Что означает потеря по изоляции ротора

Измерение диэлектрических потерь изоляции

Диэлектрические потери являются одной из основных характеристик состояния изоляции. По их величине можно судить изоляции ее старении и увлажненности.

Приведем на рисунке векторную диаграмму токов и напряжений в диэлектрике.

Вектор тока I опережает вектор тока напряжения на угол , так как диэлектрик имеет емкостную составляющую сопротивления. Вектор тока можно представить двумя векторами: активной составляющей и вектор емкостной составляющей, которая опережает вектор тока на угол .

Потери в диэлектрике определяются по формуле

где P – потери мощности ; U – напряжение, под которым находится диэлектрик; I – активная составляющая тока через диэлектрик.

как катет прямоугольного треугольника, где — емкостная составляющая тока через диэлектрик,

где — емкостное сопротивление диэлектрика, — угловая частота тока в диэлектрике.

Из этого выражения видно, что потери в диэлектрике пропорциональны тангенсу угла , который называется углом диэлектрических потерь.

Заземляющие устройства

Объем испытаний заземляющих устройств следующий.

1.Проверка элементов заземляющих устройств.

2.Проверка цепи между заземлителями и заземляющими элементами.

3.Проверка состояния пробивных предохранителей.

4.Проверка цепи фаза-нуль в установках напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали.

5.Измерение сопротивления заземляющих устройств.

Проверка элементов заземляющего устройства

Проверяются элементы заземляющего устройства, доступные осмотру, на соответствие требованиям ПУЭ и проекту.

Проверяется Акт на скрытые работы по заземляющему устройству, который должны представить монтажная организация или другая, смонтировавшая заземляющее устройство. К Акту должен прилагаться эскиз заземляющего устройства с указанием действительных размеров элементов и способа их соединения. При необходимости возможно вскрытие элементов заземляющего устройства для проверки.

Проверка цепи между заземлителями и заземляющими элементами

Проверяется целость и прочность заземляющих проводников, их соединений между собой и присоединений к заземлителю.

Не должно быть обрывов и видимых дефектов в заземляющих проводниках, соединяющих электрооборудование с контуром заземления. Надежность сварки проверяется ударом молотка.

Проверка состояния пробивных предохранителей

При осмотре предохранителей проверяется состояние наружной поверхности и внутренних частей, отсутствие сколов и трещин. Целость слюдяной прокладки, чистота разрядных поверхностей электродов.

Рис. 1.Верхний электрод. 2. Слюдяная прокладка. 3. Нижний электрод.

Для проверки исправности пробивных предохранителей измеряют сопротивление изоляции и определяют пробивное напряжение промышленной частоты. Сопротивление изоляции измеряют мегомметром на 250 В и оно не нормируется. Но на основании опытных данных величина сопротивления изоляции должна быть не менее 4 МОм.

На схеме нашего рис, при помощи регулировочного ТР и повышающего ТП трансфор-маторов поднимают напряжение до пробоя промежутка в пробивном предохранителе. Балластное сопротивление 5…10 кОм ограничивает ток пробоя, защищая разрядные поверхности от подгорания, и облегчает фиксирование напряжение, при котором произошел пробой.

Потери асинхронного электродвигателя.

В асинхронном двигателе, являющемся трёхфазным, возникает два типа потерь. Вот эти потери:

1. Постоянные или фиксированные потери.

2. Переменные потери.

Постоянные или фиксированные потери

Постоянными потерями называют такие потери, которые остаются постоянными в нормальном режиме работы асинхронного двигателя. Такие потери могут быть легко получены путём проведения теста без нагрузки трёхфазного двигателя. Эти потери подразделяются на следующие виды:

1. Потери железа или потери сердечника.

2. Механические потери.

3. Потери трения щёток.

Потери железа или потери сердечника

Данные потери также можно подразделить на гистерезисные потери и потери вихревого тока. Потери вихревого электрического тока минимизируются за счёт использования наслоения на сердечнике. Раз применяется наслоение на сердечнике, область уменьшается, и поэтому увеличивается сопротивление, вследствие чего уменьшаются вихревые токи.

