машин
    рассмотрены здесь.
    Опытом проектирования и эксплуатации электрических машин определена увязка способов защиты со способами охлаждения электрических машин. Например, в машинах защищенного исполнения IР22 и IР23 обычно применяют способ охлаждения IС01, а для закрытых машин IР44, IР54 и IР55 — способ охлаждения IС0141. Но как для машин защищенного, так и для закрытого исполнений возможно применение независимой (принудительной) вентиляции.
    Способы монтажа
    Монтаж электрических машин определяет способ крепления электрической машины в месте ее установки и способ ее сочленения с рабочим механизмом. Монтаж машин в большинстве случаев осуществляется на лапах или посредством фланцев. При этом возможно горизонтальное или вертикальное расположение вала машины.
  • Разновидности конструктивного исполнения электрических машин по способу монтажа определяются ГОСТ 2479—79.
    Условное обозначение исполнения машины по способу монтажа состоит из букв IM (начальные буквы слов International Mounting) и четырех цифр.
    Первая цифра обозначает группу конструктивного исполнения:
    1 — на лапах с подшипниковыми щитами;
    2 — на лапах с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух щитах;
    3 — без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на одном или двух щитах;
    4 — без лап с подшипниковыми щитами, с фланцем на станине;
    5 — без подшипниковых щитов;
    6 — на лапах с подшипниковыми щитами со стояковыми подшипниками;
    7 — на лапах со стояковыми подшипниками (без подшипниковых щитов);
    8 — с вертикальным валом, кроме позиций 1, 2, 3 и 4 данного перечня;
    9 — специальное исполнение по способу монтажа.
    Вторая и третья цифры обозначает способ монтажа: пространственное положение машины и направление выступающего конца вала, причем если третья цифра 8, то машина может работать при любом пространственном положении вала.
    Четвертая цифра обозначает количество и форму исполнения выступающих концов вала:
    0 — без выступающего конца вала;
    1 — с одним выступающим концом вала цилиндрической формы;
    2 — с двумя выступающими концами вала цилиндрической формы;
    3 — с одним выступающим концом вала конической формы;
    4 — с двумя выступающими концами вала конической формы;
    5 — с одним выступающим фланцевым концом вала;
    6 — с двумя выступающими фланцевыми концами вала;
    7 — с двумя выступающими концами вала: со стороны привода — фланцевым, а с противоположной стороны — цилиндрическим;
    8 — все прочие исполнения выступающих концов вала.
    Примеры условных обозначений конструктивного исполнения электрических машин по способу монтажа
    ІМ1001 — машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и одним цилиндрическим концом вала.
    ІМ2003 — машина на лапах с фланцем, доступным с обратной стороны, на одном подшипниковом щите и с одним коническим концом вала.
    ІМ3011 — машина с двумя подшипниковыми щитами, с фланцем, доступным с обратной стороны, опорная плоскость фланца обращена к стороне выступающего цилиндрического конца вала.
    ІМ5706 — машина на приподнятых лапах и опорных плитах со станиной, ротором и валом, с двумя фланцевыми концами вала.
    ІМ5710 — машина на приподнятых лапах и опорных плитах со станиной и ротором без выступающего конца вала.
    ІМ6505 — машина с двумя подшипниковыми щитами, на лапах с двумя стояковыми подшипниками, без фундаментной плиты, с одним фланцевым концом вала.
    ІМ7311 — машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и одним цилиндрическим концом вала.
    ІМ7312 — машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и двумя цилиндрическими концами вала.
    ІМ7315 — машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, фундаментной плитой и одним фланцевым концом вала.
    ІМ7321 — машина на приподнятых лапах с двумя стояковыми подшипниками, опорной плитой и одним цилиндрическим концом вала.
    ІМ7325 — машина на приподнятых лапах с одним стояковым подшипником, опорной плитой и одним фланцевым концом вала.
    Условные обозначения климатического исполнения электрических машин
  • У — с умеренным климатом.
  • ХЛ — с холодным климатом.
  • УХЛ — с умеренным и холодным климатом.
  • ТВ — с влажным тропическим климатом.
  • ТС — с сухим тропическим климатом.
  • Т — с сухим и влажным тропическим климатом.
  • О — для всех макроклиматических районов на суше (общеклиматическое исполнение).
