Повышенное общее нагревание статора и ротора

ПОВЫШЕННОЕ НАГРЕВАНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
7. Повышенное общее нагревание статора и ротора

Причинами недопустимого общего повышения температуры обмоток статора и ротора или магнитопровода статора могут быть: а) большая нагрузка электродвигателя; б) несоответствие действительного режима работы номинальному; в) отклонение напряжения сети от номинального; г) ухудшение охлаждения электродвигателя.
Полезная мощность электродвигателя пропорциональна напряжению U, подведенному к зажимам статора, току I в присоединенных к этим зажимам проводах, коэффициенту полезного действия , коэффициенту мощности и для трехфазного двигателя выражается формулой: Из этой формулы следует, что большей нагрузке соответствует больший ток в обмотке статора. Одновременно возрастает ток и в обмотке ротора. Это вызывает значительное увеличение температуры обмоток, так как нагревание обмотки с током I, имеющей сопротивление r, пропорционально преобразуемой в ней электрической энергии в тепловую.
Проверка нагрузки электродвигателя может быть косвенно выполнена путем измерения тока в проводах, присоединенных к зажимам статора. Предварительно следует убедиться в том, что напряжение сети соответствует номинальному. Полученное значение тока необходимо сравнить с указанным на паспортном щитке электродвигателя. Обычно в трехфазном двигателе к зажимам статора выведены начала и концы фазных обмоток, в этом случае на паспортном щитке указываются два значения напряжения и два значения тока, причем меньшему значению напряжения (соединение фазных обмоток треугольником) соответствует большее значение тока и большему напряжению (соединение фазных обмоток звездой) - меньший ток. Проверить нагрузку электродвигателя можно по скорости вращения ротора. Уменьшение этой скорости при увеличении нагрузки небольшое, поэтому необходимо применять косвенные методы определения скорости, например измерением частоты тока в цепи ротора. Определенную таким образом скорость вращения необходимо сравнить с указанной на паспортном щитке. При этом должна быть уверенность, что частота изменения и величина напряжения сети соответствуют номинальным значениям, указанным на паспортном щитке электродвигателя.
Если установлено, что нагрузка электродвигателя превышает номинальную, то необходимо уменьшить нагрузку или установить новый электродвигатель большей мощности. В некоторых случаях можно уменьшить нагревание электродвигателя при повышенной нагрузке за счет усиления его охлаждения, так, например, в электродвигателях большой мощности можно применить независимую вентиляцию.
Наиболее чувствительной к нагреванию частью электродвигателя является электрическая изоляция, которая в значительной мере определяет надежность работы и срок службы электродвигателя.
Изоляционные материалы по нагревостойкости согласно ГОСТ 8865-70 делятся на семь классов и для каждого класса установлена предельная рабочая температура. В асинхронных двигателях наиболее часто применяются изоляционные материалы трех классов: А, Е и В, предельные рабочие температуры установлены для них соответственно 105, 120 и 130° С.
К классу А относятся текстильные материалы из хлопка, натурального шелка, целлюлозные электроизоляционные бумаги, картоны, фибра, древесина и другие. Эти материалы должны быть пропитаны лаками на основе натуральных смол или масляно—битумных смесей. К классу А относятся также лакоткани и лакочулки, лакобумага, изоляция проводов марки ПЭЛ, гетинакс, текстолит, пластмассы с органическим наполнителем; при изготовлении их применяются термореактивные смолы фенольноформальдегидного типа.
К классу Е относятся в основном новые синтетические материалы на основе полиэтилентерефталатных волокон и пленок, часто в сочетании с электрокартоном, целлюлозной бумагой и тканями, пропитанные лаками повышенной нагревостойкости - битумно-масляными и другими. К классу Е относятся также стеклолакоткани на масляных лаках, слоистые пластики на основе целлюлозных бумаг и тканей, пластмассы с органическим наполнителем на нагревостойких лаках и изоляция проводов марки ПЭВ.
К классу В относятся материалы на основе щипаной слюды, слюдинитов и слюдопластов, в том числе с бумажной или тканевой подложкой, асбестовые волокнистые материалы. Пропитка этих материалов должна производиться нагревостойкими битумно-масляными или масляно-смоляными лаками. К этому же классу изоляции относятся стеклолакоткани, пропитанные эпоксидными или масляно-битумными лаками, пластмассы с неорганическим наполнителем на синтетических смолах и другие материалы.
Под действием повышенной температуры электрические свойства изоляционных материалов изменяются незначительно, но резко уменьшается их механическая прочность и при вибрации электродвигателя изоляции обмоток легко разрушается. Так как измерение температуры изоляции связано с большими трудностями, то обычно определяют температуру проводников обмотки и магнитопровода, соприкасающихся с изоляцией. Поэтому ГОСТ 183-74 устанавливает предельные превышения температуры этих частей электрической машины над температурой газообразной охлаждающей среды при работе машины с постоянной номинальной нагрузкой. При этом принимаются температура газообразной охлаждающей среды +40°С и высота над уровнем моря не более 1000 м.
Указанные в табл. 1 предельные превышения температуры относятся к машинам, предназначенным для продолжительного номинального режима работы, для повторно-кратковременных номинальных режимов работы и для перемежающихся номинальных режимов работы. Предельные допускаемые превышения температуры частей электрических машин для кратковременного номинального режима работы могут быть выше указанных на 10°С.

