Температура асинхронного двигателя

Эксплуатация и ремонт электродвигателей

Эксплуатация электродвигателей.

Для правильной эксплуатации электродвигателя необходимо своевременно выполнять техническое обслуживание, контролировать его работу, выявлять и устранять неисправности.

Часто причиной выхода электродвигателя из строя является перегрев обмоток за счет увеличения рабочего тока, поэтому при его эксплуатации необходимо проверять температуру нагрева. Нагрев статора у двигателя средней мощности можно проверить наощупь. На двигателях большой мощности для контроля температуры устанавливают термометры. Допустимая температура нагрева электродвигателя определяется классом изоляции. Так, обмотки статора электродвигателей серии А в защищенном исполнении, а также в закрытом обдуваемом исполнении 3-5-го габаритов имеют изоляцию класса А. Предельная температура для таких обмоток 95 о С.

Обмотки двигателей серии А2 выполнены проводом с изоляцией класса Е, допустимая температура которой 120 о С. В двигателях большой мощности серии А закрытого исполнения принята изоляция класса В с допустимой температурой 130 о С.

Температура на поверхности двигателей в установившемся режиме на 15-20 о С ниже температуры обмоток. Повышение температуры двигателей вызвано увеличением тока в обмотках статора по сравнению с номинальной. Поэтому для контроля за работой двигателей мощностью 40 кВт и выше устанавливаются амперметры. Причиной перегрева электродвигателей может быть и ухудшение условий охлаждения - двигатель загрязнен, укрыт кожухом или неисправен вентилятор.

Перед включением в работу любого электродвигателя его необходимо осмотреть, проверить пускорегулирующее устройство, наличие заземления. Если электродвигатель находится в ремонте или не работал более 20 суток, необходимо проверить сопротивление изоляции, наличие масла в подшипниках, состояние приводимого механизма.

Перегрузка электродвигателей по току выводит их из строя, так как увеличение тока в обмотке вызывает квадратичное повышение температуры. Следовательно, длительная перегрузка электродвигателя может привести к порче изоляции обмоток.

Перегрузка электродвигателя может быть определена изменением потребляемого тока. Но и при нормальной загрузке рабочей машины обмотка статора будет перегружаться по току при следующих условиях: неправильно соединена обмотка статора, т.е. при требуемом соединении ее "в треугольник" она соединена "в звезду". В этом случае электродвигатель на холостом ходу может развивать нормальную скорость, а при увеличении нагрузки до номинальной будет останавливаться; при пониженном напряжении в сети потребляемый электродвигателем ток возрастает и скорость вращения ротора снижается; плохой контакт в цепи статора во время работы двигателя может привести к потере одной из фаз, тогда в двух других фазах ток значительно возрастает; при повреждении механизма замыкания обмотки ротора у электродвигателя с фазным ротором двигатель будет работать с введенным сопротивлением и не разовьет номинальную скорость; повышенное напряжение в сети; затвердевшая, загрязненная смазка, излишнее трение уплотнений о вал, перекос вала, отсутствие смазки, поломки шариков - все это будет вызывать в какой-то мере уменьшение скорости вращения ротора.

Особое внимание необходимо обращать на величину напряжения в питающей сети. При снижении напряжения сети на 10% загрузку электродвигателя необходимо уменьшить на 20%, так как момент электродвигателя пропорционален квадрату напряжения. Для надежной работы электродвигателя напряжение на его зажимах должно быть не менее 80% номинального.

Для нормальной работы двигателя его подшипники необходимо содержать в чистоте. Чтобы в них не попала пыль и грязь, крышки подшипников должны быть плотно закрыты. После удаления отработанной смазки подшипники промывают керосином и продувают сжатым воздухом.

Смазка для роликовых и шариковых подшипников подбирается в зависимости от быстроходности двигателя. Перед применением ее надо пропустить через специальный мазевый фильтр.

В подшипники качения смазка добавляется с помощью специальных приспособлений небольшими порциями. Очень плотно набивать смазку нельзя, так как это может вызвать повышенный нагрев подшипников.