  • М — с умеренно-холодным морским климатом.
  • ТМ — с морским тропическим климатом, в том числе и на судах каботажного плавания.
  • ОМ — на судах неограниченного района плавания.
  • В — для всех макроклиматических районов на суше и на море.
    Категории размещения электрических машин
  • 1 — Для эксплуатации на открытом воздухе (воздействие совокупности климатических факторов, характерных для данного микроклиматического района).
  • 2 — для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, а также отсутствует прямое воздействие солнечного излучения и атмосферных осадков.
  • 3 — для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры, влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе.
  • 4 — для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями.
  • 5 — для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых помещениях, в том числе в шахтах).
    В электрических машинах, имеющих дополнительные устройства или специальное назначение, в обозначении типоразмеров применяют дополнительные обозначения в виде буквы:
  • Б — со встроенной температурной защитой;
  • В — встраиваемые (поставляемые в виде сердечников статора и ротора с обмотками, без станины и подшипниковых щитов, для встраивания этих элементов непосредственно в рабочий механизм);
  • Е — (после обозначения габарита) со встроенным тормозом;
  • Е — (перед обозначением габарита) однофазный двигатель;
  • Ж — с удлиненным валом;
  • П — повышенной точности к установочным размерам;
  • Н — малошумное исполнение.
    Термины и определения основных понятий, применительно к видам зашиты электрических машин.
    Все термины и определения здесь.
  • Открытая электрическая машина — машина, не защищенная оболочкой от прикасания к ее частям, находящимся под напряжением, опасным движущимся частям и от попадания внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли.
  • Защищенная электрическая машина — машина, снабженная оболочкой для защиты от прикасания к ее частям, находящимся под напряжением, опасным движущимся частям и от попадания внутрь посторонних предметов, жидкости и пыли.
  • Закрытая электрическая машина — защищенная машина, выполненная с такой оболочкой, что возможность сообщения между ее внутренним пространством и окружающей средой может иметь место только через неплотности соединения частей машины.
  • Пылезащищенная электрическая машина — защищенная машина, выполненная так, что исключается попадание внутрь ее оболочки пыли в количестве, вызывающем нарушение работы машины.
  • Герметичная электрическая машина (водонепроницаемая, газонепроницаемая) — защищенная машина, выполненная с такой оболочкой, что практически исключена возможность сообщения между ее внутренним пространством и окружающей средой.
  • Водозащищенная электрическая машина — защищенная машина, выполненная так, что при обливании ее водой исключается попадание воды внутрь оболочки в количестве, вызывающем нарушение работы машины.
  • Взрывозащищенная электрическая машина — защищенная машина специального назначения, выполненная таким образом, что устранена или затруднена возможность воспламенения окружающей ее взрывоопасной среды вследствие эксплуатации этой машины.
  • Погружная электрическая машина — машина специального назначения, предназначенная для эксплуатации в условиях погружения в жидкость.

Техническое обслуживание электрических машин

    Основные понятия и определения
  • Техническое обслуживание — это организационные и технические мероприятия, выполняемые в процессе эксплуатации электрической машины, направленные на поддержание ее работоспособности с технико-экономическими параметрами, указанными в паспорте этой машины. Работы по ТО и ремонту электрических машин — ссылка. Объем работ по техническому обслуживанию и ремонту электрических машин — ссылка.
    Электрические машины подразделяют на ремонтопригодные и неремонтопригодные. При износе неремонтопригодной машины ее заменяют новой. Ремонтопригодные электрические машины периодически ремонтируют с целью восстановления их технических параметров. Существующие виды ремонта разделяют по объему, назначению и способам организации. По объему ремонты делят на текущие, средние и капитальные. Содержание типовых ремонтных работ электрических машин переменного и постоянного тока — ссылка.
  • Текущий ремонт проводят во время эксплуатации электрической машины. Такой ремонт состоит в замене износившихся частей машины и ее регулировке (например, замена контактных щеток, их притирка к коллектору или контактным кольцам и регулировка силы их прижатия).
  • При среднем ремонте производят частичную разборку электрической машины и замену изношенных деталей и узлов. В результате такого ремонта технические параметры машины должны быть восстановлены.
