Электрические машины широко используются во всех промышленных и сельскохозяйственных и бытовых устройствах и механизмах, на транспорте и во многих других сферах деятельности человека.
Одним из важнейших показателей качества электрических машин является их надежность. Проверка рабочих свойств машин, их соответствие заданным требованиям, в том числе требованиям надежности, осуществляется путем испытаний в процессе изготовления и эксплуатации.
По результатам испытаний судят не только о соответствии электрических машин требованиям стандартов и нормалей, но и ведут косвенный контроль за правильностью технологического процесса производства. Только при испытаниях можно доказать или опровергнуть теоретические положения, выдвигаемые в процессе развития теории электрических машин.
По мере развития теории электрических машин (подтверждение положений которой невозможно без проведения соответствующих испытаний) и резкого увеличения выпуска самих машин развивалась теория промышленных испытаний, дающих не только качественные, но и точные количественные соотношения между различными параметрами электрической машины. По мере расширения области применения электрических машин появлялись новые контролируемые параметры (например, стойкость к вибрациям и ударам, к высоким температурам, к высокому давлению и др.).
Это в свою очередь требовало создания нового испытательного оборудования и методик оценки результатов испытаний.
На сегодняшний день все испытания в соответствии с их целями условно разделяются на промышленные и исследовательские. В процессе первых подтверждаются (или не подтверждаются) заложенные в машину при проектировании качества и характеристики. Исследовательские испытания позволяют уточнить физические процессы, происходящие в машине, и соответствующие им физические и математические модели. В последние годы при испытаниях электрических машин широкое применение находит вычислительная техника, как для обработки результатов испытаний, так и для нахождения количественных соотношений между отдельными контролируемыми параметрами испытуемых машин. Широкое распространение получили испытательные стенды под управлением ЭВМ, которые упрощают процесс испытаний. С технической точки зрения процесс автоматизированных испытаний готовых электрических машин состоит из автоматического сбора данных, программного вычисления измеренных величин и разработки протокола испытаний.
Наряду с весьма простыми вычислениями типа определения КПД и коэффициента мощности разработаны более сложные и трудоемкие программы по определению параметров синхронной машины из опыта внезапного короткого замыкания (о которой речь пойдет ниже), определение параметров рабочих характеристик асинхронного двигателя по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания и ряд других программ.
Испытания генераторов постоянного тока методом взаимной индукции
... синхронных машин. При испытаниях по методу взаимной нагрузки две электрические машины соединяются между собой механически и электрически и подключаются к внешнему источнику энергии. Одна из машин работает в режиме генератора и ...
Традиционные методы определения параметров машин, основанные на ручной обработке осциллограмм, весьма трудоемки, не точны и дороги. Очевидно, что для повышения качества и достоверности испытаний, а также повышения производительности испытательных стендов требуется, особенно на этапах измерений и идентификации, автоматизация испытаний на базе использования современных микропроцессорных систем. Внедрение автоматизированных систем испытаний (АСИ) позволит снизить себестоимость и повысить качество электрических машин на стадии их производства.
-
^
Число различных испытаний, которым должна подвергаться электрическая машина для того, чтобы выявить ее соответствие всем техническим требованиям, достаточно велико. В то же время серийно выпускаемые электрические машины незначительно отличаются друг от друга. Поэтому испытания готовых электрических машин подразделены на ряд видов, основными из которых являются приемочные, приемо-сдаточные, периодические и типовые. Программы испытаний каждого из видов различны.
^
^
выпускаемых машин или в технологию их производства внесены изменения или если заменены материалы, из которых изготовлены детали машин, причем эти изменения могут повлиять на технические свойства или качество машин. Программа типовых испытаний обычно повторяет ряд пунктов приемочных, дающих возможность оценить конкретно те данные машины, на которые могли повлиять проведенные изменения. В программу могут быть также введены дополнительные испытания, отсутствующие в программе приемочных.
^
^
квалификационными испытаниями
аттестационными испытаниями
эксплуатационные испытания
^
исследовательских испытаний
испытания на математических моделях
испытаний ее отдельных ответственных узлов
- ^
|
Номер ГОСТ |
Наименование ГОСТ |
|
ГОСТ 11828-86 |
Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. |
|
ГОСТ 7217-79 |
Электродвигатели трехфазные асинхронные. Общие методы испытаний. |
|
ГОСТ 10159-79 |
Машины электрические постоянного тока. Методы испытаний. |
|
ГОСТ 10169-77 |
Машины электрические трехфазные синхронные. Методы испытаний. |
|
ГОСТ 17691-80 |
Преобразователи частоты электромашинные мощностью 250кВт и выше. Методы испытаний. |
|
ГОСТ 11929-87 |
Машины электрические вращающиеся. Методы определения уровня шума. |
|
ГОСТ 12259-75 |
Машины электрические вращающиеся. Методы определения расхода охлаждающего газа. |
|
ГОСТ 12379-75 |
Машины электрические вращающиеся. Методы оценки вибрации. |
|
ГОСТ 20815-75 |
Машины электрические вращающиеся массой выше 2000кг. Вибрации. Допустимые значения и методы испытаний. |
|
ГОСТ 25941-83 |
Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия. |
|
ГОСТ 25000—81 |
Машины электрические вращающиеся. Методы испытаний на нагревание |
|
ГОСТ 11677—85 |
Трансформаторы силовые. Общие технические условия |
|
ГОСТ 3484—88 |
Трансформаторы силовые. Методы испытаний |
|
ГОСТ 1516.2— 76 |
Электрическое оборудование и электрические установки переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции |
Таблица 1
^
Таблица 2
|
№ п/п |
Вид испытаний и проверок |
Тип машины |
||
|
МПТ |
СМ |
АД |
||
|
1 |
Проверка номинальных данных машины. |
ПСИ |
— |
— |
|
2 |
Испытание электромашинного возбудителя по программе приемо-сдаточных испытаний машин постоянного тока. |
— |
ПСИ |
— |
|
3 |
Испытание при повышенной частоте вращения. |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
ПрИ |
|
4 |
Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками. |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
|
5 |
Определение коэффициента трансформации (для двигателей с фазным ротором).
|
— |
— |
ПрИ ПСИ |
|
6 |
Испытание изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками на электрическую прочность. |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
|
7 |
Испытание междувитковой изоляции обмоток якоря на электрическую прочность. |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
|
8 |
Определение тока и потерь холостого хода. |
— |
— |
ПрИ ПСИ |
|
9 |
Определение тока и потерь короткого замыкания. |
— |
— |
ПрИ ПСИ |
|
10 |
Определение тока возбуждения генератора или частоты вращения двигателя при холостом ходе (для двигателей с последовательным возбуждением опыт проводят при независимом возбуждении).
|
ПрИ ПСИ |
— |
— |
|
11 |
Измерение сопротивления обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии. |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
ПрИ ПСИ |
|
12 |
Проверка коммутации при номинальной нагрузке и кратковременной перегрузке по току. |
ПрИ ПСИ |
— |
— |
|
13 |
Определение характеристики холостого хода. |
ПрИ |
ПрИ ПСИ |
— |
|
14 |
Определение характеристики установившегося трехфазного короткого замыкания (трехфазных машин) или однофазного короткого замыкания (однофазных машин).
|
— |
ПрИ ПСИ |
— |
|
15 |
Проверка состояния уплотнений и определение утечки водорода (для машин с водородным охлаждением).
|
— |
ПрИ ПСИ |
— |
|
16 |
Измерение тока возбуждения в режиме ненагруженного перевозбужденного двигателя при номинальном напряжении и номинальном токе статора (якоря) и определение U-образной характеристики (для машин частотой 50 Гц и мощностью не более 1000 кВА).
|
— |
ПрИ |
— |
|
17 |
Определение номинального тока возбуждения, номинального изменения напряжения и регулировочной характеристики. |
— |
ПрИ |
— |
|
18 |
Испытание на кратковременную перегрузку по току. |
— |
ПрИ |
— |
|
19 |
Определение рабочей (скоростной) характеристики (для двигателей).
|
ПрИ |
— |
— |
|
20 |
Определение внешней характеристики (для генераторов).
|
ПрИ |
— |
— |
|
№ п/п |
Вид испытаний и проверок |
Тип машины |
||
|
МПТ |
СМ |
АД |
||
|
21 |
Определение регулировочной характеристики (для генераторов и двигателей).