Таблица 1 Предельные превышения температуры (в °С) отдельных частей асинхронных двигателей


Части электрических машин	Изоляционный материал класса
	А		Е		В
	Измерение термометром	Измерение по изменению сопротивления	Измерение термометром	Измерение по изменению сопротивления	Измерение термометром	Измерение по изменению сопротивления
Обмотки переменного тока машин мощностью менее 5000 кВА или с длиной магнитопровода менее 1 м Стержневые обмотки роторов асинхронных машин Магнитопроводы и другие стальные части, соприкасающиеся с изолированными обмотками	50 6560	60 65-	65 8075	75 80-	70 9080	80 90-
Превышения температуры стержневых обмоток роторов асинхронных машин допускаются по согласованию с заказчиком.

Превышения температуры даны с учетом способа измерения температуры: по изменению сопротивления обмотки или термометром. Определение температуры обмотки по изменению ее сопротивления дает значение температуры, более близкое к действительной, чем измеренное термометром, поэтому допускаемое превышение температуры при первом способе больше, чем при втором.
Для определения температуры обмотки по изменению сопротивления ее необходимо произвести два измерения сопротивления обмотки: в холодном состоянии при известной температуре и в нагретом состоянии при определяемой температуре ; тогда температура медной обмотки в нагретом состоянии вычеслится по формуле: Превышение температуры обмотки равно разности вычисленной температуры и измеренной температуры окружающего воздуха , т. е. .
Измерение температуры обмотки или магнитопровода можно произвести ртутным или спиртовым термометром. Конец термометра, обернутый фольгой, прикладывают к месту измерения температуры. Поверх фольги накладывают кусок ваты для предохранения термометра от охлаждения потоком воздуха. Желательно устанавливать термометр вертикально. При измерении температуры стальных частей и обмоток с большим током рекомендуется применять спиртовой термометр, так как ртуть может дополнительно нагреться под влиянием вихревых токов и показание ртутного термометра не будет соответствовать действительной температуре.
Недопустимое повышение температуры частей электродвигателя может быть также при отклонении режима его работы от номинального. Если электродвигатель предназначен для повторно-кратковременного режима работы (например, в крановых установках), то увеличение продолжительности включения против номинальной или же увеличение частоты включений ведет к его повышенному нагреванию.
ГОСТ 183-74 устанавливает восемь номинальных режимов работы электрических машин, из них четыре основных режима и четыре рекомендуемых при необходимости уточнения условий работы электрических машин.
К основным номинальным режимам работы относятся:
а) продолжительный (условное обозначение S1);
б) кратковременный (S2) с длительностью периода неизменной номинальной нагрузки 10, 30, 60 и 90 мин;
в) повторно-кратковременный (S3) с относительной продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%, с продолжительностью одного цикла 10 мин. (если нет других указаний);
г) перемежающийся (S6) с относительной продолжительностью нагрузки (ПН) 15, 25, 40 и 60%, с продолжительностью одного цикла 10 мин (если нет других указаний).
К рекомендуемым номинальным режимам работы относятся:
а) повторно-кратковременный с частыми пусками (S4) с ПВ 15, 25, 40 и 60%, число включений в час 30, 60, 120, 240 при коэффициенте инерции (FI) 1,2; 1,6; 2,5 и 4;
б) повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением (S5) с ПВ 15, 25, 40 и 60%, с числом включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции (FI) 1,2; 1,6; 2,5; 4;
в) перемежающийся с частыми реверсами при электрическом торможении (S7) с числом реверсов в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции (FI) 1,2; 1,6; 1,5; и 4;
г) перемежающийся с двумя или более скоростями вращения (S8) с числом циклов в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции (FI) 1,2; 1,6; 2,5 и 4; продолжительность нагрузки (ПН) на каждой из скоростей вращения устанавливается по согласованию между потребителем и поставщиком.
При продолжительном номинальном режиме работы электрической машины неизменная номинальная нагрузка машины сохраняется столько времени, что превышения температуры всех частей электрической машины над неизменной температурой охлаждающей среды достигают практически установившихся значений.
При кратковременном номинальном режиме работы периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения машины. За период нагрузки превышения температуры всех частей машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды не достигают установившихся значений, а за периоды остановки все части ее приходят в практически холодное состояние, т. е. температура любой части электрической машины отличается от температуры охлаждающей среды не более чем на .
При повторно-кратковременном номинальном режиме работы кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами отключения машины (паузы). Как за рабочий период, так и за время паузы превышения температуры отдельных частей электрической машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды не достигают установившихся значений.
Повторно-кратковременный номинальный режим работы характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью включения (ПВ), которая равна отношению длительности рабочего периода к длительности одного цикла (время работы и паузы). Пусковые потери практически не оказывают влияния на превышения температуры отдельных частей машины.
При перемежающемся номинальном режиме работы кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами холостого хода (паузы). Как за рабочий период, так и за время паузы превышения температуры отдельных частей машины при практически неизменной температуре охлаждающей среды не достигают практически установившихся значений. Перемежающийся номинальный режим работы характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью нагрузки (ПН), которая равна отношению времени работы с номинальной нагрузкой к длительности одного цикла (время работы и время холостого хода).
При повторно-кратковременном номинальном режиме работы с частыми пусками пусковые потери оказывают значительное влияние на превышение температуры отдельных частей машины. Этот режим работы характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции (FI), который равен отношению суммы приведенного к валу электродвигателя моменту инерции механизма и момента инерции ротора электродвигателя к моменту инерции ротора электродвигателя.
При повторно-кратковременном номинальном режиме работы с частыми пусками и электрическим торможением пусковые потери и потери электрического торможения оказывают существенное влияние на превышение температуры отдельных частей машины. Этот режим работы характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции.
При перемежающемся номинальном режиме работы с частыми реверсами потери при реверсировании оказывают существенное влияние на превышение температуры отдельных частей электрической машины. Это режим работы характеризуется числом реверсов в час и коэффициентом инерции.
При перемежающемся номинальном режиме работы с двумя и более скоростями вращения потери при переходе с одной скорости вращения на другую оказывают существенное влияние на превышение температуры отдельных частей машины. Этот режим работы характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции и относительной (в процентах) продолжительностью нагрузки на отдельных ступенях скорости вращения.
Проверка кратковременного режима работы производится измерением продолжительности рабочего периода и определением превышения температуры частей электродвигателя в конце паузы. Продолжительность рабочего периода не должна превышать указанную на щитке электродвигателя и температура всех частей электродвигателя в начале рабочего периода должна быть практически равна температуре окружающей среды.
Проверка повторно-кратковременного режима работы производится измерением продолжительности рабочих периодов за определенный отрезок времени. Относительная продолжительность включения равна частному от деления продолжительности всех рабочих периодов на продолжительность времени наблюдения. Так же производится проверка перемежающегося режима работы.
Проверка рекомендуемых режимов работы связана со значительными трудностями, возникающими при определении коэффициента инерции (FI).
Если повышенное нагревание электродвигателя происходит в результате несоответствия действительного режима режиму, указанному на паспортном щитке, то необходи мо заменить электродвигатель или усилить его охлаждение за счет устройства независимой вентиляции, особенно эффективной в электродвигателях, предназначенных для кратковременного, повторно-кратковременного и перемежающегося режимов работы.
Недопустимое превышение температуры обмоток и сердечника может иметь место и при значительном отклонении напряжения от номинального.
В разделе 5 было показано, что при уменьшении напряжения на зажимах электродвигателя уменьшается также вращающийся магнитный поток и для сохранения постоянным вращающего момента происходит увеличение тока в обмотке ротора и в обмотке статора. Это подтверждается формулой (1), если в этой формуле считать .