Гистерезисные потери минимизируются при помощи кремнистой стали высокого качества. Потери сердечника зависят от частоты поступаемого напряжения. Частота статора всегда является подающейся частотой, f, а частота ротора является проскальзыванием, умноженным на подающуюся частоту, (sf), которая всегда меньше частоты статора.

Частота статора составляет 50 герц. Частота ротора составляет около 1,5 герц. Так происходит потому, что в нормальном рабочем состоянии проскальзывание составляет 3%. Отсюда потери сердечника ротора очень малы по сравнению с потерями сердечника статора, и ими обычно пренебрегают при рабочих состояниях.

Механические потери и потери трения щёток

Механические потери имеют место быть в подшипнике, потери трения щёток возникают в асинхронном двигателе с обмотанным ротором. Эти потери составляют ноль на старте. По мере того, как возрастает скорость, данные потери увеличиваются. В трёхфазных двигателях скорость обычно остаётся постоянной. Отсюда следует, что и данные потери почти остаются постоянными.

Переменные потери

Эти потери также называются потерями меди. Данные потери происходят из-за электрического тока, идущего по обмоткам статора и ротора. Когда нагрузка меняется, данный электрический ток также изменяется, а потому и потери эти тоже претерпевают изменения. Поэтому их и назвали переменными потерями. Их можно получить при помощи проведения теста с заблокированным ротором трёхфазного двигателя.

Основная функция асинхронного двигателя состоит в том, чтобы преобразовывать электрическую энергию в механическую энергию. В течение данного преобразования одной энергии в другую, энергия проходит через различные этапы. Данная энергия, проходящая через разные ступени, отображается на диаграмме течения энергии.

Как известно, на входе трёхфазного асинхронного двигателя трёхфазная подача. Так что эта трёхфазная подача идёт на статор трёхфазного электродвигателя.
Допустим, Pin = электрическая энергия, которая идёт на статор трёхфазного двигателя,
VL = линейное напряжение, поступающее статору трёхфазного двигателя,
IL = линейный ток,
Cos = коэффициент мощности трёхфазного двигателя.
Вход электрической энергии на статор, Pin = 3VLILcos.

Часть этой энергии на входе используется для поддержки потери статора, которыми являются потери железа статора и потери меди статора. Сохраняющаяся энергия (электроэнергия на входе – потери статора) идёт на ротор как вход на ротор.
Так что вход на ротор, P2 = Pin – потери статора (потери меди статора и потери железа статора). Теперь ротор должен преобразовать этот вход на ротор в механическую энергию, но этот завершённый вход не может быть преобразован в механический выход, поскольку он должен поддерживать потери ротора.

Бывает два типа потерь ротора, а именно потери меди и потери железа. Потери железа зависят от частоты ротора, которая очень мала, когда ротор вращается. Поэтому этим обычно пренебрегают. Так что можно сказать, что ротор имеет лишь потери меди. По этой причине вход на ротор должен поддерживать эти потери меди. После этой поддержки, оставшаяся часть входа ротора, P2 преобразовывается в механическую энергию, Pm.

Допустим, Pc будет потерями меди ротора,
I2 будет током ротора в рабочем состоянии,
R2 – сопротивлением ротора,
Pm – общая производимая механическая энергия.
Pc = 3I22R2
Pm = P2 – Pc

Теперь эта создаваемая механическая энергия идёт на нагрузку за счёт вала, но появляются некоторые механические потери, такие как потери трения и потери сопротивления воздуха. Так что общая воспроизводимая механическая энергия должна быть подана на поддержание этих потерь.

Поэтому выход образуемой энергии идёт на вал, который в конечном итоге подаёт её нагрузке, Pout.
Pout = Pm – механические потери (потери трения, а также потери, связанные с сопротивлением воздуха).
Pout зовется энергией вала. Также его называют полезной энергией.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Измерение сопротивления изоляции электродвигателя

Современное электротехническое оборудование, как правило, содержит медные токопроводы, надежно защищенные изоляционной оболочкой. Используемые в промышленности и в быту электродвигатели не является исключением. Но для эффективной работы этих агрегатов важно следить за тем, чтобы изоляция проводников поддерживалась в идеальном состоянии и сохраняла свои защитные свойства.

Для чего нужна проверка сопротивления изоляции

Если регулярно не проверять сопротивление изоляции электродвигателей – через какое-то время она может высохнуть или сильно износиться и перестать выполнять свои защитные функции. А такое положение чревато серьезными последствиями, из которых короткое замыкание – самое неприятное. Следствием его нередко становится возгорание изоляции и других горючих материалов, постепенно перерастающее в полномасштабный пожар.

Именно поэтому организация и проведение измерений сопротивления изоляции электродвигателя – первостепенная задача служб, ответственных за поддержание электротехнического оборудования в рабочем состоянии. Ее своевременное проведение в соответствие с утвержденным рабочим графиком позволит избежать серьезных последствий (предотвратит выход из строя дорогостоящего оборудования).

Нормы сопротивления изоляции

Как и для других элементов электротехнического оборудования – для электродвигателей и схожих с ними по устройству машин постоянного тока предусмотрены предельные величины по проводимости защитной изоляции. Если реальный показатель оказывается при измерении ниже допустимого предела – агрегат снимается с эксплуатации.

Нормы для асинхронных двигателей

Согласно ПУЭ при измерении сопротивления изоляции обмоток электродвигателя следует учитывать специфику конструкции и заявленную мощность агрегата. Только после того, как учтены все эти факторы – можно начать измерять контролируемый параметр

С учетом этих факторов проверяемый показатель должен соответствовать следующим значениям:

• Для статорных обмоток – не менее 0,5 мОм;
• Для ротора двигателя – не менее 0,2 мОм;
• Показатель для термических датчиков не нормируется.

Дополнительная информация: Приблизительная оценка, нередко используемая в практике измерений, исходит из значения этого показателя не ниже 1мОм.

Его снижение до 0,5 мОм, например, свидетельствует о незначительных отклонениях от нормы, которые, тем не менее, со временем приводят к серьезным последствиям. При обнаружении существенного снижения этого показателя, вызывающий сомнение агрегат лучше всего отправить на обследование в специализированную мастерскую.

Нормы для машин постоянного тока

Методики проверки для машин постоянного тока несколько отличаются от уже рассмотренных процедур для асинхронных двигателей. Здесь сначала потребуется снять щетки из щеткодержателей (как вариант – подложить под их корпус кусочек изоляционного материала).

Проверка минимального сопротивления изоляции организуется между следующими узлами и элементами схемы:

• между всеми возбуждающими обмотками и коллектором;
• между щеткодержателем и основанием (корпусом) агрегата;
• между коллектором якоря и основанием;
• а также между возбуждающими обмотками и корпусом агрегата.

Важно! В ходе проверки катушки возбуждения электрически отключаются от других узлов и проверяются каждая по отдельности.

Допустимое сопротивление изоляции определяется рядом факторов, основные из которых – это рабочего напряжение агрегата и температура воздуха. При среднем показателе в 20°С оно соответствует следующим значениям:

1. при 220 Вольтах питания – 1,85мОм;
2. при 380 или 440 Вольтах – 3,7мОм;
3. в случае напряжения в 660 Вольт – 5,45 мОм (этот же показатель предусмотрен для высоковольтных машин на 6 кВ или 10 кВ).

Помимо рассмотренных узлов контролируется сопротивление бандажей. Оно меряется между им самим и корпусом, и, кроме того, между им и фиксируемой обмоткой двигателя. Это показатель не может быть менее 0,5 мОм.

Методы обследования

При проведении испытаний асинхронных двигателей статорные обмотки, включенные по схемам «звезда» или «треугольник» потребуется демонтировать и проверить все входящие в их состав катушки. Вслед за этим производятся замеры нужного параметра по отношению к корпусу и между собой. Для этого применяются различные методы, основные из которых перечислены ниже:

• Использование специального измерительного прибора – мегаомметра.
• Посредством вольтметра и аналогового амперметра.
• С применением измерительного моста или современного цифрового омметра.
• Испытание напряжением высокой величины.
• Использование обычного мультиметра.

