Испытание электрических машин после ремонта

Отремонтированные машины в зависимости от мощности и назначения подвергаются приемосдаточным испытаниям согласно установленным нормам.
К числу основных испытаний, которым подвергают электрические машины, относят: проверку сопротивления изоляции всех обмоток относительно корпуса и между ними, правильность маркировки выводных концов; измерение сопротивления обмоток; проверку коэффициента трансформации асинхронных двигателей с фазным ротором и холостого хода; испытание на повышенную частоту вращения, контроль изоляции между витками, проведение опыта короткого замыкания, испытание на нагревание под нагрузкой, испытание электрической прочности изоляции.
Сопротивление обмоток постоянному току чаще всего измеряют методом измерительных мостов и методом амперметра — вольтметра. При этом измеренные сопротивления не должны отличаться друг от друга более чем на ±2 %.
Электрическую прочность изоляции относительно корпуса испытывают переменным током частотой 50 Гц в течение 1 мин. Величина испытательного напряжения зависит от мощности и номинального напряжения машины и приводится в ПУЭ.
В частности, электрические машины мощностью до 1000 кВт подвергают следующим испытаниям:

1. проверке сопротивления изоляции всех обмоток относительно корпуса и между собой. Проверку проводят при номинальном напряжении для машин до 1 кВ мегомметром на напряжение 1000 В. Сопротивление изоляции должно быть в пределах 0,5 — 1 МОм;
2. испытанию изоляции электрической прочности повышенным напряжением переменным током промышленной частоты 50 Гц в течение 1 мин (величина напряжения для обмоток статора машин переменного тока приведена в табл.);
3. измерению величины зазоров между сталью ротора и статора, а также в подшипниках.

Измерение сопротивления изоляции постоянному току обмоток статора и ротора выполняется у электродвигателей номинальным напряжением 3 кВ и выше и мощностью 300 кВт и более.
Испытание на холостом ходу проводится для электродвигателей мощностью 100 кВт и более на номинальное напряжение 3 кВ и выше.
Проверка позволяет установить существенные неполадки, например: повышенный ток холостого хода указывает на увеличенный зазор между статором и ротором или малое число витков в обмотке статора; большие потери мощности при холостом ходе — на междувитковое замыкание, повреждение сердечника или повышенное трение в подшипниках.
Измерение тока холостого хода каждой фазы и пусковых токов проводят на специальных испытательных стендах, оборудованных источниками регулируемого напряжения, двигателями- генераторами, преобразователями, выпрямителями, трансформаторами, индукционными регуляторами с плавным регулированием напряжения от 60 до 500 В и другим оборудованием с необходимыми контрольно-измерительными приборами и аппаратурой. Испытательные стенды снабжены также приспособлениями для установки и крепления машин и пультов управления.
Обмотки ремонтируемых электродвигателей контролируют и испытывают на трех стадиях производства: после изготовления катушек обмоток, укладки обмоток в пазы и сборки двигателя.
Заключительные этапы проверки ремонтируемого электродвигателя — измерение зазоров и пробный пуск. Перед окончательными испытаниями на стенде проверяют правильность сборки и взаимодействия всех частей двигателя путем пробного пуска и работы на холостом ходу в течение 30 мин.
Перед пробным пуском проверяют готовность машины к пуску и работе: наличие смазочного масла в подшипниках, правильность положения щеток (у электродвигателей с фазным ротором щетки должны быть опущены на контактные кольца, а пусковой реостат введен полностью), отсутствие в машине посторонних предметов, свободное вращение ротора без задевания вращающимися частями, прочное закрепление неподвижных подшипниковых щитов. Запустив машину с подшипниками скольжения, наблюдают за работой смазочного кольца: оно должно плавно вращаться и подавать масло на шейку вала. Шариковые и роликовые подшипники должны работать без шума.
По истечении 30 мин работы на холостом ходу двигатель останавливают и, приняв меры предосторожности, исключающие пуск его в работу, тщательно осматривают и ощупывают его обмотку, подшипники и другие части, чтобы выявить местные нагревы и дефекты деталей. Двигатель передают на испытательную станцию для окончательных испытаний, где в первую очередь определяют его номинальные данные.
Методика и объем испытаний для отремонтированного двигателя устанавливаются инструкциями, разработанными для конкретной испытательной станции ремонтного цеха, с учетом требований ГОСТ, ПУЭ и инструкций заводов-изготовителей электродвигателей. Результаты испытаний заносятся в протокол.