  • При капитальном ремонте производят полную разборку машины с заменой или восстановлением любых ее частей, включая обмотки. При капитальном ремонте ресурс машины должен быть восстановлен.
    Виды износа электрических машин
  • Механический износ является следствием механических воздействий. Такому износу подвержены коллектор, контактные кольца, щетки, подшипники, шейки валов (в машинах с подшипниками скольжения). Кроме того, под воздействием твердых частиц пыли, проникающей в машину, происходит абразивный износ изоляции обмоток. Это относится в первую очередь к лобовым частям обмоток, расположенным на пути воздушного потока, направляемого вентиляторами.
  • Электрический износ ведет к невосстанавливаемой утрате свойств электрической изоляции. Происходит это из-за тепловых, электрических и механических воздействий на изоляционные материалы. Тепловые воздействия неминуемо связаны с работой электрической машины, сопровождаемой потерями энергии, которые вызывают нагрев машины. Но это воздействие становится наиболее разрушительным при перегревах машины до температур, превышающих допустимые значения для класса нагревостойкости данного изоляционного материала. Тепловое влияние снижает эластичность изоляции, делает ее более подверженной разрушительному действию механических сил.
    Причинами электрического воздействия на изоляцию являются возникающие в машине перенапряжения. Это в первую очередь относится к коммутационным перенапряжениям, способным вызвать пробой межвитковой изоляции обмотки. Перенапряжения могут возникать при питании электродвигателя от частотного преобразователя с широтно-импульсной модуляцией.
  • Механические воздействия на изоляцию возникают из-за вибраций машины или при действии на обмотку знакопеременных электродинамических сил при прохождении по этим обмоткам переменного тока, из-за действия центробежных сил на якорь. Механические действия на изоляцию многократно усиливаются в аварийных ситуациях, главным образом в режиме короткого замыкания, когда токи в обмотках возрастают многократно. Износ изоляции обмоток электрических машин особенно нежелателен, так как он требует либо выполнения капитального ремонта машины, либо ее замены.
  • Моральный износ электрической машины связан с разработкой и внедрением в производство новых электрических машин с более высокими технико-экономическими показателями. При этом эксплуатируемые электрические машины оказываются устаревшими и их дальнейшая эксплуатация становится нерентабельной. Моральный износ является следствием технического прогресса.
    Подготовка и пробный пуск электродвигателя
    Установке двигателя для эксплуатации предшествует выбор места этой установки. При этом необходимо учесть следующее:
    а) место установки двигателя должно исключить возможность попадания на его обмотки и токосъемные устройства воды, масла, эмульсии и т. п.; вибрации фундаментов и частей здания не должны превышать значений, допустимых для выбранного двигателя;
    б) шум, создаваемый двигателем совместно с приводимым механизмом, не должен превышать уровня, допустимого санитарными нормами для места эксплуатации электропривода;
    в) проходы для обслуживания электропривода между фундаментами или корпусами двигателей должны быть не менее допустимых значений, обеспечивающих нормальное обслуживание, указанных в гл. 5.1 «Правила устройства электроустановок» — ссылка;
    г) двигатели и аппараты управления ими, имеющие степень защиты ниже IР44, а также резисторы всех исполнений по степени зашиты должны быть установлены на расстоянии не менее 1 м от конструкций здания, выполненных из сгораемых материалов;
    д) двигатели на напряжение питания выше 1 кВ разрешается устанавливать непосредственно в производственных помещениях; при расположении выводов обмотки под статором двигатели следует устанавливать на фундаменте со специальной камерой, т.е. фундаментной ямой, которая должна удовлетворять требованиям, изложенным в гл. 4.2 «Правила устройства электроустановок».
    Далее следует подготовка двигателя к пробному пуску. При этом необходимо выполнить определенный комплекс работ.

  1. Осмотр двигателя.
