содержание   .. 29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

5.3.7.

Испытание на нагревание электрических машин

Стандарты на электрические машины оценивают тепловое состояние машины не

по температуре ее частей, а по превышению их температуры над температурой охлаждающей среды, которая для нормальных условий эксплуатации принята равной 40°С. Исключение составляет оценка нагрева подшипников и подпятников, для нормальной работы которых важна определенная вязкость смазочных материалов, определяемая их температурой, сравнительно мало зависящей от температуры окружающей среды.

Для измерения нагрева частей электрических машин стандартами предусмотрено три метода: метод сопротивлений, метод термометра и метод заложенных термопреобразователей (термоиндикаторов).

Метод сопротивлений основан на изменении сопротивления постоянному току проводников обмотки в зависимости от их температуры. Он применяется для определения температуры изолированных обмоток и позволяет определить среднюю их температуру или среднюю температуру отдельной части обмотки (параллельной ветви, если она имеет отдельные выводы или фазы обмотки). Неравномерность нагрева участков или отдельных точек обмотки этим методом определить нельзя.

Для определения температуры обмотки данным методом измеряется ее сопротивление постоянному току в практически холодном состоянии машины R_x или при известной температуре обмотки 9_Х и в нагретом состоянии R_T. Температура в нагретом состоянии Эг определяется по известному для материала обмотки температурному коэффициенту сопротивления а, отнесенному к некоторой условной температуре 9, при которой сопротивление обмотки равно R. При испытании электрических машин для обмоточной меди используют значение температурного коэффициента, отнесенное к температуре & = = 15 °С, равное а = 0,004 1/°С. Тогда средняя температура обмотки по данным измерений ее сопротивлений в горячем и холодном состояниях может быть рассчитана по формуле

поверхности магнитопровода статора или лобовых частей обмоток, но не внутри этих частей.

Для проведения измерений этим методом используют как термометры расширения (ртутные или спиртовые, если точки измерения находятся в переменном магнитном поле), так и другие виды измерителей температуры или термопреобразователи, приложенные к доступным точкам поверхности частей машины.

Метод заложенных термопреобразователей предусматривает измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, термопары или терморезисторы которых заложены внутри частей машины в точках, где ожидается наибольшее повышение температуры, например на дне пазов под обмотку или в пазах между сторонами катушек и т. п. Их выводные концы выводятся наружу к измерительным схемам.

Показания приборов, включенных в схемы термопреобразователей, испо,льзуются как при тепловых испытаниях машин, так и для контроля теплового состояния машины во время всего периода ее эксплуатации.

При проведении детальных тепловых испытаний электрических машин или при исследовательских испытаниях в машины закладываются дополнительные элементы термопреобразователей, число и место установки которых определяется таким образом, чтобы получить полную картину температурного поля машины.

Для измерения температуры частей машины используются также другие методы. Для измерения температуры в замкнутом объеме, например температуры масла в подшипниках, могут применяться манометрические термометры, показания которых основаны на изменении давления в окружающем пространстве. Для бесконтактного измерения температуры поверхности вращающихся частей машины, например поверхности коллектора, могут быть использованы так называемые «тепловизоры», показания которых меняются в зависимости от интенсивности инфракрасного излучения нагретой поверхности.

Метод термочувствительных красок основан на свойстве некоторых красок менять свой цвет при определенной температуре и сохранять измененный цвет после охлаждения. Это позволяет с помощью набора из нескольких красок, рассчитанных на определенные температуры, сравнительно просто определить пределы нагрева вращающихся деталей, недоступных для наблюдения при работе машины. Однако этот метод дает

а превышение температуры обмотки над температурой охлаждающей среды

Д9_Г = Э_г - Э_о,

где Э_о — температура охлаждающей среды. Метод термометра основан на измерении температуры отдельных точек доступных поверхностей частей электрической машины, например температуры точек внешней

низкую точность измерений из-за ограниченного ассортимента термочувствительных красок.

Методы проведения испытаний на нагревание и определения установившейся температуры частей машины при номинальных режимах ее работы определены в ГОСТ 25000-81 (см. табл. 5.1).

5.3.8. Определение коэффициента полезного действия

Коэффициент полезного действия электрической машины есть отношение отдаваемой машиной активной мощности Р₂ к подводимой к машине активной мощности Р₁; КПД обычно выражается в процентах:

П = 100 Р₂/Р„ или в долях единицы:

_Л = Р₂/Р₁.                                                                                                                                                                                                                                  (5.1)

Электрическая мощность, подводимая к двигателю, и электрическая мощность, отдаваемая в сеть генератором, измеряется непосредственно с помощью ваттметров. Измерение механической мощности, отдаваемой двигателем и подводимой к генератору, встречает затруднение и требует специальных устройств. