Ремонт электрических машин

1. Технологический раздел

1.1 Назначение, конструкция и условия  работы электрических машин ЭПС

 

Все электрические машины переменного и постоянного тока сходны по конструкции и принципу работы. Рассмотрим на примере асинхронные двигатели вспомогательных машин.

Трехфазные асинхронные двигатели, применяемые для привода вспомогательных машин электровозов, в сравнении с двигателями постоянного тока обладают как достоинствами, так и недостатками.

Достоинства: простота конструкции, так как ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой без коллектора и щеток; высокая надежность в работе; требуют минимального ухода в эксплуатации и проще при ремонте.

Недостатки:

- имеют малый пусковой момент при большом пусковом токе (в 5—7 раз больше номинального тока), в связи с чем имеют завышенную примерно в 2 раза мощность, что увеличивает расход электроэнергии на собственные нужды также примерно в два раза;

- асинхронные двигатели имеют меньший КПД (70 % вместо 90 % для двигателей постоянного тока);асинхронные двигатели могут работать только при незначительном изменении питающего их напряжения и при снижении напряжения в контактной сети ниже 19 кВ может произойти остановка асинхронных двигателей под нагрузкой при значительном пусковом токе, что может привести к выходу из строя обмотки статора, примерно через 20 с, если не сработает защита. Такое явление называется опрокидыванием асинхронного двигателя.

 Асинхронные трехфазные  электродвигатели типа АЭ92-4 с  короткозамкнутым ротором служат  для привода вспомогательных машин электровоза (компрессора МК и центробежных вентиляторов МВ1—МВ4).

 

Технические характеристики А Э92-4

Номинальное напряжение, В………………………………………………...380

Номинальная мощность, кВТ…………………………………………………40

Номинальный ток, А…………………………………………………………..90

Частота тока, Гц………………………………………………………………..50

Частота вращения ротора, об/мин………………………………………….1425

КПД, %..............................................................................................................85,5

Класс изоляции…………………………………………………………………Н

Число полюсов……………………………………………………………….….4

Воздушный зазор, мм……………………………………………………...…..1,1

Схема соединения обмоток статора………………………………………звезда

Пределы изменения питающего напряжения, В………………………180+470

Масса двигателя, кг…………………………………………………..….390+400

 

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя основан на явлении образования вращающегося магнитного поля внутри статора. Дня его образования должны быть выполнены два условия: пространственный сдвиг обмоток статора в пазах сердечника и сдвиг токов в этих обмотках во времени (сдвиг токов по фазе). Трехфазный асинхронный двигатель состоит из станины, статора, ротора и двух подшипниковых щитов.

Статор — состоит из шихтованного сердечника (пластин в виде колец) с пазами внутри. В пазах сердечника статора уложены три обмотки, сдвинутые относительно друг друга на 120°.

Эти три обмотки статора соединяются между собой в звезду (при трехфазном напряжении 380 В) или в треугольник (при трехфазном напряжении 220 В).

Когда к обмоткам статора подводится трехфазное напряжение, то по каждой из трех обмоток статора пойдет свой переменный ток, сдвинутый относительно тока в двух других обмотках на 120 электрических градусов (т.е. на 1/3 периода). Тогда внутри статора образуется вращающийся магнитный поток.

Внутри статора помещенротор. На его вал напрессован шихтованный сердечник с наружными пазами. Эти пазы ротора вдоль заливаются алюминием вместе с боковыми короткозамыкающими кольцами, т.е. ротор имеет короткозамкнутую обмотку в виде беличьего колеса.

При пуске вращающийся Фс статора пересекает проводники неподвижного ротора и наводит в них по закону электромагнитной индукции ЭДС, под действием которой по проводникам ротора и через боковые короткозамыкающие кольца пойдет свой внутренний переменный ток ротора. Теперь проводники ротора с током начинают выталкиваться из магнитного потока статора и образуется вращающий момент ротора, ротор начнет вращаться в сторону вращения магнитного потока статора, но со скоростью чуть меньшей чем яст на величину скольжения.

При пуске проводники ротора пересекаются Фс с самой большой скоростью. Из-за этого при пуске в проводниках ротора наводится самая большая ЭДС и по проводникам ротора идет самый большой ток, при этом возрастает пусковой ток по обмоткам статора.

После пуска ротора его проводники будут пересекаться вращающимсяФс статора с меньшей скоростью, в результате чего уменьшается ЭДС ротора, уменьшается ток ротора и в итоге ток статора снижается до номинального.