    Проверить соответствие записи на металлической пластине, прикрепленной к корпусу двигателя, записям в техническом паспорте на этот двигатель. Затем приступить к осмотру двигателя. При этом необходимо проверить состояние наружной поверхности двигателя, обратив внимание на состояние покрытия, на отсутствие каких-либо повреждений (вмятин, трещин) на корпусе, подшипниковых щитах и крышках, на выходных концах вала; проверить наличие рым-болтов, заземляющих болтов, наличие и достаточность затяжки всех крепежных болтов на подшипниковых щитах и крышках, кожухе вентилятора, жалюзи, люках; снять крышку коробки выводов и проверить состояние клемм (шпилек) и достаточность затяжки гаек, крепящих наконечники выводов обмоток к шпилькам панели коробки выводов. Необходимо проверить обозначение (маркировку) выводов электрической машины. В соответствии с действующими стандартами принято обозначение выводов электрических машин, приведенное здесь.
    В двигателях постоянного тока кроме перечисленного следует проверить: состояние коллектора (отсутствие вмятин, царапин, чистота поверхности); крепление щеточной траверсы; щеткодержатели (исправность пружин) и их шахматное расположение по длине коллектора; отсутствие сколов на щетках и притирку щеток к коллектору. Проверить затяжку крепящих болтов и других элементов двигателя. В процессе осмотра поверхность машины следует протереть сухой тряпкой, а внутреннюю полость продуть сжатым воздухом.
  2. Проверка свободного вращения вала «от руки».
    При повороте свободного конца вала ротор (якорь) двигателя должен вращаться без каких-либо задеваний (о чем свидетельствуют характерные звуки) и заклинивания. Ротор двигателя должен сделать несколько оборотов. Если имеют место перечисленные неполадки, то это указывает на повреждения, полученные двигателем при транспортировке: нарушение воздушного зазора между статором и ротором (якорем), неполадки в подшипниках. В этом случае двигатель следует разобрать, найти и устранить повреждения.
  3. Присоединение заземляющих проводов (шин).
    Заземляющих проводов должно быть не менее двух (по количеству заземляющих болтов на двигателе); место присоединения заземляющих проводов (шин) должно быть очищено от краски, ржавчины либо другого загрязнения.
  4. Измерение сопротивления электрической изоляции обмоток.
    Известно, что электрическая изоляция обмоток электрической машины обладает гигроскопичностью (влагопоглощением), поэтому при продолжительном нахождении машины на складе либо другом помещении в изоляцию обмоток проникает влага и ее электрическое сопротивление резко снижается. В связи с этим прежде чем включать двигатель в сеть, необходимо проверить электрическое сопротивление изоляции каждой обмотки относительно корпуса (земли) и сопротивление изоляции между обмотками.
    Нормы сопротивления изоляции установлены либо в стандартах (ГОСТ), либо в технических условиях (ТУ) на конкретные типы электрических машин с обязательным указанием температуры, при которой должны проводиться измерения. В соответствии с правилами технической эксплуатации электроустановок (ПТЭ) при температуре изоляции, равной температуре окружающей среды, сопротивление изоляции обмоток низковольтных (Uном < 1000 В) машин переменного тока должно быть не менее 1 МОм, а машин постоянного тока — не менее 0,5 МОм.
    Измерение сопротивления изоляции выполняют измерительным прибором — мегомметром, состоящим из магнитоэлектрического генератора постоянного тока и омметра. Сопротивление изоляции обмоток с номинальным напряжением до 660 В надлежит измерять мегомметром напряжением 500 В, а для обмоток с более высоким номинальным напряжением — мегомметром с напряжением 1000 В; при номинальном напряжении обмотки 3000 В и выше применяют мегомметры с напряжением 2500 В. Если обмотка соединена с корпусом через конденсатор, то обмотку следует отсоединить от конденсатора.
    Во время проведения измерений стрелка прибора не сразу останавливается в определенном положении. Постепенный подход стрелки к установившемуся положению объясняется процессом поляризации, возникающим в изоляции, т.е. происходит как бы зарядка конденсатора, диэлектриком которого является изоляция обмотки. Продолжительность установления показаний прибора тем больше, чем меньше содержание влаги в изоляции. Это свойство положено в основу оценки степени увлажненности изоляции методом абсорбции. С этой целью результаты измерения сопротивления записывают дважды: через 15 с (сопротивление Rиз15) и через 60 с (сопротивление Rиз60) после начала измерения. Изоляция считается достаточно сухой, если при температуре от +10 до +30 °С отношение сопротивлений Rиз60/Rиз15, называемое коэффициентом абсорбции, k ≥ 1,3. При влажной изоляции указанные сопротивления мало различаются или почти не отличается от единицы. Если в обмотку машины заложены датчики температуры, то следует также провести измерение изоляции и этих элементов. В этом случае все обмотки машины необходимо соединить с корпусом машины. Это измерение следует проводить прибором с напряжением не более 250 В.