Маневровые локомотивы

Испытания электрических машин

Изготовленные или отремонтированные тяговые электрические машины должны удовлетворять требованиям и нормам, установленным ГОСТ 2582—81, ведомственным техническим условиям и Правилам ремонта электрических машин тепловозов (ЦТ/3542, 1979 г.). Приемо-сдаточные испытания проходит каждая машина после ремонта или выпуска завода-изготовителя. Программа приемо-сдаточных испытаний машины постоянного тока включает в себя внешний осмотр машины, измерения сопротивления обмоток, испытания на нагревание в течение 1 ч, проверку частоты вращения и реверсирования при номинальных значениях напряжения, токов нагрузки и возбуждения для электродвигателей, для тяговых генераторов — проверку напряжений, соответствующих продолжительному режиму при низшем и высшем напряжениях, при номинальной частоте вращения, испытания на повышенную частоту вращения, проверку биения коллектора, коммутации, сопротивления н электрической прочности изоляции.

Для тяговых генераторов переменного тока программа приемосдаточных испытаний состоит из: измерения сопротивления обмоток постоянному току, испытания на нагревание в течение 1 ч (допускается проводить эти испытания методом короткого замыкания), снятие характеристики холостого хода и испытание на повышенную частоту вращения, измерение сопротивления изоляции обмоток, испытание электрической прочности межвитковой изоляции между обмотками и изоляции обмоток относительно корпуса, определение биения контактных колец и измерение уровня вибрации.

При осмотре машины обращают внимание на состояние коллектора, установку щеткодержателей, разбег якоря, исправность щеточного аппарата и легкость вращения якоря. Коллектор не должен иметь пластин с острыми кромками, заусенцами и забоинами. Биение коллектора, контактных колец на нагретой машине допускается для электродвигателей и вспомогательных машин не более 0,04 мм, а коллекторов и контактных колец тяговых генераторов — -0,06 мм.

Испытание на холостом ходу проводят для проверки точности сборки и уравновешенности машины, работы подшипников и приработки щеток по коллектору. Тяговые электродвигатели с последовательным возбуждением в режиме холостого хода могут иметь недопустимую частоту вращения (разнос), поэтому они питаются Пониженным напряжением, равным ‘/в-/\о номинального значения. Электродвигатели ЭД-107, ЭД-108 и ЭД-118 проверяют в течение 30 мин при частоте вращения 600 об/мин, тяговые генераторы — в течение 30-40 мин при частоте вращения 500 об/мин, вспомогательные машины — в течение 20-30 мин при частоте вращения, равной 25-40 % номинального значения.

Чтобы выявить нагревание от трения щеток и испытать подшипники, электродвигатели работают без подачи охлаждающего воздуха в течение 1 ч. Двигатели ЭД-107 и ЭД-118 работают при частоте вращения 2290 об/мин. При этих частотах измеряют вибрации на подшипниковом щите в верхней точке со стороны коллектора и привода. Допустимая вибрация 4 мм/с. Температура подшипников, измеренная термометром или термопарой, не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 55 °С. Качество приработки щеток оценивается по контактной поверхности, которая должна быть блестящей с почти незаметными рисками по всей площади, но не менее 75 % нлошади.

Измерение омического сопротивления обмоток производят методом сопротивления (вольтметра и амперметра), который при использовании приборов класса 0,2 или 0.5 обеспечивает высокую точность. Вольтметр, измеряющий падение напряжения, присоединяют непосредственно к выводам измеряемой обмотки. К обмотке якоря вольтметр подсоединяют специальными щупами, устанавливаемыми на коллекторных пластинах, расположенных между щетками. Омическое сопротивление измеряют до испытания машин (в практически холодном состоянии); полученное значение пересчитывают к температуре 20 °С. Сопротивление не должно отличаться от номинального (паспортного) значения на ±10% для отремонтированных машин.

Машины на нагревание* испытывают для определения превышения температуры (перегрева) обмоток, коллектора и подшипников над температурой охлаждающего воздуха при номинальном режиме работы. Испытания тяговых электрических машин иод нагрузкой проводят методом взаимной нагрузки (возвратной работы). При этом методе две однотипные машины соединяют электрически и механически (с помощью полумуфт). Одна машина работает в режиме генератора, а другая — -двигателя (рис. 5.9, о). Машина, работающая генератором Г, питает машину, работающую двигателем ТД, которая вращает генератор. Потери обеих машин покрываются вольтодобавочной машиной ВДМ и линейным генератором ЛГ. Машина ВДМ покрывает электрические потери, а ЛГ — магнитные и механические. Испытание на нагревание производится при номинальном режиме: например, для электродвигателя ЭД-118Б при напряжении 463 В, токе 720 А, частоте вращения 585 об/мин и подаче охлаждающего воздуха 1,33 м’7с.