Коллекторы двигателей постоянного тока должны содержаться в чистоте, так как металлическая угольная пыль является токопроводящей и вызывает искрение на коллекторах. Поверхность коллектора должна быть хорошо отполирована, не иметь царапин, нагара. При вращении коллектора не должно быть биения.

При работе двигателя постоянного тока коллекторные пластины изнашиваются значительно быстрее, чем слюдяные прокладки между ними. В результате слюда выступает над поверхностью коллектора, что вызывает искрение.

Контактные кольца необходимо содержать в чистоте, так как их загрязнение вызывает искрение щеток. Кольца периодически надо протирать чистой сухой, неволокнистой тряпкой, ее можно смочить денатуратом.

Щетки, находящиеся в нормальном состоянии, не искрят и имеют гладкую вертикальную поверхность. При этом они должны иметь нормальное нажатие. Давление щеток проверяется с помощью динамометра и не должно превышать 150-200 г/см 2 (15-20 кПа). Проверка нажатия щеток производится при остановленном двигателе. При срабатывании щеток до 4 мм или плохом креплении в щеткодержателях их нужно заменить новыми.

Новые щетки должны пришлифовываться к коллектору и кольцам. Шлифовка производится стеклянной бумагой, которая подкладывается рабочей стороной к щеткам.

При эксплуатации электродвигателей особое внимание должно быть уделено изоляции обмоток, так как ее повреждение ведет к выходу двигателя из строя. В процессе эксплуатации с обмоток продувкой и обтиранием слегка промасленной тряпкой необходимо удалить пыль и грязь.

Перед установкой электродвигателя необходимо убедиться в отсутствии замыкания обмоток между собой. и на корпус двигателя, можно произвести измерение сопротивления изоляции. Сопротивление изоляции считается нормальным при величине 0,5 МОм и выше. Оно измеряется с помощью мегомметра. Для этого один его конец соединяют с выводом обмотки, а второй поочередно с выводами других обмоток и корпусом двигателя. Затем вращая ручку мегомметра, по шкале определяют величину сопротивления изоляции. При величине сопротивления изоляции ниже 0,5 МОм двигатель необходимо просушить.

Для определения сопротивления обмоток двигателя пользуются омметрами или авометрами.

Ремонт электродвигателей.

Капитальный ремонт электродвигателей необходимо производить на специализированных предприятиях.

При проведении текущего ремонта производится разборка электродвигателя и последующая частичная замена деталей пришедших в негодность. Рассмотрим порядок разборки и сборки асинхронного электродвигателя.

С вала электродвигателя с помощью винтового съемника необходимо снять шкив или полумуфту. Затем отверните болты, крепящие кожух вентилятора, и снимите кожух. При помощи винтового съемника отверните стопорный винт и снимите вентилятор. Если необходимо этим же съемником снимите подшипники с вала двигателя. Отвернув крепящие болты и гайки, снимите крышки подшипников. Выверните болты, крепящие подшипниковые щиты, снимите щиты легкими ударами молотка через деревянную прокладку. Для предупреждения повреждения стали и обмоток, в воздушный зазор поместите картонную прокладку, на которую опустите ротор.

Сборку электродвигателя производят в обратном порядке. После сборки электродвигатель необходимо опробовать. Проверните ротор рукой за шкив. Если сборка проведена правильно, то он должен легко вращаться. Установите двигатель на место, подключите к сети и проверьте его работу на холостом ходу. Затем соедините его с валом станка и снова проверьте.

Рассмотрим некоторые характерные неисправности асинхронных двигателей их выявление и устранение.

Двигатель не запускается, если отсутствует напряжение в сети, отключен автомат или перегорели предохранители. Наличие напряжения в сети можно проверить с помощью вольтметра переменного тока со шкалой до 500 В или низковольтным индикатором. Включите автомат или замените перегоревшие предохранители. Если перегорает один предохранитель, электродвигатель будет издавать характерное гудение.

Обрыв одной из фаз обмотки статора можно обнаружить при помощи мегомметра, предварительно освободив все концы обмоток двигателя. Если обнаружен обрыв внутри фазы обмотки двигатель необходимо отправить в ремонт.