|
ПрИ |
— |
— |
|
22 |
Испытание на нагревание. |
ПрИ |
ПрИ |
ПрИ |
|
23 |
Испытание механической прочности при ударном токе короткого замыкания. |
— |
ПрИ |
— |
|
24 |
Определение коэффициента искажения синусоидальности кривой линейного напряжения. |
— |
ПрИ |
— |
|
25 |
Опытное определение индуктивных сопротивлений и постоянных времени обмоток (для машин мощностью свыше 100 кВА).
|
— |
ПрИ |
— |
|
26 |
Испытание электромашинного возбудителя по программе типовых испытаний машин постоянного тока. |
— |
ПрИ |
— |
|
27 |
Определение тока третьей гармонической, если машина предназначена для работы при соединении обмотки статора в треугольник).
|
— |
ПрИ |
— |
|
28 |
Определение скорости нарастания напряжения возбудителя для СГ и СК (для машин мощностью свыше 3000 кВА).
|
— |
ПрИ |
— |
|
29 |
Определение начального пускового, минимального и входного вращающих моментов и начального пускового тока синхронных двигателей и начального пускового тока синхронных компенсаторов, не имеющих пусковых двигателей. |
— |
ПрИ |
— |
|
30 |
Определение области безыскровой работы (для машин с добавочными полюсами) и проверка качества коммутации. |
ПрИ |
— |
— |
|
31 |
Определение коэффициента полезного действия. |
ПрИ |
ПрИ |
ПрИ |
|
32 |
Определение коэффициента мощности и скольжения. |
— |
— |
ПрИ |
|
33 |
Испытание на кратковременную перегрузку по току. |
— |
— |
ПрИ |
|
34 |
Определение максимального вращающего момента. |
— |
— |
ПрИ |
|
35 |
Определение минимального вращающего момента в процессе пуска (для двигателей с короткозамкнутым ротором).
|
— |
— |
ПрИ |
|
36 |
Определение начального пускового вращающего момента и начального пускового тока (для двигателей с короткозамкнутым ротором).
|
— |
— |
ПрИ |
|
37 |
Измерение вибрации. |
ПрИ |
ПрИ |
ПрИ |
|
38 |
Измерение биения коллектора. |
ПрИ |
— |
— |
|
39 |
Измерение радиопомех. |
ПрИ |
— |
— |
|
40 |
Измерение уровня шума. |
ПрИ |
ПрИ |
ПрИ |
^
Таблица 3
|
№ п/п |
Вид испытаний и проверок |
Вид испытания |
|
1 |
Наружный осмотр и проверка на соответствие чертежам |
ТИ ПСИ |
|
2 |
Проверка коэффициента трансформации и группы соединения обмоток |
ТИ ПСИ |
|
3 |
Испытание пробы масла (жидкого диэлектрика) из бака трансформатора |
ТИ ПСИ |
|
4 |
Определение сопротивления обмоток постоянному току |
ТИ ПСИ |
|
5 |
Определение параметров изоляции |
ТИ ПСИ |
|
6 |
Испытание электрической прочности изоляции одноминутным испытательным напряжением промышленной частоты |
ТИ ПСИ |
|
7 |
Испытание электрической прочности изоляции напряжением промышленной частоты с измерением частичных разрядов (для классов напряжения 150 кВ и выше) |
ТИ ПСИ |
|
8 |
Проверка тока и потерь холостого хода |
ТИ ПСИ |
|
9 |
Проверка тока и потерь короткого замыкания |
ТИ ПСИ |
|
10 |
Испытание бака трансформатора на плотность |
ТИ ПСИ |
|
11 |
Испытание устройств переключения ответвлений обмоток |
ТИ ПСИ |
|
12 |
Измерение сопротивления нулевой последовательности |
ТИ |
|
13 |
Испытание внутренней изоляции грозовыми импульсами напряжения |
ТИ |
|
14 |
Испытание электрической прочности воздушных промежутков |
ТИ |
|
15 |
Испытание на нагревание |
ТИ |
|
16 |
Испытание на стойкость при коротком замыкании (для трехфазных трансформаторов мощностью до 125 МВ*А включительно |
ТИ |
|
17 |
Испытание бака на механическую прочность |
ТИ |
|
18 |
Испытание активной части на механическую прочность |
ТИ |
|
19 |
Проверка уровня звука |
ТИ |
^
После ремонта производится обкатка машин и приемосдаточные испытания по нормам, приведенным в ПЭЭП. Заключение о пригодности к эксплуатации дается не только на основании сравнения результатов испытания с нормами, но и по совокупности результатов всех проведенных испытаний и осмотров. Значения полученных при испытаниях параметров должны быть сопоставлены с исходными данными, а также с результатами предыдущих испытаний электрической машины.
