Наиболее распространенные неисправности машин постоянного тока

Искрение щеток машин постоянного тока.

Искрение щеток может быть вызвано множеством причин, которые требуют от обслуживающего персонала внимательного наблюдения за системой скользящего контакта и щеточного аппарата. К основным из этих причин относятся механические (механическое искрение) и электромагнитные (электромагнитное искрение).

Механические причины, вызвавшие искрение, не зависят от нагрузки. Искрение щеток можно уменьшить, повышая или снижая давление на щетки, и, если возможно, снижая окружную скорость.

При механическом искрении искры зеленого цвета распространяются по всей ширине щетки, подгар коллектора не закономерный, беспорядочный. Механические искрения щеток вызываются: местным или общим биением, задирами на скользящей поверхности коллектора, царапинами, выступающей слюдой, плохой продорожкой коллектора (прорезка слюды между коллекторными пластинами), тугой или слабой посадкой щеток в обоймы щеткодержателей, податливостью бракет, вызывающей вибрацию щеток, вибрацией машин и др.

Электромагнитные причины, вызывающие искрение щеток, более сложные при их выявлении. Искрение, вызванное электромагнитными явлениями, изменяется пропорционально нагрузке и мало зависит от частоты вращения.

Электромагнитное искрение обычно имеет бело-голубой цвет. Форма искр шаровидная или каплеобразная. Подгар коллекторных пластин носит закономерный характер, по которому можно определить причину искрения.

Если в обмотке и уравнителях произойдет замыкание, нарушится пайка или возникнет прямой обрыв, искрение будет неравномерным под щетками, а подгоревшие пластины расположатся по коллектору на расстоянии одного полюсного деления.

Если щетки под бракетом одного полюса искрят больше, чем под бракетами других полюсов, значит, произошло витковое или короткое замыкание в обмотках отдельных главных или добавочных полюсов; неправильно расположены щетки или ширина их больше допустимой.

Кроме того, в машинах постоянного тока могут наблюдаться дополнительные нарушения:

• смещение щеточной траверсы с нейтрали вызывает искрение и нагрев щеток и коллектора;

• деформация скользящей поверхности коллектора вызывает вибрацию и искрение щеток;

• несимметрия магнитного поля вызывает снижение порога реактивной ЭДС, ухудшает коммутирующую способность машины, что, в свою очередь, вызывает искрение щеток. Магнитное поле машины симметрично, если строго соблюдаются правильный шаг по окружности между наконечниками главных и дополнительных полюсов и выдержаны расчетные зазоры под полюсами.

У крупных машин настройка электромагнитных цепей выполняется по методу безыскровой зоны.

Повышенный нагрев машины постоянного тока.

В машине постоянного тока имеется несколько источников тепла, нагревающих все ее элементы.

В понятие повышенного нагрева изоляции входит переход через определяемый нормами допустимый предел принятых в электромашиностроении классов нагревостойкости изоляции.

В практике электромашиностроительных заводов нашей страны внедрено правило создания определенного запаса по теплостойкости изоляции за счет принятия рабочих температур на класс ниже, чем допускает использованная изоляция. Большинство машин сейчас изготовляется с изоляцией нагревостойкости класса F; это означает, что допустимые превышения температур обмоток должны быть такими же, как для класса В, т. е. примерно 80 °С. Это правило введено вследствие аварийных разрушений изоляции обмоток прокатных машин из-за повышенных температур.

Перегрев машин постоянного тока может быть вызван множеством причин.

При перегрузке машин возникает общий перегрев от тепла, выделенного обмоткой якоря, дополнительными полюсами, компенсационной обмоткой и обмоткой возбуждения. Нагрузка крупных машин контролируется по амперметру, а нагрев обмоток по приборам, соединенным с датчиками, вмонтированными в различные изолированные элементы машины — обмотку якоря, дополнительные полюса, компенсационную обмотку, обмотку возбуждения. В особо ответственных крупных прокатных двигателях, работающих в тяжелых режимах, на пост управления оператору и в машинный зал выведены сигналы, предупреждающие о повышении температуры машины до предельного значения.

Перегрев может быть вызван высокой температурой помещения, в котором установлены машины. Причиной этого может быть неисправная вентиляция машинного помещения. Все каналы для подачи воздуха должны быть исправными, чистыми и транспортабельными. Фильтры должны систематически очищаться способом протяжки сеток через минеральное масло.

Воздухоохладители иногда забиваются микроорганизмами, затрудняющими поступление воды. Периодически воздухоохладители промывают водой обратным током.

Нагреву способствует грязь (пыль), попадающая в машину. Так, проведенные исследования электродвигателей показали, что угольная пыль слоем 0,9 мм, попадающая на обмотки, способствует повышению температуры на 10 °С.

Засорение обмоток, вентиляционных каналов активной стали, наружного корпуса машины недопустимо, так как это создает теплоизоляцию и стимулирует подъем температуры.

Перегрев обмотки якоря машины постоянного тока.

Наибольшее количество тепла может выделиться в якоре. Причины здесь могут быть разные.

Перегрузка всей машины, в том числе якоря, вызывает нагрев. Если машина работает на малых скоростях, а изготовлена как самовентилируемая, условия вентиляции ухудшены, якорь перегреется.

Коллектор как неотъемлемая часть якоря будет способствовать нагреву машины. Температура коллектора может значительно повыситься при следующих обстоятельствах:

• постоянная работа машины на предельной мощности;

• неправильно выбраны щетки (твердые, высокий коэффициент трения);

• в машинном зале, где установлены электрические машины, низкая влажность воздуха. При этом коэффициент трения щеток увеличивается, щетки ускоренно срабатываются и греют коллектор.

Требование к поддержанию соответствующей влажности воздуха в машинных залах диктуется необходимостью обеспечивать наличие влажной пленки между щеткой и скользящей поверхностью коллектора как смазывающего элемента.

Неравномерный воздушный, зазор может оказаться одной из причин перегрева обмотки якоря. При неравномерном воздушном зазоре в части обмотки якоря индуктируется ЭДС, вследствие чего в обмотке возникают уравнительные токи. При значительной неравномерности зазоров они являются причиной нагрева обмотки и искрения щеточного аппарата.

Искажение магнитного поля машины постоянного тока происходит, как отмечалось, за счет неравномерности воздушных зазоров под полюсами, а также при неправильном включении катушек главных и дополнительных полюсов, виткового замыкания в катушках главных полюсов, из-за чего возникают уравнительные токи, которые вызывают нагрев обмотки и искрение щеток одного полюса сильнее другого.

При возникновении виткового замыкания в обмотке якоря машина долго работать не может, так как из-за перегрева может произойти выгорание короткозамкнутой секции и активной стали в очаге развития виткового замыкания.

Загрязнение обмотки якоря теплоизолирует ее, ухудшает удаление тепла из обмотки и в результате способствует перегреву.

Размагничивание и перемагничивание генератора. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением может оказаться размагниченным еще до его первого пуска после монтажа. Находящийся в эксплуатации генератор размагничивается, если щетки сдвинуты с нейтрали по направлению вращения якоря. Это ослабляет магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой возбуждения.

Размагничивание, а затем и перемагничивание генератора с параллельным возбуждением возможно при пуске машины, когда магнитный поток якоря перемагничивает главные полюса и меняет полярность в. обмотке возбуждения. Это происходит в том случае, когда при пуске генератор оказывается подключенным к сети.

Остаточный магнетизм и полярность генератора восстанавливают намагничиванием обмотки возбуждения от постороннего источника пониженного напряжения.

