Контроль нагрева
Чрезмерный нагрев электродвигателей сокращает срок их службы. Степень нагрева зависит от нагрузки электродвигателя и от условий и режима его работы.
Под нагрузкой электродвигателя обычно понимают значение момента сопротивления на валу или значение пропорциональной ему величины — тока статора. Поскольку измерить момент двигателя в процессе его работы затруднительно, для контроля нагрузки измеряют ток статора и сравнивают его с допустимым значением.
Электроизоляционные материалы подразделяются на классы нагревостойкости, для которых определена наибольшая допустимая температура при использовании их в электрооборудовании общего применения, длительно работающего в нормальных эксплуатационных условиях.
Так, для класса нагревостойкости V наибольшей допустимой рабочей температурой является 90 С. К этому классу относятся непропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный состав волокнистые материалы из шелка и целлюлозы. Для класса нагревостойкости А наибольшей допустимой рабочей температурой является 105°С. К классу А относятся те же волокнистые диэлектрики, но пропитанные или погруженные в жидкий диэлектрик, а также некоторые полиамидные пленки и смолы, древесные пластики, изоляция эмаль-проводов на масляно-смоляных лаках и т. д. Для класса Е наибольшей допустимой рабочей температурой является 120 °С. К этому классу относятся пластмассы, синтетические органические пленки, компаунды на основе эпоксидных и других смол. Для класса В допустимая рабочая температура равна 130°С. К этому классу относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с органическими связующими и пропитывающими составами.
Для класса F максимальная рабочая температура равна 155°С. К классу F относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами (лаки, компаунды). Для класса Н максимальной рабочей температурой является 180 °С. К классу Н относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими составами, кремнийоргапические эластомеры. Для класса С максимальная рабочая температура допускается свыше 180°С. К этому классу относятся слюда, кремнийорганические материалы, стекло, кварц.
Технологические перегрузки рабочих машин или колебания напряжения в питающей сети ведут за собой увеличение тока в обмотках машин и превышение температуры обмоток выше допустимых для данного класса, в результате срок службы машин быстро уменьшается.
Точные значения допустимых температур нагрева обмоток и стали для различного типа машин при продолжительном их работе с номинальной нагрузкой устанавливаются по результатам эксплуатационных испытаний и указываются в производственных инструкциях. В большинстве случаев они не превышают 100—120 С для обмоток статоров и 105 —140 С для обмоток роторов электродвигателей.
Допустимый перегрев зависит от класса изоляции. Например, для изоляции класса А допускается превышение температуры над окружающей не более 60 С для обмоток и околооб-моточной части стали электрических машин, для изоляции класса В - не более 80°С. Так, при температуре воздуха 30°С допустимая температура статора электродвигателя с изоляцией класса А составит 90°С, а для класса В — 110 С.
Для изоляции классов А и В применяется так называемое десятиградусное правило: при превышении температуры обмоток примерно на каждые 10 °С срок службы изоляции уменьшается вдвое. Перегрев машины чаще всего происходит за счет ее перегрузки электрическим током. При превышении номинальной нагрузки необходимо снизить ее до номинальной и проследить за изменением температуры нагрева. Таким образом, задача обслуживающего персонала состоит в том, чтобы не допускать перегрузок электрических машин.
Для контроля за нагрузкой электродвигателей в одну из фаз питающей линии устанавливают амперметр, который должен показывать ток обмотки статора. На делении его шкалы, соответствующем 105% номинального тока, делают четкую отметку красного цвета, облегчающую контроль. Продолжительная работа электродвигателя при показаниях амперметра, превышающих 105% номинального тока, недопустима по условию нагрева. В этом случае необходимо понизить температуру окружающей среды (например, усилением вентиляции помещения) или уменьшить нагрузку на валу двигателя.
Контроль температуры нагрева электродвигателей мощностью выше 100 кВт проводят с помощью встроенных дистанционных термометров. Для измерения температуры электродвигателей меньшей мощности, а также для измерения температуры в точках электродвигателей, где установка дистанционных термометров невозможна, пользуются переносными спиртовыми или ртутными термометрами. При измерениях ртутными термометрами следует иметь в виду, что в области переменных магнитных полей возникает положительная погрешность, т. е. термометр покажет завышенное значение температуры. Для более точного измерения температуры нижнюю часть термометра обвертывают тонкой алюминиевой фольгой, обминая ее так, чтобы прилегание к месту измерения было плотным. Сверху оболочку из фольги накрывают для теплоизоляции ватой. В труднодоступных местах измерения проводят сразу после остановки электродвигателя.
Чувствительными к нагреву являются и некоторые механические узлы и детали электродвигателей. Для них в паспортах электродвигателей задаются допустимые превышения температур над температурой окружающей среды 35 °С. Допустимые превышения температуры для подшипников качения составляют 60°С, для подшипников скольжения — 45°С, для стальных деталей коллекторов и контактных колец — 70°С. Температуру подшипников скольжения можно измерить, погружая термометр непосредственно в масло подшипника.
При достаточном навыке ориентировочное представление о степени нагрева можно получить, притрагиваясь ладонью к нагретому элементу конструкции (ладонь без болевых ощущений обычно выдерживает температуру около 60°С).
Заметное влияние на нагрев электродвигателей имеет уровень напряжения питающей сети. Существенно, что увеличение и уменьшение напряжения ведут к повышению температуры нагрева электродвигателя. В связи с этим не допускаются напряжения ниже 95 % и выше 110% номинального. Наилучшие характеристики асинхронные электродвигатели имеют при напряжениях в диапазоне от 100% до 105% номинального. В этих пределах и следует поддерживать напряжение сети, питающей асинхронные электродвигатели. По условиям пуска предпочтительна верхняя граница диапазона, т. е. 1,05 Vн.