Под исходными данными понимаются значения, указанные в паспорте машины, и протоколах испытаний завода-изготовителя, в стандартах и технических условиях. При отсутствии исходных данных в качестве таковых могут быть приняты значения параметров, полученные при приемосдаточных испытаниях пли испытаниях по окончании восстановительного ремонта электрической машины.
После истечения гарантийного срока эксплуатации по специальной программе испытывают также электрические машины иностранных фирм.
Программой испытаний двигателей переменного тока после капитального ремонта предусмотрены следующие операции:
испытание стали статора двигателей с обмотками из прямоугольного провода (удельные потери — не более 5 Вт/кг, наибольший перегрев зубцов при В z = 1 Тл не должен превышать 45°С, наибольшая разность перегрева различных зубцов при той же индукции — не более 30°С);
- измерение сопротивления изоляции обмоток статора, ротора, термоиндикаторов с соединенными проводами (если они имеются в данной машине) и подшипников;
- испытание обмоток статора и ротора при собранном двигателе повышенным напряжением промышленной частоты в течение 1 мин.
Значения испытательных напряжений обмоток в процессе их изготовления и после сборки машины приведены в табл. 4…6. Результаты испытаний считаются положительными, если не наблюдалось скользящих разрядов, толчков тока утечки или нарастания его установившегося значения, пробоев или перекрытий и если сопротивление изоляции, измеренное мегомметром после испытаний, осталось прежним;
измерение сопротивлений обмоток статора и ротора постоянному току (проводится для двигателей мощностью 300 кВт и более или для двигателей с U н >3 кВ), а также реостатов и пускорегулирующих резисторов. Отклонения сопротивления обмоток от паспортных данных и по фазам должно быть не более ±2 %, для реостатов — не более ±10%;
- измерение воздушного зазора (если позволяет конструкция) в четырех сдвинутых на 90° точках (измеренные зазоры не должны отключаться от среднего более чем на 10 %) и зазоров в подшипниках скольжения (допустимые значения зазоров приведены в табл. 7. Если зазор больше допустимого, необходимо перезалить вкладыш подшипника;
- испытание витковой изоляции обмоток из прямоугольного провода импульсным напряжением высокой частоты в течение 5…10 с.
Значения испытательных напряжений приведены в табл. 8;
- проверка работы двигателя на холостом ходу (для двигателей мощностью 100 кВт и более и напряжением 3 кВ и выше).
Ток холостого хода не должен отличаться более чем на 10 % от указанного II каталоге при продолжительности испытания 1 ч;
- измерение вибрации подшипников для двигателей напряжением 3 кВ и выше и двигателей ответственных механизмов.
Максимально допустимая амплитуда вибрации составляет 50, 100, 130 и 160 мкм для двигателей с частотой вращения соответственно 3000, 1500. 1000 и 750 об/мин и менее;
- измерение разбега ротора в осевом направлении проводится для двигателей с подшипниками скольжения, двигателей ответственных механизмов и при выемке ротора в ходе ремонта (допустимый разбег — не более 4 мм);
- проверка работы двигателя под нагрузкой для двигателей напряжением свыше 1 кВ или мощностью 300 кВт и более (величина нагрузки не менее 50% от номинальной);
- гидравлическое испытание воздухоохладителя (проводится в течение 5…10 мин при избыточном давлении 0,2…0,25 МПа);
- проверка исправности стержней короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных электродвигателей мощностью 100 кВт и более (все стержни должны быть целыми);
проверка срабатывания защиты машин напряжением до 1000 В при питании от сети с заземленной нейтралью (проводится у машин с U н > 42 В, работающих в опасных и особо опасных условиях, а также у всех машин с Uн > 380 В).
Программой испытаний машин постоянного тока после капитального ремонта предусмотрены следующие операции:
- измерение сопротивления изоляции обмоток и бандажей;
- испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты в течение 1 мин (значения испытательных напряжений приведены в табл. 9).