Снижение напряжения на зажимах двигателя при его запуске допускается до 30% от номинального. Оно вызывается потерями в сети, малой мощностью трансформатора или его перегрузкой.

При снижении напряжения на зажимах электродвигателя произведите замену питающего трансформатора или увеличьте сечение проводов подводящей линии.

Отсутствие контакта питающей сети в одной из обмоток статора - выпадение фазы - приводит к увеличению тока в его обмотках и снижению числа оборотов. Если двигатель оставить работать на двух обмотках, он сгорит.

Кроме перечисленных выше электрических неисправностей в электродвигателях могут быть неисправности механического характера. Причиной чрезмерного нагрева подшипников может быть неправильная сборка подшипников, плохая центровка двигателя, загрязнение подшипников или большой износ шариков и роликов.

АСИНХРОННЫЕ

9. ЭКСПЛУАТАЦИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Асинхронные двигатели нормального исполнения предназначены для работы в определенных режимах. Номинальные данные двигателей, указанные в паспорте или на заводском щитке машины (мощность, ток, напряжение, частота вращения и др.) характеризуют номинальный режим работы. Причем термин «номинальный» применяется ко всем параметрам, относящимся к номинальному режиму.

Однако на практике двигатели работают не только в номинальном режиме: допустимые отклонения от номинального режима   работы   строго регламентируются.

Отклонения напряжений питающей сети от номиналь ного допускаются при длительной работе с номинальной нагрузкой в пределах от +10 до —5%.

При понижении напряжения в пределах 5°/о и номинальной нагрузке на валу двигателя соответственно возрастает ток статора электродвигателя свыше номинального. Увеличиваются тепловые потери в меди статора. Однако одновременно понижается магнитная индукция за счет уменьшения напряжения. Это приводит к снижению потерь в активной стали статора. Суммарные потери в статоре (в меди и стали) мало изменяются по сравнению с режимом при номинальном напряжении. Благодаря этому температура обмотки статора сохраняется в допустимых пределах.

При снижении напряжения питающей сети более чем на 5% потери в меди обмотки статора уже не могут быть скомпенсированы, возрастают ток и потери в роторе. В связи с этим возможно превышение температуры обмотки статора допустимых значений. Для того чтобы этого не произошло, необходимо снизить нагрузку на валу двигателя ниже номинальной в соответствии с ха­рактеристиками машины при изменении напряжения питания.

Кроме того, необходимо иметь в виду, что вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения. При значительных снижениях напряжения сети вращающий момент может стать меньше момента сопротивления на валу электродвигателя, что приведет к его торможению.

При превышении напряжения питания над номинальным в пределах до 10% наблюдается некоторое допу­стимое увеличение температуры активной стали за счет роста магнитной индукции. Однако в результате уменьшения тока статора снижается нагрев обмотки. Такое повышение напряжения не опасно и для изоляции обмотки. Повышение напряжения более чем на 10% не рекомендуется из-за возможностей повышенного нагрева активной стали статора.

Отклонения частоты в питающей сети от номинальной допускаются длительно в пределах ±5%. При увеличении частоты будет возрастать ток статора, и тем больше, чем меньше ток холостого хода данного типа асинхронного электродвигателя.

При снижении частоты у нагруженного двигателя при небольшом токе холостого хода ток статора уменьшается за счет снижения нагрузки на валу. В дальнейшем ток статора возрастает, несмотря на продолжающееся снижение нагрузки. При большом токе холостого хода рост тока статора наблюдается с начала снижения частоты.

Практически допускается кратковременное (не более 2 мин) повышение частоты на 20% сверх наибольшей, указанной на щитке электродвигателя. Это не приводит к повреждениям или остаточным деформациям в двигателях.

При одновременном отклонении напряжения и частоты в питающей сети от номинальных значений двигатели должны обеспечивать номинальную мощность, если сумма абсолютных значений этих отклонений не превосходит 10%.

Предельно допустимая температура подшипников скольжения не должна превышать 80°С (температура масла не более 65°С), а для подшипников качения 100°С. Более высокие температуры допустимы для специальных подшипников или сортов масла и указываются в техни­ческих условиях для конкретных типов двигателей.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев температура подшипников качения значительно ниже предельно допустимой. Поэтому, если двигатель в течение длительного времени работал в одних и тех же условиях, с одной   и той  же температурой   подшипников, а затем она внезапно увеличилась, это указывает на появление дефектов в подшипниках.