При пуске двигателя его частота вращения чрезмерно возрастает. К основным неисправностям машин постоянного тока, из-за которых чрезмерно возрастает частота вращения, относят следующие:

• смешанное возбуждение — параллельная и последовательная обмотки возбуждения включены встречно. В этом случае при пуске электродвигателя результирующий магнитный поток мал. При этом скорость будет резко возрастать, двигатель может пойти в «разное». Следует согласовать включение параллельной и последовательной обмоток;

• смешанное возбуждение — щетки смещены с нейтрали против вращения. Это действует на двигатель размагничивающе, магнитный поток ослабляется, частота вращения возрастает. Щетки следует установить на нейтраль;

• последовательное возбуждение — запуск двигателя без нагрузки недопустим. Двигатель пойдет в «разнос»;

• в параллельной обмотке витковое замыкание — частота вращения двигателя возрастает. Чем больше будет замкнутых между собой витков обмотки возбуждения, тем меньше будет магнитный поток в системе возбуждения двигателя. Замкнутые катушки надо перемотать и заменить.

Возможны и другие неисправности, например.

Щетки смещены с нейтрали по ходу вращения двигателя. Происходит подмагничивание машины, т. е. магнитное поле усиливается, частота вращения двигателя уменьшается. Траверсу следует установить на нейтраль.

Обрыв или витковое замыкание в обмотке якоря. Скорость двигателя резко снижена или якорь совсем не вращается. Щетки сильно искрят. Следует помнить, что при обрыве в обмотке коллекторные пластины через два полюсных деления будут выгорать. Это объясняется тем, что при обрыве в обмотке в одном месте напряжение и ток под щеткой при разрыве цепи удваиваются. При обрыве рядом в двух местах напряжение и ток под щеткой утраиваются и т. д. Такую машину следует немедленно остановить на ремонт, иначе коллектор будет испорчен.

Двигатель «качает» при ослаблении магнитного потока в обмотке возбуждения. Двигатель спокойно работает до определенной частоты вращения, затем при повышении частоты вращения (в пределах паспортных данных) за счет ослабления поля в обмотке возбуждения, двигатель начинает сильно «качать», т. е. возникают сильные колебания по току и частоте вращения. В этом случае возможна одна из нескольких неисправностей:

• щетки смещены с нейтрали против направления вращения. Это, как указывалось выше, повышает частоту вращения якоря. На ослабленный поток обмотки возбуждения действует реакция якоря, при этом происходит, то усиление, то ослабление магнитного потока и соответственно меняется частота вращения якоря в режиме «качания»;

• при смешанном возбуждении последовательная обмотка включена встречно параллельной, в результате чего магнитный поток машины окажется ослабленным, частота вращения будет большой, и якорь попадает в режим «качания».

У машины мощностью 5000 кВт были изменены зазоры главных полюсов против заводского формуляра с 7 до 4,5 мм. Максимальная частота вращения, которой пользовались, составляла 75 % от номинальной. Затем, через несколько лет, повысили частоту вращения до 90—95 % против номинальной, в результате чего началось сильное «качание» якоря по току и частоте вращения.

Восстановить нормальное положение крупной машины удалось только, восстановив воздушный зазор под главными полюсами согласно формуляру вместо 4,5 мм до 7 мм. Допускать до режима «качания» любую машину, особенно крупную, нельзя.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Неисправности электрооборудования и способы их устранения — Неисправности машин постоянного тока и способы их устранения

Содержание материала

Обрыв в обмотке якоря

Если обмотка якоря имеет обрыв, то коллекторные пластины, между которыми произошел обрыв, чернеют, изоляция между ними выгорает, после чистки пластины снова чернеют. В момент прохождения коллекторных пластин, между которыми разорвана обмотка, под щеткой наблюдается сильное искрение.
При нескольких обрывах в обмотке якоря чернеют несколько пластин, коллектор сильно искрит, обмотка якоря и коллектор перегреваются, в отдельных случаях генератор не возбуждается, двигатель не разворачивается.
Определить место обрыва можно при помощи амперметра и милливольтметра (рис. 78). При наличии обрыва обмотки между пластинами показания амперметра на этих пластинах резко уменьшается по сравнению с показаниями на других пластинах.