Каждый из этих способов нуждается в подробном рассмотрении.

Мегаомметр

Проверка мегомметром проводится с соблюдением следующих условий:

• при питающем напряжении до 500 Вольт используется прибор с соответствующим номиналом;
• при больших напряжениях выбирается мегаомметр с рабочими значениями до 1000 Вольт.

Обратите внимание: Если электротехническое оборудование рассчитано на 600 Вольт – предписывается применять прибор на 2500 Вольт.

Проверки по отношению к корпусу двигателя и между обмотками осуществляются по очереди для каждой из цепей с разными выводами. При этом все остальные концы соединяются с корпусом агрегата. Те же процедуры для обмоток трехфазного двигателя, включенных звездой или треугольником, проводится для всех трех составляющих.

Имеющиеся в схеме элементы, постоянно подсоединенные к корпусу агрегата (защитные конденсаторы или изолированные обмотки, например) на время испытаний отсоединяются. Для измерений, проводимых с электродвигателями, обмотки которых имеют водяное охлаждение, потребуется прибор с защитным экраном. Его зажимы перед снятием показаний присоединяются к стационарному или переносному заземляющему устройству. По завершении измерений с каждой из проверяемых цепей снимается остаточный заряд путем прикосновения ее к заземленному корпусу машины.

Измерительный мост и цифровой омметр

Измерения по этой методике поводятся согласно прилагаемой к приборам инструкции. Схема измерительного моста содержит два постоянных резистора и один переменный. Они соединены таким образом, что образуют два своеобразных «плеча» в виде 2-х цепочек На незанятое место во второй половинке включается сопротивление, которое нужно измерить.

В диагональ моста включен стрелочный измерительный прибор. Изменяя величину переменного сопротивления оператор добивается баланса двух цепочек, когда через плечи течет одинаковый ток. Искомое сопротивление определяется из соотношения, в которое подставляются значения трех

сопротивлений (2-х постоянных и одного переменного, полученного в результате измерений).

Цифровой омметр – это современный электронный прибор, позволяющий измерять сопротивление в широких пределах (фото справа).

Использование амперметра плюс вольтметр

Достаточно точно найти искомые значения для обмоток можно методом измерения напряжения и тока. С этой целью придется проделать следующие операции:

1. Подключить между центральной жилой обмотки двигателя и его корпусом вольтметр, а последовательно в эту цепочку установить амперметр.
2. Подать на полученную схему небольшое напряжение, а затем измерить ток и напряжение в ней.
3. По классической формуле R=U/I определить сопротивление.
4. Проделать те же операции, постепенно повышая напряжение до предельного значения.
5. На основе полученных данных рассчитать среднеарифметический показатель.

Затем нужно проделать те же операции для других обмоток и элементов электродвигателя.

Использование повышенного переменного напряжения

Для проведения таких испытаний потребуется повышенное напряжение, получаемое с линейного преобразователя (трансформатора). Последний оснащен устройством регулировки, позволяющим получать нужный уровень испытательного потенциала. Кроме того, в схему установки входит выключатель с видимым разрывом и устройство токовой защиты. С его помощью трансформатор автоматически отключается при пробое в цепях вторичной обметки или при разрушении изоляционной защиты.

Время приложения напряжения при проведении испытаний выбирается равным 1-ой минуте для основной изоляции и 5 минутам – для межвитковой. Кратковременное приложение высоковольтного потенциала на сказывается на состоянии изоляции (не ухудшает ее защитных свойств).

Важно! Повышать напряжение до 1/3 испытательной величины можно произвольно, не учитывая динамику процесса.

По достижении этого уровня его следует наращивать плавно, со скоростью, позволяющей снимать показания со стрелочных шкал визуально. При тех ж операциях с электрическими машинами время наращивания напряжения от 1/2 до максимального значения не может быть менее 10 секунд.