В процессе испытания машины постоянно контролируют ток нагрузки, напряжение, частоту вращения, температуру подшипников, охлаждающего воздуха и неподвижных обмоток. После остановки машины измеряют температуру обмотки якоря методом сопротивления, а коллектора — — термометром. Превышение температур

1 Этот вид испытаний в депо не выполняют.

Рис. 5.9. Испытания тяговых машин поднагрузкой: а

— схема стенда взаимной нагрузки; 6 схема стенда для мощных синхронных генераторов;А — асинхронный электродвигатель; ДПГ, ДПТД — обмотки добавочных полюсов генератора и двигателя; ВГ, ВТД — обмотки возбуждения генератора н двигателя; 1Ил, Л. 1.д—токи линейного генератора, генератора н тягового электродвигателяобмоток для электродвигателя ЭД-118Б должно быть не более: якоря — 140 °С, главных и добавочных полюсов — 115 °С, коллектора -95 °С. Наибольшая температура подшипников 100 °С.

Тяговые генераторы и тяговые электродвигатели разрешается испытывать без подачи охлаждающего воздуха при открытых люках в течение 1 ч при номинальном напряжении и токе, устанавливающем превышение температуры, равное превышению температуры при номинальном режиме. Для тягового электродвигателя ЭД-118Б этот ток равен 575 А. Тяговые генераторы также разрешается испытывать методом короткого замыкания, поддерживая при этом ток номинального режима. Нагрузочные испытания вспомогательных машин производят методом непосредственной нагрузки. В качестве нагрузочного устройства используют реостаты.

Отклонения частоты вращенияпроверяют в обоих направлениях вращения после испытания на нагревание. Допустимые отклонения частоты вращения тяговых электродвигателей ±3 % от номинального значения, а разность между частотой вращения в одну и другую сторону должна быть не более 4 % от среднеарифметического обеих частот вращения.

Нагрузочные испытания мощных синхронных генераторов. Перспективные тепловозы будут иметь синхронные тяговые генераторы мощностью 5800- 7400 кВт. Для обеспечения надежной работы генераторов в эксплуатации при выпуске с завода-изготовителя или ремонтного завода необходимо проводить их испытания в объеме приемо-сдаточных по полному циклу, предусмотренному ГОСТ 2582-81. Применить для испытаний метод взаимной нагрузки синхронного генератора на машину постоянного тока невозможно, так как такие мощные генераторы не изготавливает промышленность. В результате проведенного анализа методов испытания была выбрана схема испытательного стенда (рис. 5.9, б) с нагружением тягового синхронного генератора на такой же генератор или любую другую синхронную машину методом взаимной нагрузки через статический преобразователь со звеном постоянного тока с покрытием потерь механическим способом. Испытуемый тяговый синхронный генератор ИГ работает на неуправляемую выпрямительную установку ВУ, а нагрузочный синхронный двигатель ДН (тяговый синхронный генератор, работающий в двигательном режиме) получает питание от инверторной установки И. Инвертор и выпрямитель составляют вместе статический преобразователь СП со звеном постоянного тока. В качестве приводного двигателя ДП (для покрытия потерь) используется машина постоянного тока, получающая питание от двигатель-генератора АД — 17.

Основное назначение СП в схеме — передача мощности от ИГ к ДН и обеспечение требуемых режимов работы генератора по току, напряжению и частоте вращения. Заданный режим устанавливается регулированием частоты вращения ДП, угла управления тиристорного инвертора и возбуждения ИГ.

Приведенная схема стенда обеспечивает любой требуемый режим при испытании тяговых синхронных генераторов, минимальные потери энергии при испытаниях, минимальное число установочных мощностей и минимальные габаритные размеры стенда. По приведенной схеме разрабатываются стенды для испытания мощных тяговых синхронных генераторов на заводах-изготовителях и ремонтных заводах.