Рис. 78. Определение замыкания коллекторных пластин на корпус.
Для устранения этой неисправности снимают бандаж с лобовой части обмотки, обращенной к коллектору, изолируют отпаявшийся конец обмотки, припаивают его к коллекторной пластине. Затем вновь проверяют и при положительном результате наматывают бандаж на лобовую часть обмотки.

Соединение обмотки якоря с корпусом

Однократное замыкание обмотки якоря на корпус может проявить себя лишь в том случае, если один из полюсов сети имеет заземление.

Рис. 79. Определение повреждения в обмотке якоря.

В этом случае наблюдается значительное увеличение тока и могут сгореть плавкие вставки или сработает другая защита.
Наличие замыкания на корпус определяется контрольной лампой или мегомметром. На рисунке 79 приведена схема для определения секции, Соединенной с корпусом. В этом случае одним щупом милливольтметра касаются корпуса, а другим — коллекторных пластин. Находят две пластины с минимальным напряжением. Затем меняют точки приложения напряжения к коллектору и повторяют опыт. Если на одной из пластин минимум напряжения остается, то к этой пластине и подключена секция, соединенная с корпусом.
Аналогичный результат получается при соединении коллекторной пластины с корпусом. Если с корпусом соединена коллекторная пластина, то после распайки и отсоединения концов обмотки от этой пластины соединение ее с корпусом остается.
При соединении обмотки с корпусом замыкание пластины на корпус после отключения обмотки исчезает.
Данную неисправность устраняют так же, как и в асинхронном двигателе. Исключение из схемы обмотки поврежденной секции нежелательно. Если принято решение об исключении поврежденной секции из схемы, то следует исключить еще секции из других параллельных ветвей. Коллекторные пластины, к которым были подключены исключенные секции, необходимо соединить между собой при помощи проводников и пропаять.

Витковое замыкание в обмотке якоря

Рис. 80. Раздвижной электромагнит для определения витковых замыканий в обмотках якорей: 1 — неподвижный Г-образный сердечник; 2 — намагничивающая обмотка; 3— подвижный сердечник; 4 — гайка; 5 — винт с рукояткой; 6 — направляющая полоса; 7 — стяжные изолированные шпильки.

При этой неисправности замкнутые витки чрезмерно перегреваются, машина искрит, обмотка дымит, появляется характерный запах горячей изоляции, генератор плохо возбуждается, двигатель плохо разворачивается. Кроме повреждений в самой обмотке, указанные признаки могут возникнуть из-за соединения коллекторных пластин между собой на рабочей поверхности коллектора и в петушках. Витковое замыкание в обмотке якоря можно найти с помощью раздвижного магнита переменного тока (рис. 80). Центры полюсов магнита устанавливают так, чтобы они приближались к точкам якоря, отстоящим один от другого на величину полюсного деления. В обмотку электромагнита включают ток, к пазам якоря, находящимся сверху электромагнита, подносят стальную линейку или ножовочное полотно, при наличии виткового замыкания линейка притягивается к пазу. Витковое замыкание может быть определено и методом милливольтметра. К коллекторным пластинам (рис. 79) подводят ток и замеряют между ними напряжение милливольтметром. При петлевой обмотке меньшие показания прибора соответствуют поврежденным секциям, а при волновой— дефектам в секциях одного обхода по якорю. Следовательно, в этом случае нужно присоединять щупы к пластинам, отстоящим одна от другой на шаг по коллектору. Если шаг по коллектору неизвестен, его можно определить по наименьшему показанию милливольтметра между коллекторными пластинами на расстоянии двойного полюсного деления. Проводя опыт, необходимо вначале присоединять щупы питания и наблюдать за показанием амперметра, а потом искать повреждение щупами милливольтметра.
При малых показаниях амперметра милливольтметр присоединять нельзя. Витковое замыкание имеют те секции, на которых милливольтметр дает минимальные показания.
Неисправность устраняется по аналогии с соответствующей неисправностью в обмотке статора асинхронного двигателя.