Устройство. Асинхронный трехфазный электродвигатель типа АЭ92-4 состоит из станины, статора, ротора и двух подшипниковых щитов.

Станина — выполнена сварной в виде цилиндра из двух торцевых колец, к которым приварены продольные ребра. Снаружи приварена обшивка в виде двойного цилиндра из листовой стали. Снизу к станине приварены четыре лапы для крепления к кузову. Сверху в ребро станины вкручен рем-болт для транспортировки. Сбоку с одной стороны к станине приварена клеммная коробка для выводов.

Статор — состоит из шихтованного сердечника и трехфазной обмотки.

Сердечник статора набран из отдельных листов электротехнической стали (толщиной 0,5 мм) в виде колец с пазами с внутренней стороны (48 пазов).

При сборке все листы сердечника складываются и с боков ставятся утолщенные листы. Затем все листы сердечника спрессовываются снаружи четырьмя скобами, при этом загнутые концы скоб привариваются к боковым утолщенным листам (длина сердечника 200 мм).

Собранный сердечник запрессовывается внутрь станины, в ее продольные ребра.Обмотка статора является трехфазной и состоит из трех отдельных обмоток, уложенных изнутри в пазы сердечника статора под углом 120° друг к другу.

Каждая из трех обмоток выполнена из медного изолированного провода (сечением 3x5 мм) в виде отдельных катушек. Крепятся обмотки в пазах сердечника статора магнитными стальными клиньями (в каждом пазу 6 проводников). Лобовые части всех трех обмоток статора изолируются и крепятся скобами сбоку к станине.

Все три обмотки статора двигателя АЭ92-4 постоянно соединены звездой на трехфазное напряжение 380Вивклеммную коробку двигателя выведены только начала трех обмоток статора.

Ротор — состоит из вала, на который напрессовываетсяшихтованный сердечник с наружными косыми пазами (60 пазов) и с вентиляционными отверстиями. Все пазы сердечника заливаются сплавом алюминия вместе с боковыми короткозамыкающимися кольцами и вентиляционными лопатками, т.е. обмотка ротора короткозамкнутая в виде беличьего колеса. Изоляцией между обмоткой ротора и сердечником служит пленка окиси алюминия, образующаяся при застывании алюминия.

После заливки пазов сердечника алюминием ротор обтачивается снаружи для большей точности (так как зазор между ротором и сердечником статора 0,5 мм).

На вал напрессовывается вентилятор, отлитый из алюминия с прямыми лопатками, для самовентиляции двигателя.Один конец вала ротора выведен наружу двигателя и имеет коническую часть со шпонкой для напрессовки на него вентиляционного колеса центробежного вентилятора.

У мотор-вентиляторов МВЗ и МВ4 наружу двигателя АЭ92-4 выведены оба конца вала ротора для двух вентиляторов.

Подшипниковые щиты — отлиты из стали и крепятся болтами к станине сбоку. В горловинах щитов установлены подшипники ротора: с передней стороны — шариковый подшипник, с задней стороны (со стороны вентиляторного колеса) — роликовый подшипник. Подшипники закрыты с обеих сторон крышками.

Внутренние крышки запрессованы в щит. Передние крышки крепятся к щиту болтами. Крышки имеют лабиринты в виде кольцевых канавок на горловинах.

Смазка подшипников — ЖРО, 2/3 свободного объема камеры (242 г для шарикового подшипника и 346 г для роликового подшипника). Смазка периодически добавляется прессом через специальную трубку по 30+50 г в каждый подшипник.

Охлаждающий воздух при вращении ротора входит в двигатель через специальные отверстия с передней стороны подшипникового щита, затем воздух проходит вдоль двигателя через зазор между ротором и статором, через вентиляционные отверстия в сердечнике ротора и снаружи сердечника статора между ребер станины и окончательно выбрасывается наружу через отверстия в заднем подшипниковом щите.

Рисунок 1.Продольный (а) и поперечный (б) разрезы электродвигателя АЭ92-4;

1 – станина; 2 – статор; 3 – обмотка статора; 4 – ротор; 5 – внутренняя крышка; 6, 11 – подшипники; 7, 9, 10 – уплотнители; 8 – вал; 12 –  подшипниковый щит; 13 – вентилятор; 14 – стержень ротора; 15 – вывод; 16 – коробка выводов; 17, 18 - маслопроводы

 

1.2 Основные  неисправности электрических машин, их причины, способы предупреждения

 

Лучшим способом обеспечения производительной безаварийной работы электрических машин является организация системы планово-предупредительного ремонта (ППР) машин, включающая ряд мероприятий, проводимых по заранее составленному графику. К числу этих мероприятий относятся: осмотры, текущие и капитальные ремонты.

