Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

Для этого применяются мегаомметры, генерирующие определенные напряжения постоянного тока и измеряющие отношение напряжения к току. Источником постоянного напряжения может быть генератор с ручным (частотой вращения рукояти 120 об/мин) или электродвигательным приводом, а также статические выпрямительные устройства. Напряжение мегаомметра U_мо указывается обычно в технической документации. Ориентировочные данные для его выбора в зависимости от номинального напряжения U_ном приводятся ниже:

U_ном, В не более 100; 220; 660; 3000; 6000 не менее 10000;

 U_мо, В            125; 250; 500; 1000; 2500; 5000.

Минимальное сопротивление изоляции обмотки относительно корпуса и других обмоток, при котором допускается включение машины под напряжение, устанавливается в стандартах или ТУ. Оно может быть определено ориентировочно из выражения:

а при Р_ном < 10 МВ∙А R_{и min}  U_ном/1000, где U_ном - номинальное напряжение, В, Р_ном - номинальная мощность, кВ∙А (для многофазных ЭМ R_{и min} - сопротивление изоля­ции одной фазы).

Если сопротивление изоляции меньше R_{и min}, то в допустимых местах производится разъединением цепей ЭМ и проверка R_и от­дельных участков. В первую очередь должно быть проверено отсутст­вие загрязнения изоляционных поверхностей, по которым может прой­ти ток утечки.

 

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ

ПОВЫШЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Испытание переменным током 50 Гц имеет ряд недостатков:

невозможность контроля тока утечки, пониженное напряжение на изо­ляции лобовых частей обмоток ЭМ из-за емкостного тока пазовой изоляции. Поэтому для крупных ЭМ с U_ис > 3 кВ испытанию перемен­ным током предшествует испытание постоянным (выпрямленным) током и снятием зависимостей . Испытательного напряжения постоянного тока U_нс.п = 1,6 U_ис. При испытаниях не должно иметь место самопроизвольное увеличение i_y или резкое увеличение его при росте U_ис.п. После проведения испытания выводы обмоток должны быть заземлены на 5 - 15 мин для снятия заряда.

 

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

 

Методы определения потерь и КПД вращающихся ЭМ регламентированы ГОСТ 25941–83 и стандартом СЭВ (СТ СЭВ 3243–81).

При испытаниях для определения потерь и КПД ЭМ должны быть в исправном состоянии и работать с уровнями шума и вибраций, не превышающих норму.

Подшипники, коллекторы, контактные кольца и щетки ЭМ следует приработать и начинать с испытания при установившейся температуре опор (подшипников, подпятников).

В случае, если непосредственное изменение температуры опор невозможно, машина должна до начала испытаний проработать без нагрузки при номинальной частоте вращения в течение времени, указанного в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Мощность машины, кВт (кВ·А)	Продолжение вращения машин, мин
	При периодических испытаниях с подшипниками качения или при приемосдаточных испытаниях с подшипниками скольжения	При приемосдаточных испытаниях с подшипниками качения
до 1	10	5
1..10	30	15
10..100	60	30
100..1000	120	60
свыше 1000	240	120

 

При определении потерь и КПД имеет значение температура окружающей среды. Поэтому, чтобы не вносить поправок в измеренные значения отдельных потерь и КПД, рекомендуется проводить такие испытания при температуре окружающей среды 10..30⁰С.

СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПОТЕРЬ

В электрических машинах можно выделить следующие составляющие потерь: Р_мех – механические; Р_с – в стали (к ним можно отнести добавочные потери холостого хода); Р_щ – электрические в щетках; Р_д – добавочные при нагрузке; Р_м – электрические в основных обмотках; Р_в – на возбуждение.

Механические потери обусловлены трением всех видов: в подшипниках, подпятниках и уплотнениях вала, щеток на коллекторах и контактных кольцах, вращающейся части машины о среду, заполняющую полость машины, в каналах вращающейся части, обусловленные работой вентиляторов, водяных и масляных насосов и всяких иных механизмов, приво­димых в действие от вала испытуемой машины и предназначенных только для обслуживания этой машины.

Потери в стали и добавочные потери холостого хода обусловлены гистерезисом и вихревыми токами при перемагничивании сердечника якоря, а также вихревыми токами на поверхностях сердечников от разного рода пульсаций магнитного поля при отсутствии нагрузки машины и вихревыми токами во всех прочих частях машины, активных и конст­руктивных» потоками рассеяния при холостом ходе.

Электрические потери в основных обмотках равны произведению I²R, где R - суммарное сопротивление обмотки якоря и других обмоток, соединенных последовательно с якорем, I - ток в цепи обмотки якоря. Сопротивление обмотки измеряется при постоянном то­ке и приводится пересчетом к расчетной рабочей температуре; эти температуры составляют 75°С - для классов изоляции А, Е, В и 115 °С - для классов изоляции F и H.