Мультиметр

С помощью мультиметра точно измерить изоляцию обмоток двигателя не получится. При его наличии удается только приблизительно оценить ее качество. Другими словами – в данном случае можно убедиться только в том, что нет короткого замыкания, например. О снятии точных значений искомого показателя в этой ситуации не может быть и речи.

Причины низкого сопротивления

В нормальных условиях сопротивление изоляции проводов электродвигателя, покрытых защитной пленкой, сохраняет свое значение в течение длительного времени. Но в ходе эксплуатации на нее воздействует ряд разрушающих факторов, основными из которых являются:

• Механические напряжения.
• Повышенная влажность окружающей среды.
• Воздействие содержащихся в ней агрессивных веществ.
• Резкие колебания температуры.

Дополнительная информация: Существенное влияние на состояние защитной оболочки оказывает и перегрев двигателя, работающего во внештатном режиме.

Все перечисленные факторы приводят к снижению сопротивления изоляции с возможностью последующего пробоя обмотки на корпус или межфазного замыкания.

Нажмите, пожалуйста, на одну из кнопок, чтобы узнать помогла статья или нет.

Определение тока и потерь холостого хода асинхронных двигателей

При проведении опыта короткого замыкания измеряют ток и потери короткого замыкания электродвигателей, проверяют состояние соединений обмоток, а также качество заливки короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей. Результаты опыта позволяют определить начальный пусковой ток и начальный вращающий момент электродвигателя, которые являются важными эксплуатационными параметрами.
Опыт короткого замыкания производят при заторможенном роторе. В электродвигателях с фазными роторами обмотку ротора замыкают накоротко на кольцах. При заторможенном роторе к статору подводят практически симметричное напряжение номинальной частоты.
Вращающий момент для электродвигателей мощностью до 100 кВт измеряют динамометром, весами, тормозом или специальными приборами. Так как этот момент может несколько изменяться в зависимости от положения ротора по отношению к статору, то измерения производят несколько раз, сдвигая ротор на одно зубцовое деление, и в качестве результата принимают наименьший из замеренных моментов. Для двигателей мощностью выше 100 кВт вращающий момент обычно определяют расчетным путем по результатам измерения потерь короткого замыкания.
Необходимо учитывать, что при проведении опыта электродвигатель является трансформатором, вторичная обмотка которого (обмотка ротора) замкнута накоротко. Ток, проходящий по обмоткам, может в несколько раз превысить номинальный, а так как двигатель при неподвижном роторе не вентилируется, то его обмотка очень быстро нагревается. Поэтому необходимые отсчеты по приборам и сам опыт надо производить с максимально возможной быстротой. Следует обратить серьезное внимание на надежность устройств, служащих для затормаживания ротора, так как при проведении опыта они испытывают значительные усилия. Направление вращения ротора определяют заранее и, сообразуясь с ним, устанавливают затормаживающие устройства. При ошибке эти устройства могут сорваться и нанести повреждения персоналу.
Опыт короткого замыкания обычно производят сразу после опыта холостого хода. Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость линейного тока короткого замыкания /„ и потерь короткого замыкания Рк от приложенного к статору напряжения Ик.
Для проведения опыта собирается схема, аналогичная схеме при опыте холостого хода (рис. 1). При проведении опыта рекомендуется двигатель включать на напряжение, составляющее 15—20% номинального, затем быстро поднимать его до требуемого значения. При типовом испытании следует произвести пять — семь отсчетов при разных значениях подводимого напряжения. Первый отсчет берут при наибольшем напряжении. Отсчеты по приборам при каждом значении подведенного напряжения производят за время не более 10 с во избежание чрезмерного нагрева обмотки током короткого замыкания. После каждого отсчета двигатель отключают.
При типовом испытании двигателя мощностью до 100 кВт опыт проводят, начиная с напряжения, отличающегося от номинального не более чем на ±10%. Типовое испытание короткозамкнутых двигателей мощностью свыше 100 кВт допускается производить при напряжениях, меньших номинального, но при таких, чтобы максимальное значение тока короткого замыкания было не ниже 2,5—4-кратного номинальному. При испытании короткозамкнутых двигателей мощностью свыше 1000 кВт, а также при испытании двигателей с фазным ротором допускается доводить ток только до 2-кратного номинальному. Во всех случаях требуется один из отсчетов произвести при напряжении, указанном ниже.