    В некоторых электрических машинах для предотвращения возникновения подшипниковых токов (подшипниковые токи и способы их устранения рассмотрены здесь), ведущих к разрушению подшипников, применяют электрическую изоляцию последних, при этом один подшипник оставляют неизолированным для отвода в землю статических зарядов. В таких машинах следует также измерить сопротивление изоляции подшипников. При таком измерении необходимо ввести сухую изолирующую прокладку между валом и вкладышем неизолированного подшипника.
    При выполнении измерений мегомметром с ручным приводом следует вращать рукоятку равномерно с частотой 120 об/мин. Приборы обычно снабжают центробежным ограничителем частоты вращения, которые при вращении более чем 120 об/мин разъединяют вал рукоятки от вала генератора. Продолжительность такого вращения составляет не менее одной минуты, а при использовании мегомметра на 2500 В и выше продолжительность вращения может составить не менее 3 мин. В этом случае целесообразно применение приборов с электроприводом генератора или с выпрямительным устройством вместо генератора.
    Во время измерений происходит зарядка цепей аналогично зарядке конденсатора. Поэтому по окончании измерения провода обмоток следует соединить с заземленным корпусом машины. Во избежание искажений измерений поверхность мегомметра должна быть чистой и сухой.
  5. Сушка электрической машины.
    Увлажненность изоляции обмоток устраняют сушкой путем индукционного, токового или внешнего нагрева.
    При индукционном нагреве вокруг корпуса машины наматывается кольцевая намагничивающая обмотка, подключаемая к источнику переменного тока. Переменное магнитное поле, создаваемое обмоткой, вызывает индукционный нагрев машины, что и способствует ее сушке. Для более качественной сушки целесообразно вынуть из машины ротор и сушить статор и ротор раздельно.
    Более простым является токовый метод сушки, при котором по обмоткам пропускают постоянный или переменный ток, что вызывает нагрев обмоток и сушку их изоляции. Во избежание чрезмерного перегрева обмоток (машина неподвижна и вентиляция отсутствует) ток в обмотках не должен превышать 40—60 % от номинального значения тока данной обмотки. Поэтому при токовом нагреве необходимо подводить напряжение к обмоткам через регулятор.
    При внешнем нагреве горячий сухой воздух направляется на корпус электрической машины, который нагревается и равномерно передает теплоту всем обмоткам машины, вызывая сушку их изоляции. Внешний нагрев электрической машины можно выполнить посредством мощных электроламп.
    В процессе сушки необходимо контролировать температуру нагрева обмоток, которая не должна превышать расчетную рабочую температуру нагрева обмоток в зависимости от класса нагревостойкости изоляции (см. здесь).
    Возможен нагрев синхронных машин и машин постоянного тока при коротком замыкании обмоток и создании в них генераторного режима работы, вращая ротор (якорь) от приводного двигателя. В этом случае необходима регулировка тока в обмотке возбуждения и наличие комплекта измерительных приборов для контроля величины токов в обмотках.
    В процессе сушки через каждые 1 — 2 ч измеряют сопротивление изоляции. В первые часы сушки это сопротивление может уменьшиться, что объясняется распариванием отсыревшей изоляции, но затем сопротивление изоляции увеличивается и достигает установившегося значения. Сушку считают законченной, когда сопротивление изоляции и коэффициент абсорбции в течение нескольких часов остаются неизменными. При мощности машин до 400 кВт коэффициент абсорбции можно не контролировать.
  6. Пробный пуск двигателя.
    Соединяют обмотки двигателя требуемым образом и подключают к клеммам коробки выводов двигателя провода от автоматического выключателя (автомата). Проверяют наличие в схеме питания двигателя защитных устройств и их настройку на параметры двигателя. Если подшипники двигателя имеют устройства для пополнения смазки, то следует залить смазку. Исходя из мощностей питающей сети и двигателя принимают решение о необходимости применения специальных методов пуска.