В случаях, когда измерить сопротивление не представляется воз­можным из-за механической недоступности (например, в обмотке короткозамкнутого ротора АД). Применяется косвенные методы определения потерь в таких обмотках. Так, потери в обмотке к.з. ротора Р_м2 опре­деляется как произведение электромагнитной мощности Р_ЭМ (передавае­мой со статора на ротор) на скольжение

P_МА = Р_ЭМS.

Электромагнитная мощность Р_ЭМ вычисляется как разность между подводимой мощностью Р₁ и потерями в стали Р_с (включая добавочные потери при холостом ходе) и основными потерями в обмотке статора Р_М1

Р_ЭМ = Р₁ - Р_с - Р_М1.

Потери на возбуждение равны произведению  (R_в - сопротивление цепи обмотки возбуждения).

Электрические потери в щетках равны Р_ЭЩ = I∆U_Щ, ∆U_Щ - принимается по справочникам для каждого типа щеток.

Добавочные потери при нагрузке связаны в основном с вихревыми токами в активных и конструктивных частях машины от полей рассеяния, создаваемых током нагрузки. Оценить эти потери сложно. Поэтому они оцениваются в процентах от отдаваемой мощности (для генераторов) и от подводимой (для двигателей). Для машины постоянного тока добавоч­ные потери при больших частотах вращения (в продолжительном режиме работы), отличающихся от номинальной в 1,5; 2; 3 и 4 раза, следует находить умножением добавочных потерь при номинальной частоте вращения соответственно на коэффициенты 1,4; 1,7; 2,5 и 3,2.

Потери и КПД ЭМ определяются непосредственным или косвенным методом. Метод непосредственного определения менее точен, чем кос­венный, поэтому его рекомендуют применять лишь для электрических ма­шин с относительно малым значением КПД - не более 85 %.

В связи с большей точностью косвенного метода его можно приме­нять и для электрических машин со значением КПД менее 85 %.

МЕТОДЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ И КПД

Для непосредственного определения потерь и КПД используют сле­дующие методы.

Метод измерения механической мощности

Механическая мощность на валу машины определяется как произве­дение измеренного вращающего момента на угловую частоту вращения. Эта мощность в случае двигателя является отдаваемой, а в случае ге­нератора - подводимой. Вращающий момент находят с помощью динамо­метра, а при испытании двигателя также с помощью электромагнитного, механического или гидравлического тормоза.

Метод измерения электрической мощности

Он применяется при необходимости определить потери и КПД агре­гата, состоящего, как минимум, из двух механически соединенных ма­шин (двигатель-генератор). С помощью электроизмерительных приборов находят подводимую и отдаваемую мощность агрегата; разность их оп­ределяет полные потери в машинах, составляющих агрегат.

Метод тарированной вспомогательной машины

Испытуемая машина соединяется с тарированной; в зависимости от того, двигателем или генератором является испытуемая машина, тари­рованная машина должна быть соответственно генератором или двигате­лем. Тарирование вспомогательной машины, т.е. определение ее подво­димой и отдаваемой мощности, производится (для повышения точности) методом отдельных потерь.

При испытании двигателя КПД находит как отношение суммы мощнос­ти, отдаваемой тарированной машиной, и потерь в ней к мощности, под­водимой к испытуемой машине. При испытании генератора КПД опреде­ляется как отношение мощности, отдаваемой испытуемой машиной, к раз­ности между мощностью, подводимой к тарированной машине и потерями в ней. При всех перечисленных методах непосредственного определения КПД его находят по формуле

где Р₁ и Р₂ - соответственно подводимая, и отдаваемая мощности.

Методы косвенного определения потерь и КПД

Косвенный метод определения потерь и КПД, называемый также методом отдельных потерь, основан на том, что опытным или расчетным путем находят отдельно каждый вид потерь, суммируют их, а КПД рассчитывают по формуле

где Р_Σ – сумма потерь.

Известны следующие методы косвенного определения потерь и КПД.

Метод взаимной нагрузки

Две одинаковые машины определяются механически и электрически таким образом, что одна из них работает в режиме двигателя и передает всю развиваемую ею механическую мощность второй машине, работающей в режиме генератора и возвращающей всю генерируемую ею электрическую мощность первой машине. Тогда сумма потерь в одной машине может быть определена по формуле

Метод ненагруженного двигателя

Этим способом можно определить потери в стали и механические в машинах всех видов, допускающих вращение в режиме ненагруженного двигателя. Испытуемую машину вращают вхолостую с номинальной час­тотой при изменяемом напряжении от значения, при котором обычно снимается характеристика холостого хода, но не менее 110% номи­нального напряжения, и до наименьшего напряжения, обеспечивающего вращение с этой частотой.

