Часть третья м - самообразование

51

При использовании аксиальной (осевой) системы воздух движется вдоль статора и ротора в одном направлении, и усиление эффективности охлаждения достигается устройством продольных вентиляционных каналов. В таком виде обе системы вентиляции применяются для машин относительно малой мощности.

В конструкциях мощных двигателей применяется смешанная система вентиляции, когда магнитопроводы статора и ротора имеют и радиальные, и осевые вентиляционные каналы (рис.15,в). Иногда организуется также тангенциальное движение воздуха (рис.15,г).

Закрытые обдуваемые двигатели предусматривают воздушное охлаждение обдувом поверхности корпуса при аксиальной или аксиально-радиальной циркуляции воздуха (рис. 15,д). В наружную часть двигателя воздух забирается из помещения вентиляторами и прогоняется вдоль спинки железа статора в одном направлении. Во внутренней части двигателя создается движение теплого воздуха, но внутреннему контуру, способствующее его интенсивному соприкосновению с внешними охлаждаемыми частями машины или воздухоохладителями.

Рис.16. Системы охлаждения двигателей в запыленных помещениях

При установке двигателей в очень запыленных помещениях предусматривается подвод чистого охлаждающего воздуха или из соседнего незапыленного помещения, или снаружи (рис. 16,а). Подвод чистого воздуха снаружи выполняют для двигателей дробилок мелкого дробления и двигателей мельничного отделения. Однако опыт эксплуатации показывает, что подвод наружного воздуха для охлаждения двигателей в районах с низкими температурами в зимнее время, несмотря на утепление воздухозабора, приводит к отпотеванию и снижению изоляции обмоток статора, вследствие чего двигатели преждевременно выходят из строя.

Двигатели СТМ, СТД, АТД и ATM, установленные на питательных насосах, имеют замкнутую систему вентиляции (рис.16,б). Движение воздуха по замкнутому контуру охлаждения обеспечивается или собственными вентиляторами, насаженными на вал с обеих сторон, или отдельными вентиляторами, установленными внутри корпуса двигателя. К воздухоохладителям подводится охлаждающая вода. Холодный воздух забирается внутрь двигателя из камеры холодного воздуха и попадает во

52

внешнюю полость между наружными и внутренними щитами двигателя, откуда поступает внутрь машины, где поток воздуха в зависимости от системы вентиляции разветвляется на несколько потоков циркуляции. Из средней части статора горячий воздух поступает в воздухоохладители, где охлаждается и вновь поступает в камеру холодного воздуха.

В конструкции асинхронных двигателей типа АВ-8000 (АТД-8000), устанавливаемых в качестве привода питательных насосов блоков 300 и 500 МВт, применено непосредственное водяное охлаждение обмотки ротора и стали статора. Конструкция достаточно сложная.

4. Некоторые вопросы эксплуатации двигателей (о пусках)

При эксплуатации электродвигателей, их пускорегулирующих устройств и защит должна быть обеспечена их надежная работа при пуске и в рабочих режимах.

На шинах собственных нужд электростанции напряжение должно поддерживаться в пределах 100-105% номинального. При необходимости допускается работа электродвигателей при напряжении 90-110% номинального с сохранением их номинальной мощности.

На электродвигатели и приводимые ими механизмы должны быть нанесены стрелки, указывающие направление вращения. На электродвигателях

ина пусковых устройствах должны быть надписи с наименованием агрегата, к которому они относятся.

Продуваемые электродвигатели, устанавливаемые в пыльных помещениях

ипомещениях с повышенной влажностью, должны быть оборудованы устройствами подвода чистого охлаждающего воздуха.

Электродвигатели с водяным охлаждением обмотки ротора и активной стали статора, а также со встроенными водяными воздухоохладителями должны быть оборудованы устройствами, сигнализирующими о появлении воды в корпусе.

При перерыве в электропитании электродвигателей (включая электродвигатели с регулируемой частотой вращения) ответственного тепломеханического оборудования должен быть обеспечен их групповой самозапуск при повторной подаче напряжения от рабочего или резервного источника питания с сохранившем устойчивости технологического режима основного оборудования.