Генератор с самовозбуждением не возбуждается

Генератор при правильном направлении вращения и исправных обмотках может не возбуждаться, если остаточный поток и поток, созданный током возбуждения, не совпадают; сопротивление цепи возбуждения чрезмерно велико (выше критического); машина потеряла остаточный магнетизм, а генераторы последовательного возбуждения не возбуждаются при отсутствии нагрузки.
Если остаточный поток и поток, созданный током возбуждения, не совпадают, то достаточно поменять местами концы параллельной обмотки возбуждения; в генераторе последовательного возбуждения надо менять местами концы последовательной обмотки возбуждения.
При большом сопротивлении в цепи обмотки возбуждения необходимо провести ремонт регулировочного реостата или уменьшить его сопротивление. Если машина потеряла остаточный магнетизм, то отсоединяют обмотку возбуждения от якоря и подключают ее к постороннему источнику постоянного тока (соблюдая полярность) на некоторое время. После проведенных операций исправная машина должна возбудиться.
Следует отметить, что при разборке машины могут быть неправильно соединены обмотки главных полюсов между собой. В этом случае машина возбуждаться не будет. Проверку правильности соединения обмоток главных полюсов между собой можно сделать следующим образом: отсоединить обмотку возбуждения от якоря; подвести к ней постоянный ток от какого-нибудь источника питания; подносить к болтам, крепящим главные полюсы к станине, швейную иглу, повешенную на нитке за центр; при правильном соединении обмоток главных полюсов к соседним болтам будут притягиваться разные концы иглы (ушко-острие).

Генератор смешанного возбуждения резко уменьшает напряжение под нагрузкой, двигатель сильно искрит при пуске

Последовательная обмотка возбуждения включена встречно параллельной.
Неисправность легко устраняется путем перемены концов последовательной обмотки возбуждения.
Обрыв в обмотке возбуждения. При обрыве параллельной обмотки возбуждения генератор на холостом ходу дает 2-5% номинального напряжения, а двигатель не берет с места или при большом пусковом токе идет «вразнос» (набирает очень большие обороты).
При обрыве последовательной обмотки генератор не дает напряжения, двигатель не берет с места и ток совершенно отсутствует. Обрыв обмотки дополнительных полюсов дает такие же результаты, что и обрыв последовательной обмотки.
Наиболее вероятен обрыв в шунтовой обмотке, что определяют контрольной лампой или вольтметром.
При последовательном соединении обмоток полюсов дефектную катушку находят без разъединения схемы обмотки. При наличии параллельных ветвей схема должна быть рассоединена.
Неисправность устраняют путем полной или частичной перемотки катушки.
Витковое замыкание в обмотке возбуждения. Если замкнуть витки в обмотке главных полюсов, то якорь машины перегревается от уравнительных токов, напряжение генератора и частота вращения двигателя не номинальные, машина склонна к искрению, при надежном замыкании одной катушки она остается холодной. Межвитковое соединение и короткое замыкание одной или нескольких катушек дополнительных полюсов приводят к тому, что машина при незначительных нагрузках работает нормально, а при увеличении нагрузки начинает искрить.
Витковые замыкания чаще встречаются в обмотках параллельного возбуждения. Наличие виткового замыкания можно определить при подаче переменного тока в цепь возбуждения машины. Катушка с витковым замыканием будет сильно нагреваться. Долго держать обмотку возбуждения под переменным током нельзя, так как возможен чрезмерный нагрев станины.
При наличии большого числа замкнутых витков дефектную катушку находят вольтметром: на обмотку возбуждения подают напряжение от источника постоянного тока и измеряют напряжение на всех катушках. На дефектной катушке напряжение будет меньше, чем на остальных. Неисправность устраняют путем полной или частичной перемотки катушки.

Неправильное чередование главных и дополнительных полюсов

Машина при холостом ходе работает нормально за исключением пуска двигателя в ход, а под нагрузкой сильно искрит.
Неисправность легко устраняется путем перемены концов дополнительных полюсов.