В асинхронных машинах, работающих в режиме ХХ, коэффициент мощности имеет малые значения. Поэтому для повышения точности измерений потребляемой мощности рекомендуется применять специальные ваттметры, которые предназначены для измерения коэффициента мощности при низких значениях.

Для определения искомой суммы потерь в стали и механических следует вычесть из измеренной подводимой мощности основные электрические потери, создаваемые в обмотках рабочей цепи машины потребляемым при опыте током, и потери в переходных контактах щеток. При расчете основных электрических потерь, равных произведению квадрата тока в рабочей цепи на ее сопротивление, последнее должно быть измерено немедленно по окончании опыта.

Разделение суммы потерь в стали и механических на составляющие производят, строя зависимость суммы потерь в стали и механических (Р_с + Р_мех) от квадрата приложенного напряжения. Нижняя прямолинейная часть построенной зависимости, экстраполированная на нулевое значение приложенного напряжения, на оси ординат механические потери, т.к. при напряжении равном нулю, потери в стали также равны нулю.

 

В машинах постоянного тока с номинальным напряжением 100В сумму потерь в стали и механических строят от квадрата ЭДС в якоре.

 

 

Метод самоторможения и калориметрический

Эти методы достаточно сложны и имеют ограниченную область применения – лишь для гидрогенераторов с вертикальным валом.

При использовании метода самоторможения испытуемая машина подвергается свободному выбегу и затормаживается потерями в ней или какой-либо нагрузкой, поддающейся достаточно точному измерению. Потери определяются отрицательным ускорением самоторможения в момент прохождения частоты вращения через номинальное значение

где Р – потери, Вт; n_н – номинальная частота вращения, об/мин; С=  – постоянная торможения, Дж.

При использовании калориметрического метода потери в испытуемой машине определяются по количеству теплоты, создаваемой потерями в машине. Потери вычисляются как произведение расхода охлаждающей среды на превышение ее температуры с учетом теплоты, рассеиваемой в окружающую среду. Потери могут быть также найдены путем определения тарировочной характеристики, представляющей зависимость превышения температуры охлаждающей среды от потерь, выделяемых в машине, при условии, что потери могут быть измерены непосредственно электрическими методами. Потери выносимые из машины охлаждающей средой, равны

где Q – измеренный расход этой среды; с – ее теплоемкость; γ – плотность и Δv = v₂ - v₁ – превышение ее температуры на выходе v₂ над температурой на входе v₁.

 

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТОК

 

Вторым пунктом испытаний электрических машин всех видов является измерение сопротивлений обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии электрической машины, при котором температура любой ее части отличается от температуры окружающей среды не более чем на ± 3⁰К. От точности измерения сопротивлений обмоток в холодном состоянии зависит правильность определения ряда важнейших параметров. При промышленных испытаниях электрических машин могут находить применение только те способы измерения сопротивлений, которые удовлетворяют следующим требованиям.

Достаточная точность измерения, т.е. способ должен обеспечивать погрешность измерения сопротивления обмотки, не превосходящую той, с которой производится измерение температуры в практически холодном состоянии. Если учесть, что обычно применяемые способы измерения температуры обеспечивают погрешность в пределах ± 1.0 °К, что соответствует изменению температуры в пределах ± 0.4 %, то последнее и должно считаться допускаемой погрешностью измерения сопротивления при приемочных испытаниях. При испытаниях, к которым предъявляются менее высокие требования, погрешность измерения сопротивления может быть допущена до ± 1 %.

Быстрота выполнения измерений, т.е. в ряде случаев момент измерения должен быть четко ориентирован во времени, что невозможно, если измерение требует кропотливых операций.

Подвижность измерительного устройства. Так как измерения приходиться производить в различных местах, то измерительное устройство должно допускать легкую переноску без последующей настройки или регулировки. Применение стационарных измерительных устройств, от которых прокладываются проводники к объектам измерений, удаляет наблюдателя от последних, затрудняет связь и вносит дополнительные погрешности.

Способ обыкновенного моста (Уитстона) имеет тот недостаток, что при нем измеряемому сопротивлению прибавляется сопротивление соединительных проводников и, что еще хуже, их контактов; поэтому его применение допускается для измерений сопротивлений не менее 1 Ом. Появившиеся в последнее время четырехзажимные мосты, при которых к объекту измерения раздельно подключаются два съемных плеча моста и по одному проводнику от источника тока и гальванометра, не исключают полностью влияние контактов при данном способе.

Способ двойного моста (Томпсона) свободен от этого недостатка, но, чтобы получить от него большую точность, нужно применять его с гальванометрами высокой чувствительности, требующими стационарной установки. Кроме того, для измерения малых сопротивлений требуются внешние эталонные сопротивления, которые дороги и неудобны для переносных устройств, а иногда и очень громоздки.