Время перерыва литания, определяемое выдержками времени технологических и резервных защит, должно быть не более 2,5 с. Перечень ответственных механизмов должен быть утвержден техническим руководителем электростанции.

Электродвигатели с короткозамкнутыми роторами разрешается пускать из холодного состояния 2 раза подряд, из горячего – 1 раз, если заводской инструкцией не допускается большего количества пусков.

53

Последующие пуски разрешаются после охлаждения электродвигателя в течение времени, определяемого заводской инструкцией для данного типа электродвигателя.

Повторные включения электродвигателей в случае отключения их основными защитами разрешаются после обследования и проведения контрольных измерений сопротивления изоляции.

Для двигателей ответственных механизмов, не имеющих резерва, повторное включение разрешается после внешнего осмотра двигателя.

Повторное включение двигателей в случаях действия резервных защит до выяснения причины отключения запрещается.

О пусках и переключениях

Известно выражение для расчета времени пуска:

		s2	ds
t	п	T		.
		Jном	mиз
		s1
Из него следует, что при условии полной загрузки механизма время пуска

определяется	механической постоянной времени, которая, в свою очередь
определяется	Jа J м Jдв – суммой моментов инерции механизма и двигателя.

Во время пуска двигателя происходит его нагрев. Критерием определения допустимого нагрева во время пуска является сравнение расчетного времени пуска, подсчитанного по приведенному выражению с допустимым временем - tп.доп , за которое нагрев достигает предельной величины и которым

ограничивается время пуска. Время tп.доп можно рассчитать, если пренебречь

теплоотдачей во время пуска, т.е. считать процесс адиабатическим и полагать, что двигатель во время пуска работает с номинальной нагрузкой.

При tп tп.доп допускается два пуска подряд из холодного состояния и один – из горячего при общем количестве пусков, указанных в паспорте, если

J м J м.доп ,

где J м.доп – допустимый момент инерции ротора механизма, указываемый

в паспорте.

Могут быть и отклонения от этих правил, если допускает завод изготовитель (не характерно для собственных нужд электростанций). Так, если J м 0,5J м.доп , то допускается 3 пуска подряд из холодного состояния, а из

горячего на один меньше, то есть 2 пуска. Если же J м.доп J м 2J м.доп , то может быть 1 пуск из холодного состояния и не допускается пуск из горячего.

Для двухскоростных двигателей характерным является режим переключения скорости. Отечественные двигатели

	допускают до 6 переключений в сутки. Переключение
	производят с кратковременным отключением от сети. При
м	переключении с меньшей скорости на большую ток на 10 …

54

15%, а время протекания меньше чем при пуске. Поэтому переключение производят без выдержки времени. При переключении с большей скорости на меньшую необходима выдержка времени, так как ток и время его протекания

больше, чем при пуске из-за торможения.

Число пусков регламентировано. За срок службы двигатели мощностью до 5 МВт должны допускать 10 тыс. пусков, а свыше – 7,5 тыс. За календарный год двигатели должны допускать не менее следующего количества пусков.

Двигатели ПЭН ………………………	400	– 700;
других насосов………………………..	300	– 500;
тягодутьевых установок………………	500	– 700;
механизмов топливоприготовления….	800	– 1000;

механизмов топливоподачи………….. до 2500.

Надзор за нагрузкой электродвигателей, щеточным аппаратом, вибрацией, температурой элементов и охлаждающих сред электродвигателя (обмотки и сердечника статора, воздуха, подшипников и т.д.), уход за подшипниками (поддержание требуемого уровня масла) и устройствами подвода охлаждающего воздуха, воды к воздухоохладителям и обмоткам, а также операции по пуску и останову электродвигателя должен осуществлять дежурный персонал цеха, обслуживающего механизм.

В случаях, когда через камеры охладителей проходят токоведущие части, надзор и обслуживание схемы охлаждения в пределах этих камер должен осуществлять персонал электроцеха.