    Двигатель включают в сеть кратко-временно (на 3 — 5 с), обратив внимание на направление вращения (соответствует ли оно указанному на двигателе), отсутствие посторонних шумов, состояние защитных устройств. Если никаких признаков неисправности не обнаружилось, то пуск в режиме холостого хода повторяют на более продолжительное время. При этом измеряют ток холостого хода двигателя, который не должен превышать указанный в документации на двигатель более чем на 10 %.
    Монтаж и обслуживание электрических машин
  1. Монтаж. Перед монтажом электрической машины необходимо выполнить осмотр машины, устранить возможные неисправности, проверить вращения «от руки», измерить электрическое сопротивление изоляции обмоток, возможно выполнить сушку обмоток.
    Машина, поступившая на место монтажа в собранном виде, устанавливается на металлической раме, которая крепится на специальном фундаменте либо на том же основании, на котором расположена рабочая машина. Так как установочные размеры машины имеют допуски, при монтаже машины на металлической раме приходится пользоваться металлическими прокладками, которые следует заготовить заранее.
    Обычно вал электрической машины (двигателя) соединяют с валом рабочей машины посредством муфт. Из большого конструктивного разнообразия соединительных муфт наибольшее применение получили упругие втулочно-пальцевые муфты типа МУВП. Передача вращательного движения от одной полумуфты к другой в этой муфте происходит через упругие резиновые втулки, надетые на пальцы. Эта муфта обладает компенсирующими свойствами: устраняет последствия небольшой несоосности сопрягаемых валов, возникшей при монтаже машины или в процессе эксплуатации.
    Для соединения двух валов посредством муфты на концы этих валов напрессовывают полумуфты, предварительно проверив цилиндричность и соответствие наружных диаметров валов и внутренних диаметров полумуфт с помощью измерительных скоб и нутромеров. Посадка полумуфт на валы выполняется в горячем состоянии. Сочленяемые валы при установке полумуфт могут иметь радиальное или угловое смещение, что при работе двигателя приводит к значительным вибрациям и разрушению подшипников. Центровку валов выполняют посредством радиальноосевых скоб.
    Контроль точности центровки осуществляется по величинам радиальных и осевых зазоров в четырех точках, равномерно расположенных по периметру муфты, т.е. при одновременном повороте двух валов через 90°. С этой целью на полумуфтах наносят риски. Разность зазоров диаметрально противоположных положениях валов должна быть меньше допустимых отклонений. Для упругой втулочно-пальцевой муфты наибольшее допустимое отклонение центровки вала в зависимости от частоты вращения составляет:

    Частота вращения,
    об/мин
    Допустимое отклонение,
    мм
    3000 0,20
    1500 0,30
    750 0,40
    500 0,50


    После центровки валов затягивают болты крепления электрической машины к основанию, проверяют, не нарушилась ли при этом центровка валов и проверяют свободу вращения вала.
  2. Обслуживание электродвигателей.
    В процессе эксплуатации электрической машины необходимо контролировать ее состояние.
    1. Контроль за температурой нагрева электродвигателя состоит в периодическом измерении температуры отдельных его частей. Температура нагрева обмоток не должна превышать значений, допустимых для класса нагревостойкости изоляции, примененной в электродвигателе. Большое значение при этом имеет отклонение напряжения питания от номинального значения. Работа электродвигателя с номинальной нагрузкой не допускается, если напряжение в сети снизилось более чем на 5 % или повысилось более чем на 10 % относительно номинального значения. Перегрузка электродвигателя сверхноминальной возможна, если в каталоге на данный электродвигатель имеется информация, что такая перегрузка допустима с указанием ее продолжительности. Нагрузка на электродвигатель должна быть снижена, если температура окружающей среды превысила допустимое значение (для машин общего назначения это 40 °С).
    При измерении температуры могут применяться пирометры, ртутные и спиртовые термометры, прикладываемые к наиболее доступным местам электродвигателя, возможен метод определения температуры измерением электрического сопротивления обмоток или же применением температурных датчиков, заложенных в обмотку или другие части электродвигателя.
    2. Подшипники качения, применяемые обычно в электрических машинах мощностью до 500 кВт, в процессе работы машины также нагреваются. Предельно допустимая температура их нагрева 100 °С. Если подшипник нагревается свыше указанной температуры, то электродвигатель следует остановить, выяснить причину перегрева подшипника и устранить ее. При необходимости подшипник следует заменить.