Напряжение короткого замыкания, В .

ГОСТ 7217-66 рекомендует при приемо-сдаточных испытаниях ток и потери короткого замыкания определять только при одном напряжении согласно приведенным выше данным с последующим пропорциональным пересчетом тока короткого замыкания на номинальное напряжение двигателя. Потери в этом случае пересчитывают пропорционально квадрату тока. По данным замеров строится характеристика короткого замыкания (рис. 4).
Так же как и при опыте холостого хода, измерение подводимой мощности производится по схеме двух ваттметров. Однако корректировка подводимой мощности на потерю в приборах не производится, так как эти потери обычно лежат ниже уровня погрешности измерения.
Коэффициент мощности при опыте короткого замыкания составляет:
Контроль правильности определения производят по кривой, приведенной на рис. 1. Для определения вращающего момента Мк, Н-м*, при коротком замыкании

Рис. 4. Пример построения
характеристики короткого
замыкания.

двигателей мощностью выше 100 кВт следует пользоваться формулой
где Рцм2 — потери в обмотке ротора при опыте короткого замыкания, кВт; пс — частота вращения (синхронная), об /мин.

Потери в обмотке ротора Ркм2, кВт, составляют:

где Рhmi — потери в обмотке статора при опыте короткого замыкания, кВт, равные: Pkmi=3/V?/ 1000 — при соединении фаз в звезду; PKMi=I\R/1000 — при соединении фаз в треугольник, где R — сопротивление при постоянном токе одной фазы, Ом; Рс — потери в стали,
Значения ki для некоторых двигателей приведены в табл. 1.
Для асинхронных двигателей большей мощности, а также специального исполнения значения kf указаны в соответствующих стандартах и технических условиях; здесь эти данные не приводятся.
Таблица 1

Величина потерь короткого замыкания (приведенная к номинальному напряжению) должна удовлетворять зависимости

где km — установленная в стандартах или технических условиях минимальная кратность начального пускового вращающего момента; Рном — номинальная мощность электродвигателя, кВт; Rp — расчетное сопротивление фазы обмотки статора, т. е. приведенное к температуре 75°С (если двигатель по нагревостойкости изоляции относится к классам А, Е, В) или 115°С (для классов F и Н), Ом; Рс — потери в стали электродвигателя при номинальном напряжении, кВт (определяются при опыте холостого хода); 0,85 — коэффициент, учитывающий допуск 15% в сторону снижения, установленный ГОСТ 183-74 на значение кратности начального пускового вращающего момента; k — коэффициент, равный
0,003 при соединении обмотки статора в звезду или 0,001 при соединении в треугольник.
Таблица 2

Значения kM для двигателей серий А и АО определяют по табл. 2, для двигателей серий А2 и А02 — по табл. 3, для двигателей мощностью 110—1000 кВт kM равен 0,9 для двух- и четырехполюсных и 1,0 для шести-, восьми-, десяти- и двенадцатиполюсных. Для остальных двигателей значения kM указаны в соответствующих стандартах и технических условиях и здесь не приводятся.
Во время проведения опыта короткого замыкания на пониженном напряжении представляется удобная возможность проверить исправность обмотки короткозамкнутого ротора. Это особенно важно для роторов с литыми алюминиевыми обмотками, в которых часто встречаются пороки литья — пузыри, трещины, обрывы стержней, которые трудно обнаружить при наружном осмотре.
Проверка заключается в том, что при включении обмотки статора на трехфазное напряжение, пониженное настолько, что ротор еще не вращается, а ток настолько мал, что не вызывает заметного перегрева обмоток, ротор медленно проворачивают вручную и следят за показанием трех амперметров, включенных в фазы статора.
Если обмотка ротора исправна, его проворачивание не вызывает изменения показаний амперметров; при неисправном роторе стрелки амперметров поочередно колеблются, и тем заметнее, чем больше неисправность.