Электродвигатели должны быть немедленно отключены от сети при несчастных случаях с людьми, появлении дыма или огня из корпуса электродвигателя, его пусковых и возбудительных устройств, поломке приводимого механизма.

Электродвигатель должен быть остановлен после пуска резервного (если он имеется) в случаях:

появления запаха горелой изоляции; резкого увеличения вибрации электродвигателя или механизма;

недопустимого возрастания температуры подшипников; перегрузки выше допустимых значений;

угрозы повреждения электродвигателей (заливание водой, запаривание, ненормальный шум и др.).

Для электродвигателей переменного тока мощностью свыше 100 кВт, а также электродвигателей механизмов, подверженных технологическим перегрузкам, должен быть обеспечен контроль тока статора.

Способы пуска двигателей

Общая характеристика вопроса. Прямой пуск.

При рассмотрении возможных способов пуска асинхронных двигателей необходимо учитывать следующие основные положения:

55

1) двигатель должен развивать при пуске достаточно большой пусковой момент, который должен быть больше статического момента сопротивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения;

2)величина пускового тока должна быть ограничена таким значением, чтобы не происходило повреждения двигателя и нарушения нормального режима работы сети;

3)схема пуска должна быть по возможности простой, а количество и стоимость пусковых устройств – малыми.

Рассмотрим способы пуска и их схемы применительно к асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором и особенности пуска синхронных машин – двигателей и компенсаторов.

Наиболее простым и распространенным способом пуска двигателя с короткозамкнутым ротором является включение обмотки его статора непосредственно в сеть, на номинальное напряжение обмотки статора (рис.3,а). Такой

~	Uс = const		пуск называется прямым.
				Двигатели	при	таком	пуске
			могут	присоединяться			через
			высоковольтные		выключатели		(при
			напряжениях 6 – 10 кВ) или через
	Uд		рубильники, автоматы,			контакторы,
			магнитные пускатели при напряжении
М
			0,4 кВ.
	М	М		Способ	прямого		пуска

рекомендуется для всех асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, поскольку современные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проектируются с таким расчетом, чтобы они по величине возникающих при пуске электродинамических усилий, действующих на обмотки, и по условиям нагрева обмоток допускали прямой пуск. Поэтому прямой пуск всегда возможен, когда сеть достаточно мощна и пусковые токи двигателей не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10—15%). Современные энергетические системы, сети и сетевые трансформаторные подстанции обычно имеют такие мощности, что в подавляющем большинстве случаев возможен прямой пуск асинхронных двигателей. Поэтому нормальным способом пуска двигателей с короткозамкнутым ротором является прямой пуск. При этом пусковой ток двигателя Iпуск = (4,0 – 7,0) Iном.

При подключении мощных двигателей к шинам в системах общепромышленного электроснабжения, от которых питаются другие потребители, и недостаточной мощности питающей сети прямой пуск может быть неприемлемым из-за значительного снижения напряжения на этих шинах (не выполняется условие 2). Так, например, при смешанной силовой и осветительной нагрузке напряжение Uд допускается не ниже (0,9 –0,85)Uном, при силовой – не ниже 0,8Uном.

56

Если по условиям падения напряжения в сети прямой пуск двигателя с короткозамкнутым ротором невозможен, применяются различные способы пуска двигателя при пониженном напряжении (рис.3б, и в ). Однако при этом понижается пропорционально квадрату напряжения на зажимах обмотки статора или квадрату пускового тока двигателя пусковой момент, что является

недостатком пуска при пониженном напряжении.

Реакторный

пуск

осуществляется

согласно

схеме рис.3,б.

Сначала

~

включается

выключатель

1, и

двигатель

получает

питание через трехфазный реактор, сопротивление

1

1

1

которого хр

ограничивает величину пускового тока.

По достижении нормальной скорости вращения

включается

выключатель

2,

который

шунтирует

2

2

2

реактор, в

результате чего на

двигатель

подается

нормальное напряжение сети.

Пусковые

реакторы

могут

быть

с

ферромагнитным сердечником, для весьма мощных

двигателей применяются также бетонные реакторы.