Такая система позволяет предупредить действие естественного износа деталей машины и обеспечить тем самым наибольший возможный срок службы. Изучение общих закономерностей износа в различных условиях, эксплуатации позволяет установить сроки проведения ремонтных работ.

Объем ремонта (в особенности капитального) определяется на основании тщательной проверки состояния электрической машины. Только при тщательной проверке можно правильно наметить ремонтные работы, обеспечивающие безаварийную эксплуатацию. Такая проверка в особенности необходима в том случае, если ремонт является внеплановым и вызван какой-либо неисправностью (ненормальностью) в работе электрической машины.

Неисправности могут выражаться в следующих явлениях:

1) изменение характеристик  машин, т. е. числа оборотов и вращающего  момента у двигателя и напряжения  у генератора;

2) неустойчивость этих  характеристик, т. е. недопустимые колебания  числа оборотов или напряжения;

3) недопустимо высокий  общий или местный перегрев  машины;

4) механические сотрясения (вибрации);

5) сильный шум;

6) искрение под щетками  коллекторных машин. Причины ненормального  режима работы могут быть внешние, не требующие ремонта самой  машины, и внутренние, связанные с повреждением каких-либо частей машины, требующих ремонта.

К числу внешних причин относятся:

1) перегрузка машины;

2) пониженное или повышенное  напряжение сети (для двигателей) или число оборотов (для генераторов);

3) обрыв питающих проводов (например, одной фазы трехфазной  системы или питания обмотки  возбуждения у двигателей постоянного  тока);

4) неисправность аппаратуры  управления и пуска;

5) высокая температура  окружающей среды, содержание в  этой среде пыли, влаги, вредных  для машины паров, газов и т. д.

Внутренние причины неисправности — повреждение частей электрической машины — являются обычно следствием указанных выше ненормальных условий работы или результатом несвоевременной и некачественной профилактики. Реже встречаются случаи, когда повреждение является следствием некачественных материалов (например, изоляции проводов), некачественной технологии изготовления или несовершенства конструкции. Повреждения в соответствии с теми функциями, которые выполняют в электрической машине различные материалы и конструктивные элементы, могут быть разбиты на следующие группы:

1. Повреждения изоляции:уменьшение сопротивления изоляции, разрушение (пробой) изоляции между витками, между пластинами коллектора, между листами активной стали, разрушение (пробой) корпусной изоляции (т. е. изоляции относительно корпуса машины).

2. Повреждения токоведущих частей:ухудшение соединений паек, контактов (т. е. увеличение их переходного сопротивления), обрывы, замыкание между токоведущими частями (из-за некачественной изоляции), трещины в стержнях и кольцах короткозамкнутых обмоток (беличьих клеток, демпферных клеток).

3. Повреждения магнитопровода:ослабление прессовки, замыкание между листами и выгорание части листов (из-за неисправности изоляции), ослабление полюсных болтов, креплений полюсов.

4. Повреждения трущихся частей:

а) узлов токосъема коллекторов, контактных колец—• потеря цилиндричности, биение, разрушение рабочей поверхности — подгар, оплавление, механический износ;

б) подшипников — разрушение трущихся поверхностей, поверхностей качения, деталей подшипников.

5. Повреждения механических частей: искривления, трещины, поломки валов, повреждение шеек валов, трещины в стойках и т. д. К этой же группе следует отнести неуравновешенность вращающихся частей— разбалансировку, которая приводит к вибрации и появлению шума. Следует иметь в виду, что вибрация может быть и следствием электромагнитной несимметрии в машине в результате, например, замыкания между витками в какой-либо обмотке или большой несимметрии в воздушном зазоре. Наиболее подвержены износу и выходу из строя трущиеся части и изоляция. Если установлено, что неисправность является следствием внутренних причин и необходим ремонт, то второй задачей является окончательное определение места, характера и причины повреждения. Способы обнаружения неисправностей деталей электрической машины и причин, их вызывающих, приведены в разделах, посвященных ремонту этих деталей.