Повышенное напряжение на зажимах электродвигателя приводит к увеличению магнитного потока и соответственно к увеличению намагничивающей составляющей тока в обмотке статора. Увеличение магнитной индукции в магнитопроводе статора неизбежно приводит к возрастанию магнитных потерь и повышению температуры этих частей машины, а увеличение тока вызывает повышение температуры обмотки статора. Ошибочное соединение фазных обмоток треугольником вместо соединения звездой вызывает увеличение фазного напряжения в 1,73 раза; при этом происходит настолько значительное возрастание намагничивающей составляющей тока, что паже при отсутствии нагрузки ток в обмотке статора обычно превышает номинальное значение.
Если наблюдается значительное общее повышенное нагревание обмоток или магнитопровода и нагрузка не превышает номинальную, то сначала следует проверить напряжение на зажимах электродвигателя и правильность соединения фазных обмоток статора. Если возможно, то следует установить необходимое напряжение переключателем на первичной стороне трансформатора. Допускаемые отклонения напряжения согласно ГОСТ 183-74 составляют -5% и +10% номинального. Увеличение и уменьшение частоты напряжения сети также вызывают повышенное нагревание электродвигателя при номинальной нагрузке, но это явление может иметь место только в автономных установках. Допускаемое отклонение частоты напряжения согласно ГОСТ 183-74 составляет номинальной. Если одновременно напряжение и частота не соответствуют номинальным значениям, то сумма их отклонений (без учета знака) не должна превышать 10% и каждое из отклонений не превышает допускаемого для соответствующей величины.
Если нагрузка электродвигателя не превышает номинальную, режим работы соответствует указанному на паспортном щитке, значения напряжения и его частоты находятся в допусковых пределах и все же наблюдается значительное общее нагревание обмоток и магнитопровода, то вероятная причина этого - недостаточное охлаждение электродвигателя. Малая эффективность вентиляции может быть вызвана: а) высокой температурой охлаждающего воздуха; б) плохой теплоотдачей охлаждаемых поверхностей; в) недостаточным количеством охлаждающего воздуха.
Высокая температура охлаждающего воздуха (больше 40° С) может быть следствием обшей высокой температуры воздуха по технологическим или климатическим условиям или же малого объема и недостаточной вентиляции помещения, в котором установлен электродвигатель. При неудачном размещении входных отверстий в электродвигатель может поступать воздух, нагретый охлаждаемым двигателем или приводимой им во вращение машиной (например, компрессором). Такое же явление может быть и при отсутствии полного разделения каналов для холодного и нагретого воздуха. При замкнутой, системе вентиляции охлаждающий воздух может иметь высокую температуру при малом расходе воды через охладитель (менее 1 л/мин на 1 кВт потерь электродвигателя), или при температуре воды выше +30° С. Проверка температуры охлаждающего воздуха может быть выполнена термометром, установленным у входа воздуха в электродвигатель. При замкнутой системе вентиляции необходимо периодически проверять работу индикаторов температуры охлаждающего воздуха и положение задвижек.
Плохая теплоотдача охлаждаемых поверхностей может быть вызвана наличием слоя пыли, мелких волокон или стружек на обмотках и сердечниках и особенно в вентиляционных каналах. Увеличению толщины теплоизоляционного слоя способствует попадание в электродвигатель масла из подшипников или другой жидкости. Для предотвращения этой причины повышения температуры обмоток и сердечника необходимо периодически очищать каналы от пыли и продувать их сухим воздухом. Направление струи воздуха должно быть таким, чтобы пыль удалялась из электродвигателя, а не перемещалась и уплотнялась внутри него.
Уменьшенный расход охлаждающего воздуха может быть вызван увеличенным сопротивлением воздухопровода или же уменьшенным давлением, создаваемым вентилятором. Первая причина обычно появляется в эксплуатации вследствие уменьшения сечения каналов, вызванного отложением пыли и мелких волокон в них или засорения фильтров. Во вновь установленных электродвигателях входные отверстия могут быть частично закрыты фундаментом или воздухопроводы могут быть выполнены с большим количеством изменений сечения и поворотов. Уменьшенное давление воздуха, создаваемое вентилятором с наклонными лопастями, обычно вызывается неправильным направлением вращения; в этом случае необходимо заменить вентилятор, если не представляется возможности изменить направление вращения электродвигателя.

Смотри еще по разделу:
НЕДОСТАТОЧНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВЫШЕННОЕ НАГРЕВАНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВРЕЖДЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ

Повреждение изоляции обмотки статора. Повреждение изоляции обмотки ротора. Повреждение изоляции контактных колец, щеткодержателей и выводных зажимов

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ВИБРАЦИИ И ШУМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВЫШЕННЫЙ ИЗНОС И ПОВРЕЖДЕНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