М

Если

составляющие

сопротивления

короткого

замыкания

двигателя равны rк

и xк то

начальный

пусковой ток при прямом пуске

Uном

, а при

Iп.п

r2

x2

к

к

реакторном пуске, при пренебрежении активным сопротивлением реактора,

Iп. р

Uном

.

r2

x

x

2

р

к

к

Следовательно,

при

реакторном

пуске начальный

пусковой ток

r2

x

x

2

Iп.п

р

уменьшается

в

к

к

раз.

Во столько же раз

уменьшается

Iп. р

r2

x2

к

к

также напряжение на зажимах двигателя в начальный момент пуска. Начальный

пусковой момент при реакторном пуске		Мп.р уменьшается по сравнению с
			r2	x	x		2
	M п.п					р
моментом при прямом пуске Мп.р в			к	к				раз.
	M п. р			r2	x2
				к	к

В приведенных соотношениях не учитывается изменение величины xк при изменении величины пускового тока. При необходимости нетрудно учесть это изменение.

			57
Автотрансформаторный	пуск		осуществляется		по	схеме	рис.	3,	в	в
~		следующем порядке. Сначала включаются
1		выключатели 1 и 2, и на двигатель через
		автотрансформатор				AT	подается
		пониженное			напряжение.			После
3		достижения двигателем					определенной
		скорости выключатель 2 отключается, и
		двигатель получает питание через часть
		обмотки автотрансформатора AT, который
	2	в	этом	случае	работает		как	реактор.
М		Наконец		включается		выключатель			З,	в

результате чего двигатель получает полное

напряжение.

Если пусковой автотрансформатор понижает пусковое напряжение двигателя в kат раз, то пусковой ток в двигателе или на стороне НН автотрансформатора Iп.д уменьшается также в kат раз, а пусковой ток на стороне

ВН автотрансформатора или в сети Iп.с уменьшается в kат2 раз. Пусковой

момент Мп пропорциональный квадрату напряжения на зажимах двигателя, уменьшается также kат раз.

Таким образом, при автотрансформаторном пуске Мп и Iп.с уменьшаются в одинаковое число раз. В то же время при реакторном пуске пусковой ток двигателей Iп.дд является также пусковым током в сети Iп.с и пусковой момент Мп уменьшается быстрее пускового тока (в квадратичном отношении). Поэтому при одинаковых величинах Iп.с при автотрансформаторном пуске пусковой момент будет больше. Однако это преимущество автотрансформаторного пуска достигается ценой значительного усложнения и удорожания пусковой аппаратуры. Поэтому автотрансформаторный пуск применяется реже реакторного, при более тяжелых условиях, когда реакторный пуск не обеспечивает необходимого пускового момента.

5.Неисправности двигателей

1.При включении в сеть электродвигатель не вращается, гудит или вращается, но очень медленно. Может быть несколько причин.

■ О б р ы в в ц е п и с т а т о р а .

В низковольтных двигателях чаще всего это происходит из-за сгорания предохранителя, отгорания наконечника у вывода обмотки статора или на кабеле, а также силовых контактов контактора или магнитного пускателя.

Ввысоковольтных двигателях обрыв цепи статора из-за плохого контакта

вобмотке, на наконечниках кабеля, на ошиновке выключателя, как правило, сопровождается появлением однофазного замыкания на землю или между-

58

фазного к. з. Двигатель в этом случае отключается защитой и повреждение (обрыв цепи) обнаруживается при определении причины срабатывания защиты.

При обрыве цепи статора вращающего магнитного потока не создается и вращающий момент равен нулю, поэтому двигатель при пуске не вращается. Стрелка амперметра отклонится до упора, если амперметр окажется включенным на одну из фаз, не имеющих обрыва, или останется на нуле, если амперметр подключен к оборвавшейся фазе.