Щетки сдвинуты с линии геометрической нейтрали

При сдвиге щеток по направлению вращения якоря генератор уменьшает напряжение, двигатель уменьшает частоту вращения и сильно искрит.
При сдвиге щеток против направления вращения якоря генератор несколько увеличивает напряжение и сильно искрит, а двигатель увеличивает частоту вращения.
Указанные явления отчетливо видны при работе машины под нагрузкой. В двигателях изменение частоты вращения в зависимости от положения щеток можно наблюдать при холостом ходе.
Геометрическую нейтраль можно определить несколькими способами: индуктивным, наибольшего напряжения, двигателя.
Индуктивный способ. Геометрическую нейтраль определяют при неподвижном якоре. Обмотку возбуждения отсоединяют от якоря и к ней подводят напряжение от постороннего источника постоянного тока через рубильник. К зажимам якоря подключают милливольтметр.
Если щетки находятся точно на геометрической нейтрали, то при включении и выключении тока в обмотке возбуждения прибор не дает отклонений. Перед началом проверки щетки ставят против середины главных полюсов. В обмотку возбуждения при помощи реостата дают маленький ток. Включая и выключая рубильник, прерывают ток в обмотке возбуждения и отмечают показания прибора в цепи якоря. Меняют положение щеток и снова отмечают показания прибора при включении и выключении рубильника.
Постепенно увеличивают величину тока в обмотке возбуждения. Наконец находят такое положение щеток, при котором показания милливольтметра будут минимальными. Следует отметить, что ток в обмотке возбуждения не должен быть больше 0,1 номинального.
Способ наибольшего напряжения. Испытуемая машина работает на холостом ходу в режиме генератора, желательно проводить испытание при токе возбуждения 0,75 номинального. К якорю генератора подключают вольтметр и двигают щетки, добиваясь наибольших показаний вольтметра.
Способ двигателя. Машина работает при холостом ходе в режиме двигателя, замеряют частоту вращения двигателя тахометром, не изменяя подводимого напряжения, тока возбуждения и положения щеток, изменяют ток в якоре — реверсируют двигатель; вновь измеряют частоту вращения якоря. Двигают щетки, добиваясь равной частоты вращения при разных направлениях вращения.

Неисправности коллекторов

Поверхность коллектора изношена и не имеет правильной цилиндрической формы; миканитовые прокладки выступают или находятся на одном уровне с рабочей поверхностью коллекторных пластин; замкнуты-затянуты медью коллекторные пластины; ослабло крепление пластин, они перемещаются в радиальном направлении; пластины перекошены под некоторым углом к образующей цилиндра рабочей поверхности коллектора; разрушены миканитовые манжеты, изолирующие коллектор от нажимных конусов; ось вращения цилиндрической поверхности коллектора не совпадает с осью вала машины.
При износе рабочей поверхности коллектора поступают следующим образом. Коллектор обертывают слоем миканита или асбеста, наматывают на него спираль из нихрома, пропуская по спирали ток, нагревают коллектор до температуры 100° С. В нагретом состоянии осторожно подтягивают нажимной конус коллектора, вращая резьбовые гайки или нажимные болты. Чрезмерная подтяжка конусов опасна, так как возможно повреждение ласточкиных хвостов коллекторных пластин. После подтяжки конусов коллектору дают остыть и на токарном станке его протачивают. Частота резания при проточке должна быть порядка 50 м/мин.
После проточки коллектор шлифуют стеклянной шкуркой, затем выбирают миканит между коллекторными пластинами на глубину 0,8—1,0 мм.
Продорожить коллектор можно ножовочным полотном или специальной фрезой, толщина которых должна быть равна толщине миканитовой прокладки между коллекторными пластинами. После продороживания коллектор окончательно шлифуют на станке.
При более сложных неисправностях коллектор приходится полностью разбирать, предварительно отпаяв его от обмотки.

Источник