Быстрота измерений при мостовых способах зависит от конструкции аппаратуры: как правило, чем большую быстроту измерений допускает конструкция моста, тем меньшую точность и надежность она обеспечивает. Наконец, стоимость хорошего моста со всеми необходимыми для него принадлежностями весьма значительна.

Способ омметра с логометром прост и обеспечивает быстроту измерения, т.к. его результат прямо указывается стрелкой на шкале, но отличается наименьшей точностью и может быть допущен только при приемосдаточных испытаниях машин массового выпуска с относительно большими сопротивлениями обмоток.

Способ вольтметра и амперметра лучше всего удовлетворяет всем предъявляемым требованиям; при условии применения приборов соответствующего класса он обеспечивает требуемую точность, дает большую быстроту измерений и легко приспосабливается к требованиям подвижности измерительного устройства.

При выборе приборов нужно обратить внимание на то, чтобы они имели как можно меньшую вариацию показаний. Чтобы способ давал достаточно правильные результаты, необходимо соблюдение ряда условий.

 Вольтметр должен подсоединяться непосредственно к выводам объекта измерений (рис. 2.1). Если для присоединения используются иглы, то они должны быть хорошо заточенными и изготовленными из закаленной стали, но отнюдь не из латуни или меди, т.к. в этом случае они быстро затупляются и теряют возможность прокалывать пленку окисла на поверхности металлов.

Во избежание нагревания обмотки измерительным током значение последнего следует выбирать по данным обмотки так, чтобы адиабатное повышение температуры обмотки за время измерения не превышало 1 °К. Если же данные обмотки неизвестны, то значение измерительного тока должно быть не выше 20 % номинального тока обмотки, а длительность измерения не более 1 мин.

Значение постоянного тока, регулируемое с помощью реостата при измерении сопротивлений обмоток не должно превышать 20 % номинального тока обмотки при длительности его протекания не более 1 мин. Если известна плотность тока j, протекающего по обмотке при измерении, можно определить скорость адиабатического повышения температуры (Δv/Δt) медной обмотки: ; для алюминиевых обмоток Δv/Δt = j²/86. Эта скорость за время измерения сопротивления не должна превышать 1 °С.

Под адиабатным  понимается процесс нагревания обмотки, при котором вся теплота, выделяемая в ней током, идет на повышение ее температуры, т.е. нет никакой отдачи теплоты в окружающую среду, в том числе в изоляцию обмотки.

Пример . Обмотка ротора турбогенератора изготовлена из медного проводника прямоугольного сечения размером 7×28 мм. Номинальный ток обмотки 660А. При испытании на нагревание косвенным методом предполагается нагружать обмотку током не более 2/3 номинального, т.е. 440А.

Требуется определить за какое время можно произвести измерение сопротивления ротора в холодном состоянии при таком токе, чтобы ее температура за это время повысилась не более чем на 1⁰К.

Плотность тока при предполагаемом измерении

А/мм²,

следовательно, повышение температуры обмотки на 1 °К произойдет за время не менее с, что вполне достаточно для измерения.

Δv – достигнутое повышение температуры; j – плотность тока в проводнике; t – время повышения температуры на Δv °К.

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть больше измеряемого сопротивления не менее чем в 100 раз; в противном случае следует ввести поправку в результаты измерения по формуле

,

где r – истинное значение сопротивления обмотки, Ом; U – измеренное падение напряжения, В; I – измеренный ток, А; r_в – сопротивление вольтметра.

 При измерении сопротивления обмотки с глухим сопряжением фаз в звезду между каждыми двумя выводами оказываются включенными последовательно две фазы и результат измерения дает сумму их сопротивлений (рис. 2.2).

Пусть R₁, R₂, R₃ – действительные значения сопротивлений фаз, примыкающим к выводам 1, 2, 3, а R₁₂, R₂₃, R₃₁ – результаты измерений, произведенных соответственно между выводами 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, тогда

,

Решение этой системы относительно неизвестных R₁, R₂, R₃ дает

                                                   

В случае сопряжения фаз в треугольник, между каждыми двумя выводами при измерении сопротивления оказываются включенными параллельно две ветви, одна из которых состоит из одной фазы, а другая – из двух фаз в последовательном соединении (рис. 2.3).

Сохраняя для действительных сопротивлений фаз прежние обозначения и обозначая через R₁₁, R₂₂, R₃₃ сопротивления, измеренные на выводах этих фаз, можно написать

Решение этой системы относительно искомых сопротивлений R₁, R₂, R₃ и дает 

Если расхождение измеренных сопротивлений не превосходит 2% при сопряжении фаз в звезду или 1,5% при сопряжении фаз в треугольник, то сопротивление одной фазы допускается определять упрощенно; при сопряжении фаз в звезду: , при сопряжении фаз в треугольник - , где R – среднее из измеренных значений.