Двигатель при пуске на двух фазах будет иметь пусковой ток, равный √3/2 = 0,866 пускового тока при исправной цепи статора. В большинстве случаев защита двигателя отстроена от пускового тока и не сработает. Если стрелка амперметра отклонится до упора и останется в этом положении по истечении времени, необходимого для разворота двигателя при исправной цепи статора, то персонал заметит неисправность и отключит двигатель. Если же стрелка амперметра останется на нуле, то персонал при пуске двигателя, расположенного вдали от места управления, может по ошибке оставить выключатель включенным, что приведет к сгоранию обмотки. Поэтому в инструкции, выдаваемой персоналу тепловых цехов, следует подчеркнуть: если сигнализация указывает, что выключатель включился, а стрелка амперметра осталась на нуле, необходимо немедленно отключить выключатель.

■ О б р ы в и л и с л а б ы й к о н т а к т в ц е п и ф а з н о г о р о т о р а и л и н а р у ш е н и е к о н т а к т а м е ж д у с т е р ж н я м и и к о л ь ц а м и в к о р о т к о з а м к н у т о м р о т о р е .

Двигатель при этом повреждении может не развернуться до полной скорости. Ток статора колеблется с частотой скольжения.

Дополнительным признаком нарушения контакта между стержнями и кольцами в двигателях с короткозамкнутым ротором является появление из двигателя искр и дыма при его пуске.

■ М е х а н и ч е с к о е з а е д а н и е в д в и г а т е л е и л и п р и в о д и м о м м е х а н и з м е .

Вызывается разными причинами. Мельничные вентиляторы, например, забиваются пылью из-за неплотного закрытия шиберов; дробилки — углем; дымососы, установленные снаружи, закрываются мощным слоем инея со льдом. В этом случае следует открыть смотровые люки и принять меры к очистке механизмов. Для проверки отсутствия заедания необходимо провернуть агрегат за муфту.

Иногда персонал тепловых цехов, не удаляя из механизма пыль и уголь через люки, прибегает к многократному пуску двигателей подряд. Необходимо запрещать такую практику.

■ Б о л ь ш а я н е с и м м е т р и я в з а з о р е м е ж д у р о т о р о м и с т а т о р о м .

При этом виде неисправности двигатель проворачивается за муфту нормально, без заеданий. Сопротивление изоляции обмотки в норме. Обрыва

59

цепи статора нет. Окончательно неисправность устанавливается путем измерения зазора при снятых торцевых крышках.

■ Н е д о с т а т о ч н о е п р е в ы ш е н и е п у с к о в о г о м о м е н т а д в и г а т е л я н а д н а ч а л ь н ы м м о м е н т о м м е х а н и з м а .

При нормальном или повышенном напряжении на секции, питающей двигатель, последний разворачивается нормально, а при пониженном происходит отказ. Для обеспечения пуска двигателя можно прибегнуть к повышению напряжения на секции путем включения на время пуска параллельно с рабочим питанием выключателя резервного питания. Однако идти на эту меру следует только в крайнем случае, так как при параллельной работе рабочего и резервного питания выключатели и другая аппаратура могут оказаться неустойчивыми к возросшим токам к. з. Кроме того, в аварийных условиях не всегда можно провести такую операцию. Поэтому более правильно принять меры к тому, чтобы обеспечить пуск двигателя при всех реально возможных напряжениях путем уменьшения начального момента механизма, если он окажется выше, чем на других таких же механизмах, или замены двигателя на такой же по мощности, но имеющий более высокий пусковой момент, или, наконец, на двигатель большей мощности.

■ А г р е г а т п е р е д п у с к о м в р а щ а е т с я в о б р а т н у ю с т о р о н у из-за неплотного закрытия шибера или задвижки. В этом случае необходимо потребовать от персонала тепловых цехов плотно закрыть шиберы или задвижки, а если последние имеют дефекты, то устранить эти дефекты. В случаях, когда запас пускового момента двигателя явно недостаточен, следует идти на замену двигателя на более мощный, выбрав его по условию достаточно надежного пускового момента.

■ В и т к о в о е з а м ы к а н и е в о б м о т к е с т а т о р а .