    Вид смазки подшипника и периодичность ее замены или пополнения должны соответствовать инструкции по эксплуатации данного электродвигателя. При пополнении или замене смазки подшипник следует внимательно осмотреть и в случае обнаружения его чрезмерного износа или повреждения заменить.
    3. Подшипники скольжения, применяемые в электродвигателях мощностью 500 кВт и более, залиты баббитом, поэтому при длительной работе его температура не должна превышать 80 °С. В этих подшипниках возможно применение принудительной системы смазки: либо масло подается в подшипник под напором, либо оно подается на шейку вала посредством свободно вращающихся колец (одного или нескольких), нижняя часть которых помещена в ванну (картер) с постоянным объемом масла. Уровень масла в этой ванне должен поддерживаться на отметке указателя уровня, а если же отметка отсутствует, то уровень следует поддерживать на середине маслоуказательной стеклянной трубки. При завышенном уровне масла в подшипнике возникает опасность попадания масла на обмотку машины, что может привести к повреждению изоляции обмотки и выходу двигателя из строя.
    При нормальной работе подшипника доливку масла делают обычно один раз в месяц, а замену — не реже одного раза в год.
    Признаком недостаточного уровня масла в ванне подшипника скольжения является чрезмерно быстрое вращение колец, сопровождаемое легким позваниванием.
    4. Коллектор и щетки в электродвигателях постоянного тока нуждаются в контроле их состояния. При работе электродвигателя с номинальной нагрузкой на коллекторе не должно превышать допустимую степень искрения.

    Степень искрения (класс коммутации) электрических машин постоянного тока
    Степень искрения (класс коммутации)
    Характеристика степени искрения
    Состояние коллектора и щеток
    1
    Отсутствие искрения (темная коммутация)
    Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках

    Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки
    То же

    Слабое искрение под большой частью щетки
    Появление следов почернения на коллекторе, легко устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках
    2
    Искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и перегрузки
    Появление следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках
    3
    Значительное искрение под всем краем щетки с наличием вылетающих искр. Допускается только для моментов прямого (без реостатных ступений) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы
    Значительное почернение на коллекторе, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также подгар и разрушение щеток

    Примечание. При номинальном режиме работы машины искрение не должно превышать степень .
    Причины, вызывающие искрение на коллекторе, весьма разнообразны, поэтому если искрение выходит за пределы допустимого. Необходимо следить, чтобы щетки равномерно перекрывали поверхность коллектора, что способствует равномерному износу коллектора. Поверхность щеток должна быть блестящей и всей поверхностью прилегать к коллектору. Сколы щеток недопустимы. Все пластины коллектора должны иметь одинаковый цвет. Если же некоторые пластины имеют более светлый оттенок, то это свидетельствует об их более интенсивном износе. Искрение щеток машины постоянного тока рассмотрено здесь.
    5. Необходимо, чтобы при пуске трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором прямым включением в сеть падение напряжения в питающей сети не превышало допустимых значений. С этой целью при определении максимально допустимой мощности двигателя целесообразно воспользоваться данными таблицы:

    Максимально допустимая мощность асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при его пуске прямым включением в сеть
    Источник питания Максимальная мощность электродвигателя
    Трансформатор, питающий силовую сеть 20 % мощности трансформатора при частых пусках, 30% — при редких
    Трансформатор, питающий силовую и осветительную сети 4 % мощности трансформатора при частых пусках, 8 % — при редких
    Электростанция малой мощности 12 % мощности электростанции
    Блок «трансформатор—двигатель» До 80 % мощности трансформатора
    Высоковольтная сеть Не более 3 % мощности трехфазного короткого замыкания в точке присоединения электродвигателя
    Часто встречающиеся неисправности электрических машин
    Виды неисправностей электрических машин и причины их появления рассмотрены здесь.
  • Неисправность: при включении в сеть ротор (якорь) неподвижен.
    Причина: на входных клеммах машины отсутствует напряжение, либо оно слишком мало.
    Способ устранения: проверить питающую линию, устранить повреждение и обеспечить подачу номинального напряжения.