Эти испытания не проводятся для машин мощностью до 200 кВт с напряжением до 440 В;
- измерение сопротивления обмоток, реостатов и пускорегулирующих резисторов постоянному току в практически холодном состоянии. Значения сопротивлений обмоток возбуждения не должны отличаться от заводских значений более чем на 2 %, обмотки якоря – 10 %. В цепях реостатов и пускорегулирующих резисторов не должно быть обрыва цепей;
- снятие характеристик холостого хода и испытание витковой изоляции.
Характеристика холостого хода снимается у генераторов (максимальное напряжение – 1,3 номинального; отклонение характеристики от заводской не нормируется).
Продолжительность испытания витковой изоляции составляет 5 мин, а среднее напряжение между соседними коллекторными пластинами, если 2р > 4, не должно превышать 24 В.
^
6.1.1 Всыпные обмотки статора
Таблица 4
|
Испытуемый элемент двигателя переменного тока с U н 0,66 кВ |
Испытательное напряжение, кВ в зависимости от мощности P н , кВт |
|
|
0,2…10 |
10,1…1000 |
|
|
Обмотки после укладки в пазы до пайки межкатушечных соединений |
2,5 |
3,0 |
|
Обмотки после пайки и изолировки межкатушечных соединений |
2,3 |
2,7 |
|
Обмотки после пропитки и запрессовки обмотанного сердечника |
2,2 |
2,5 |
|
Главная изоляция обмотки собранного двигателя переменного тока |
2 U н +1,0, но не менее 1,5 |
|
^
Таблица 5
|
Испытательное напряжение для |
||||||||
|
Испытуемый элемент |
электродвигателей на номинальное напряжение, кВ |
|||||||
|
обмотки двигателей |
до 1000 кВт |
свыше 1000 кВт |
||||||
|
до 0,66 |
2 |
3 |
6 |
10 |
3 |
6 |
10 |
|
|
Отдельная катушка |
4,5 |
11,0 |
13,5 |
21,1 |
31,5 |
13,5 |
23,5 |
34,0 |
|
(стержень) перед укладкой |
||||||||
|
Обмотка после укладки |
3,5 |
9,0 |
11,5 |
18,5 |
29,0 |
11,5 |
20,5 |
30,0 |
|
в пазы до пайки между- |
||||||||
|
катушечных соединений |
||||||||
|
Обмотки после пайки |
3,0 |
6,5 |
9,0 |
15,8 |
25,0 |
9,0 |
18.5 |
27,0 |
|
и изолировки соединений |
||||||||
|
Главная изоляция обмотки собранной машины |
2 U н +1 |
5,0 |
7,0 |
13,0 |
21,0 |
7,0 |
15.0 |
23.0 |
|
но не |
||||||||
|
<1,5кВ |
||||||||
^
Таблица 6
|
Испытуемый элемент ротора асинхронных двигателей |
Испытательное напряжение, кВ |
|
|
^ |
||
|
Отдельные стержни до укладки в пазы Стержни после укладки в пазы, но до соединения Обмотка после соединения, пайки и бандажировки Контактные кольца до соединения с обмоткой |
||
|
^ |
||
|
Оставшаяся часть обмотки после выемки заменяемых катушек, секций или стержней |
(но не менее 1,2 кВ) |
|
|
Вся обмотка после присоединения новых катушек, секций или стержней |
(но не менее 1,0 кВ) |
|
* — напряжение на кольцах неподвижного ротора с разомкнутой обмоткой при номинальном напряжении на статоре.
^
Таблица 7
|
Номинальный диаметр вала, мм |
Зазор, мкм. при частоте вращения, об/мин |
||
|
до 1000 |
1000… 1500 |
более 1500 |
|
|
18. ..30 |
40 …93 |
60… 130 |
140 …280 |
|
31. ..50 |
50… 112 |
75… 160 |
170. ..340 |
|
51 …80 |
65… 135 |
95… 195 |
200 …400 |
|
81 … 120 |
80… 160 |
120. ..235 |
230 …460 |
|
121 … 180 |
100… 195 |
150. ..285 |
260 …530 |
|
181 …260 |
120 …225 |
180. ..300 |
300 …600 |
|
261 …360 |
140 …250 |
210. ..380 |
340 …680 |
|
361 …600 |
170 …305 |
250. ..440 |
380 …760 |