Испытание на повышенную частоту вращения проводится на нагретой машине при холостом ходе в течение 2 мин. Частота вращения для тяговых электродвигателей превышает на 25 % максимальную частоту вращения (для ЭД-118Б -2860 об/мин), для тяговых генераторов и вспомогательных машин — на 20 %. В депо тяговые генераторы на повышенную частоту вращения не испытывают.

Коммутация машины оценивается визуально по степени искрения под сбегающим краем щетки. Установлено 5 классов коммутации; для тепловозных машин допустимым классом коммутации является 11 1г, при котором происходит слабое искрение под большей частью щетки примерно у половины щеток. Электрические машины должны иметь удовлетворительную коммутацию при всех токах, соответствующих рабочим характеристикам машин, поэтому при снятии характеристик ведут наблюдения за коммутацией.

Коммутацию тягового генератора проверяют в течение 1 мин на тепловозе при реостатных испытаниях при номинальной частоте вращения, максимальном токе и напряжении, соответствующем этому току. Для генератора ГП-311Б проверку коммутации производят при токе 6600 А и напряжении 300 В. Коммутацию тяговых электродвигателей проверяют при снятии скоростных характеристик и при токе 1100 А и напряжении 300 В для двигателей типа ЭД. Этот режим выполняется в двух направлениях вращения по 30 с.

Машина считается выдержавшей испытание, если не произошло каких-либо механических повреждений или кругового огня. Коллектор должен быть пригоден к работе без какого-либо исправления. При повышенном искрении проверяют нажатие пружин щеткодержателей, приработку щеток к коллектору, состояние коллектора, плотность контактов, биение коллектора, правильность установки добавочных полюсов и чередования щеткодержателей по коллектору. На тяговых генераторах дополнительно проверяют установку щеток на нейтрали индуктивным методом. Если эти проверки не улучшат коммутацию, то определяют зону наилучшей коммутации (безыскровой работы) машины методом положительной и отрицательной подпитки (отнитки) добавочных полюсов.

Точность установки щеток на геометрической нейтрали проверяют на неподвижном якоре. К двум щеткам (рис. 5.10), расположенным на расстоянии полюсного деления, подключается милливольтметр с нулем посредине шкалы. В обмотку возбуждения через выключатель подводится ток от постороннего источника постоянного тока, равный 1-5 % номинального. Затем при помощи выключателя замыкают или размыкают цепь. Если щетки расположены на нейтрали, то стрелка милливольтметра отклоняться не будет, так как э. д. с, индуктируемая в обмотке якоря, равна нулю. В случае смещения щеток с нейтрали будет происходить отклонение стрелки милливольтметра. Необходимо сместить щетки и снова разомкнуть и замкнуть цепь возбуждения, при этом отметить не только значение, но и направление отклонения стрелки вольтметра. Если показание вольтметра уменьшилось, то щетки надо смещать в ту же сторону, если увеличилось — в обратную.

Сопротивление и электрическую прочность изоляции оценивают по значению сопротивления и пробивного напряжения. Сопротивление изоляции электрических машин с номинальным напряжением до 500 В измеряется мегаомметром на 500 В, а машин, рассчитанных на напряжение больше 500 В,- — мегаомметром ла 1000 В. Сопротивление изоляции обмоток тяговых генераторов постоянного ипеременного тока и тяговых электродвигателей, измеренное в холодном состоянии, не должно быть меньше 20 МОм. Отсчет по мегаомметру ведется через 1 мин после приложения напряжения.

Для оценки увлажненности изоляции измеряют сопротивление изоляции мегаомметром спустя 15 и 60 с с момента приложения напряжения и вычисляют отношение показаний 1?еп//?15- Изоляция сухая, если отношение больше 2, степень увлажненности изоляции можно оценивать по соотношению

Рис. 5.II. Схема стенда для испытания электрической прочности изоляцииемкостей, измеренных при частотах 50 и 2 Гц. Если это соотношение равно или больше 1,5, то изоляция увлажнена.

Электрическую прочность изоляции (испытание на пробой) обмоток электрических машин относительно корпуса и между обмотками проверяют в течение 1 мин повышенным напряжением переменного тока частотой 50 Гц. Испытательное напряжение для тяговых генераторов и двигателей, прошедших капитальный ремонт, определяется Um.„ — 2(7+ 1000, а после среднего или деповского ремонта £/,„.„ = 0,75(2£/+1000). Здесь (7 = 85% максимального напряжения тягового генератора (но не ниже номинального).

Схема установки для испытания на пробой приведена на рис. 5.11. Для регулирования испытательного напряжения служит автотрансформатор