  • Неисправность: при включении в сеть ротор неподвижен, сильное гудение, интенсивное нагревание.
    Причина:
    1) разрушен подшипник;
    2) задевание ротора о статор;
    3) заклинило вал рабочего механизма.
    Способ устранения: отсоединить вал двигателя от вала механизма и вновь включить двигатель, если вал двигателя остается неподвижным, снять двигатель и отправить в ремонт.
  • Неисправность: остановка работающего двигателя.
    Причина:
    1) прекращена подача напряжения;
    2) сработала защита двигателя.
    Способ устранения:
    1) найти и устранить разрыв в питающей цепи;
    2) выяснить причину срабатывания защиты (перегрузка двигателя, значительно изменилось напряжение в сети), устранить ее и включить двигатель.
  • Неисправность: двигатель не достигает требуемой частоты вращения, сильно перегревается.
    Причина:
    1) двигатель перегружен;
    2) подшипник вышел из строя.
    Способ устранения:
    1) устранить перегрузку;
    2) заменить подшипник.
  • Неисправность: двигатель сильно перегревается.
    Причина:
    1) двигатель перегружен;
    2) повышено или понижено напряжение сети;
    3) повышена температура окружающей среды;
    4) нарушена вентиляция двигателя (засорились каналы подачи воздуха па вентилятор, загрязнена поверхность двигателя).
    Способ устранения:
    1) устранить перегрузку;
    2) выяснить и устранить причину отклонения напряжения от номинального;
    3) устранить причину и понизить температуру до допустимого значения.
    4) очистить вентиляционные каналы подачи воздуха на вентилятор и устранить загрязнение поверхности двигателя;
  • Неисправность: работа двигателя сопровождается сильным гудением, появился дым.
    Причина: произошло замыкание витков некоторых катушек обмотки статора или короткое замыкание одной фазы.
    Способ устранения: двигатель отправить в ремонт.
  • Неисправность: сильная вибрация двигателя.
    Причина: нарушилась балансировка вентиляторного колеса двигателя либо другого элемента, установленного на валу двигателя.
    Способ устранения: устранить небаланс вентилятора либо другого элемента, установленного па валу двигателя.
  • Неисправность: подшипник перегревается, в нем слышны шумы.
    Причина:
    1) подшипник и смазка в нем загрязнены;
    2) подшипник изношен;
    3) нарушена центровка валов двигателя и рабочей машины.
    Способ устранения:
    1) удалить из подшипника смазку, промыть его и заложить новую смазку;
    2) заменить подшипник;
    3) произвести центровку валов.
  • Неисправность: двигатель не отключается от сети при нажатии кнопки «Стоп».
    Причина: «залипли» контакты магнитного пускателя.
    Способ устранения: отключить двигатель автоматическим выключателем и заменить магнитный пускатель.
  • Неисправность: при включении в сеть двигатель работает неустойчиво.
    Причина: силовые контакты магнитного пускателя не создают устойчивого соединения.
    Способ устранения: заменить магнитный пускатель.
  • Неисправность: разрушение лап машины в местах их присоединения к корпусу.
    Причина:
    1) очень сильная вибрация машины;
    2) нарушение соосности сочлененных валов двигателя и рабочей машины.
    Способ устранения:
    1) определить несбалансированные вращающиеся элементы и выполнить их балансировку;
    2) разъединить валы и восстановить их соосность.
  • Неисправность: разрушение гнезд с резьбой в корпусе для крепления подшипниковых щитов.
    Причина:
    1) слишком сильная вибрация;
    2) разрушен подшипник.
    Способ устранения:
    1) устранить причины, вызывающие такую вибрацию;
    2) заменить подшипник.
  • Неисправность: ослабление крепления подшипника в подшипниковом щите.
    Причина:
    1) слишком большая радиальная нагрузка на выходной конец вала, приведшая к износу места посадки подшипника в щите;
    2) очень большая вибрация машины.
    Способ устранения:
    1) уменьшить радиальную нагрузку и заменить двигатель; применить двигатель другого типоразмера, способный без разрушения выдержать существующую радиальную нагрузку;
    2) устранить причины сильной вибрации и заменить двигатель.

Литература.
1.Справочник по электрическим машинам. М.М. Кацман. 2005.
2.Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. 1988.

В помощь студенту