Вибрация двигателя не должна превышать следующих значений:

Синхронная частота вращения двигателя, об/мин

Способ бесконтактного определения температуры обмотки короткозамкнутого ротора частотно-регулируемого асинхронного двигателя

Авторы патента:

Орлов Юрий Алексеевич (RU)

Вольвич Анатолий Георгиевич (RU)

Таргонский Игорь Людвигович (RU)

Щербаков Виктор Гаврилович (RU)

Способ бесконтактного определения температуры обмотки короткозамкнутого ротора частотно-регулируемого асинхронного двигателя (RU 2386114):

G01K13/08 - при вращательном движении

Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") (RU)

Заявленное изобретение относится к технике определения температуры короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя под нагрузкой. Особенностью данного способа является то, что температуру нагрева обмотки вращающегося ротора определяют по изменению электромагнитной постоянной времени (Т) обмотки ротора при ее нагреве и изменению взаимной индуктивности (L_m ) намагничивающей цепи, которые связаны с омическим сопротивлением (R₂ ), зависящим от температуры, соотношением: Описанный способ обеспечивает непрерывный контроль температуры обмотки ротора асинхронного двигателя в процессе работы без идентификационных моделей и упрощение управления. 1 ил.

Изобретение относится к технике определения температуры короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя под нагрузкой и может быть использовано при испытаниях асинхронных двигателей и регулировании их вращающего момента и частоты вращения в эксплуатации.

Известен способ для контроля температуры вращающихся элементов, в котором используют прибор для контроля температуры вращающихся роторов электродвигателей, в котором сигнал вращающегося датчика температуры передают индуктивным способом через вращающийся элемент связи на неподвижный элемент связи, причем элементы связи представляют собой индуктивные катушки, и обрабатывают вычислительным устройством, которое подключено непосредственно к неподвижному элементу связи - катушке - и установлено в узле, выполняющем функции датчика предельного значения температуры, а последний посылает переключающие импульсы низкой частоты и на подключенные электрические аппараты (Патент ФРГ №3007705, МКИ G01K 13/08, 1981).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе сигнал вращающегося датчика температуры передается индуктивным способом через вращающийся элемент связи, выполненный в виде индуктивной катушки, на неподвижный элемент связи, выполненный также в виде индуктивной катушки, которая установлена в узле датчика температуры, который посылает переключающие импульсы на подключенные аппараты, что значительно усложняет и удорожает конструкцию электрической машины и измерительных устройств. Поэтому этот способ не получил широкого применения в асинхронном электроприводе.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ, включающий определение вычислительным устройством температуры короткозамкнутой обмотки ротора, используемой в качестве термодатчика, частоты тока статора, частоты вращения ротора, силы тока и напряжения фазы обмотки статора, подаваемого от инвертора, угла фазового сдвига между напряжением и током фазы обмотки статора с использованием источника постоянного тока с последовательно подключенным резистором и блоков измерения величин постоянного тока и падения напряжения от него на термодатчике, и включения параллельно этой цепи шунтирующего резистора, причем величины омических сопротивлений резисторов учитывают в определенном математическом соотношении (Авторское свидетельство СССР №1108337, кл. Н02К 3/00; Н02Н 5/04, 1981).

К принципиальным недостаткам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе необходимо к обмотке электрической машины подключать последовательно источник постоянного тока и резистор, параллельно которым подключен шунтирующий резистор, и блоки измерения величин постоянного тока и падения напряжения от него на термодатчике (обмотке), что значительно усложняет и удорожает конструкцию электрической машины. Поэтому и этот способ не получил достаточно широкого применения, особенно для асинхронных двигателей, имеющих обмотку на роторе, выполненную в виде короткозамкнутой беличьей клетки.