Как правило, в крупных двигателях и тем более в высоковольтных витковое замыкание при первом же включении сопровождается появлением замыкания на корпус и к. з. между фазами.

■ Н е п р а в и л ь н а я с х е м а с т а т о р а . Обмотка соединена в звезду вместо треугольника, одна из фаз перевернута.

2. При работе двигателя обнаружен повышенный нагрев подшипника скольжения. Может быть несколько причин.

■ Н и з к и й у р о в е н ь м а с л а . З а м е д л е н н о е в р а щ е н и е с м а з о ч н о г о к о л ь ц а . З а г р я з н е н и е м а с л а .

При низком уровне необходимо долить масло. Замедленное вращение кольца может быть вызвано чрезмерно высоким уровнем масла, касанием кольца к стенке прорези во вкладыше из-за установки ротора не горизонтально, дефектами кольца (кольцо имеет разную толщину по окружности, а сечение его имеет форму эллипса) и неправильно выбранным сечением. Повышенная вибрация подшипника, бой шейки вала ротора также могут замедлить вращение кольца. При слишком высоком уровне необходимо слить избыток масла. В

60

остальных случаях для устранений дефекта двигатель должен быть выведен в ремонт.

Замена грязного масла должна, как правило, производиться на остановленном двигателе. Только в крайнем случае, если невозможно остановить двигатель, замену масла можно произвести на ходу. Для этого необходимо запастись чистым маслом в количестве, превышающем объем картера подшипника в 2—3 раза. Операция производится двумя рабочими. Один из них отвертывает спускную пробку и сливает грязное масло. Второй в это же время добавляет в подшипник свежее масло, направляя его струю в зазор между кольцом и прорезью вкладыша. После того как из спускной пробки пойдет чистое масло, пробка заворачивается, уровень масла доводится до нормального и операция заканчивается.

■ П о я в л е н и е о с е в ы х у с и л и й н а в к л а д ы ш , в ы з в а н н ы х и з н о с о м д е т а л е й п о л у м у ф т ( п а л ь ц е в , з у б ь е в , ш е с т е р е н и т . п . ) .

■ П л о х а я ш а б р о в к а в к л а д ы ш а и л и н а р у ш е н и е е е в р е з у л ь т а т е ч а с т и ч н о г о п о д п л а в л е н и я и н а т а с к и в а н и я

ба б б и т а .

Втех случаях, когда устранить нагрев подшипника путем доливки или замены масла не удается, а кольцо вращается нормально, полумуфты рассоединяются и двигатель запускается без механизма. Если повышенный нагрев подшипника после одного-двух часов работы на х. х. наблюдаться не будет, то причина нагрева в появлении осевых усилий на вкладыш в результате срабатывания деталей полумуфт. Если же нагрев останется и на х. х., а нажатием в торец вала вращающегося ротора будет установлено, что ротор имеет возможность перемещаться в одну и другую сторону и, следовательно, на торцы вкладыша не давит, то причина нагрева в наличии дефекта на вкладыше. Двигатель в этом случае следует вывести в ремонт.

3.При работе двигателя обнаружен повышенный нагрев подшипника качения. Может быть несколько причин.

■ О т с у т с т в и е с м а з к и в р е з у л ь т а т е е е в ы т е к а н и я

и л и в ы с ы х а н и я	и з - з а	н е с в о е в р е м е н н о й з а м е н ы . Для
устранения нагрева необходимо добавить или заменить смазку.
■ С л и ш к о м	м н о г о	с м а з к и . Обычно этот дефект наблюдается

после ремонта. Для устранения нагрева необходимо уменьшить количество смазки, чтобы она занимала не более 2/3 объема свободного пространства.

■ П о я в л е н и е д е ф е к т о в в п о д ш и п н и к е : раковин, трещин;

срабатывание, разрушение сепаратора и задевание его за обоймы подшипника сопровождаются ненормальным шумом при вращении ротора даже с небольшой скоростью. Двигатель при первой возможности должен быть выведен в ремонт.

Одной из частых причин повреждения подшипников качения в электродвигателях является проведение сварочных работ на механизмах и