Задачей предлагаемого способа является определение температуры нагрева обмотки вращающегося ротора по изменению электромагнитной постоянной времени обмотки ротора при ее нагреве и изменению взаимной индуктивности намагничивающей цепи с целью обеспечения непрерывного контроля температуры обмотки ротора в процессе работы без идентификационных моделей, удешевления его схемы и упрощения управления.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения температуры обмотки короткозамкнутого ротора частотно-регулируемого асинхронного двигателя, включающем определение вычислительным устройством температуры короткозамкнутой обмотки ротора, используемой в качестве термодатчика, частоты тока статора, подаваемого от инвертора, частоты вращения ротора, силы тока и напряжения фазы обмотки статора, подаваемого от инвертора, угла фазового сдвига между напряжением и током фазы обмотки статора, введены отличия, заключающиеся в том, что температуру обмотки ротора в вычислительном устройстве определяют по изменению ее омического сопротивления, зависящего от температуры, и взаимной индуктивности намагничивающей цепи, которые связаны с электромагнитной постоянной времени обмотки ротора соотношением:

где R₂ - омическое сопротивление обмотки ротора; L_m - взаимная индуктивность цепи намагничивания; Т - электромагнитная постоянная времени обмотки ротора, определяемая по формуле:

где |Z₀ | - модуль полного электрического сопротивления фазы обмотки статора; ω₁ - угловая частота тока статора; R₁ - активное сопротивление фазы обмотки статора; ω_ск - угловая частота скольжения ротора; σ₂ - коэффициент рассеяния магнитного поля ротора; φ - фазовый угол сдвига между током и напряжением фазы обмотки статора, при этом превышение температуры Δt обмотки ротора относительно его известной температуры t₀ определяется вычислительным устройством по соотношению:

где Т - электромагнитная постоянная времени обмотки ротора, измеренная в процессе штатной работы двигателя; Т₀ - электромагнитная постоянная времени обмотки ротора, измеренная при известной эталонной температуре обмотки ротора t₀. α - температурный коэффициент электрического сопротивления материала обмотки ротора (для меди он равен α=0,004), а текущее значение t температуры обмотки ротора определяется также в вычислительном устройстве по зависимости:

Исходные данные для указанных расчетов вводят в вычислительное устройство в виде сигналов от штатных приборов, датчиков системы управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом: частоты тока статора, частоты вращения ротора, силы тока и напряжения фазы обмотки статора, подаваемого от инвертора, угла фазового сдвига между напряжением и током фазы обмотки статора. Изменение взаимной индуктивности цепи намагничивания L_m или коэффициента ее насыщения k_µ при насыщении магнитной цепи учитывают путем введения в программу обработки результатов измерения в их зависимости от тока статора. Полученные результаты используют для корректировки алгоритмов управления двигателем.

Описанный способ обеспечивает непрерывный контроль температуры обмотки ротора асинхронного двигателя в процессе работы без идентификационных моделей, удешевление его схемы и упрощение управления.

Предлагаемый способ измерения температуры обмотки короткозамкнутого ротора частотно-регулируемого асинхронного двигателя в процессе его работы реализуют структурной схемой, представленной на чертеже.

При этом используют имеющуюся текущую информацию о режимах работы частотно-регулируемого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: фазный ток, фазное напряжение, угол сдвига фазного тока относительно фазного напряжения, частота вращения ротора, частота тока статора и конструктивные параметры двигателя - индуктивность цепи намагничивания, омическое сопротивление фазной обмотки R₁ и коэффициенты рассеяния магнитных полей статора σ₁ и ротора σ₂ .

Способ осуществляется следующим образом (см. чертеж).

Задание на требуемый вращающий момент М_з подают в инвертор 1, который подключен к сети с напряжением U_c и питает электроэнергией обмотки статора 2. Штатные датчики: 3 - частоты тока статора ω₁ ; 4 - частоты вращения ротора ω_р ; 5 - силы тока фазы статора; 6 - напряжения обмотки статора U₁ ; 7 - величины угла фазового сдвига между напряжением и током фазы статора φ, подают информацию в вычислительное устройство температуры обмотки ротора 8, в которое также подают сигналы о величине сопротивления фазной обмотки R₁. величине индуктивности цепи намагничивания статора σ₁ и поля ротора σ₂ и величине эталонной электромагнитной постоянной времени обмотки ротора Т₀ .

При этом вычислительным устройством определяют температуру короткозамкнутой обмотки ротора, используемой в качестве термодатчика, частоту тока статора, частоту вращения ротора, силу тока и напряжения фазы обмотки статора, подаваемого от инвертора, угла фазового сдвига между напряжением и током фазы обмотки статора, а температуру обмотки ротора в вычислительном устройстве определяют по изменению ее омического сопротивления, зависящего от температуры, и взаимной индуктивности намагничивающей цепи, которые связаны с электромагнитной постоянной времени ротора соотношением:

где R₂ - омическое сопротивление обмотки ротора; L_m - взаимная индуктивность цепи намагничивания; Т - электромагнитная постоянная времени обмотки ротора, определяемая по формуле:

где |Z₀ | - модуль полного электрического сопротивления фазы обмотки статора; ω₁ - угловая частота тока статора; R₁ - активное сопротивление фазы обмотки статора; ω_ск - угловая частота скольжения ротора; σ₂ - коэффициент рассеяния магнитного поля ротора; φ - фазовый угол сдвига между током и напряжением фазы обмотки статора.

Превышение температуры обмотки ротора относительно известной температуры t₀ определяют вычислительным устройством по соотношению:

где Т - электромагнитная постоянная времени обмотки ротора, измеренная в процессе штатной работы двигателя; Т₀ - электромагнитная постоянная времени обмотки ротора, измеренная при известной температуре; α - температурный коэффициент электрического сопротивления материала обмотки ротора (для меди он равен α=0,004). При этом текущее значение температуры обмотки ротора определяется по формуле:

Предлагаемый способ использует имеющиеся в схеме управления частотно-регулируемого асинхронного двигателя датчики и блоки и требует установки дополнительно только невращающегося вычислительного устройства температуры обмотки ротора 8, что значительно упрощает конструкцию. При этом обеспечивается простота средств и алгоритма реализации способа, а также необходимая точность измерения температуры t обмотки ротора.

Функции вычислителя могут быть реализованы программно, если блок управления преобразователем выполнен на базе микропроцессоров, в виде программного блока, входящего в общее программное обеспечение.

Полученные результаты используют для корректировки алгоритмов управления двигателем. Предложенный способ обеспечивает непрерывный контроль температуры обмотки ротора асинхронного двигателя в процессе работы без идентификационных моделей, удешевление его схемы и упрощение управления.

Способ бесконтактного определения температуры обмотки короткозамкнутого ротора частотно-регулируемого асинхронного двигателя, включающий определение вычислительным устройством температуры короткозамкнутой обмотки ротора, используемой в качестве термодатчика, частоты тока статора, частоты вращения ротора, силы тока и напряжения фазы обмотки статора, подаваемого от инвертора, угла фазового сдвига между напряжением и током фазы обмотки статора, отличающийся тем, что температуру обмотки ротора в вычислительном устройстве определяют по изменению ее омического сопротивления, зависящего от температуры, и взаимной индуктивности намагничивающей цепи, которые связаны с электромагнитной постоянной времени обмотки ротора соотношением:

где R₂ - омическое сопротивление обмотки ротора; L_m - взаимная индуктивность цепи намагничивания; Т - электромагнитная постоянная времени обмотки ротора, определяемая по формуле:

где |Z₀ | - модуль полного электрического сопротивления фазы обмотки статора; ω₁ - угловая частота тока статора; R₁ - активное сопротивление фазы обмотки статора; ω_ск - угловая частота скольжения ротора; σ₂ - коэффициент рассеяния магнитного поля ротора; φ - фазовый угол сдвига между током и напряжением фазы обмотки статора, при этом превышение температуры обмотки ротора относительно его известной температуры t₀ определяется вычислительным устройством по соотношению:

где Т - электромагнитная постоянная времени, измеренная в процессе штатной работы двигателя; Т₀ - электромагнитная постоянная времени обмотки ротора, измеренная при известной температуре обмотки ротора t₀. α - температурный коэффициент электрического сопротивления материала обмотки ротора, а текущее значение температуры обмотки ротора определяется также в вычислительном устройстве по зависимости: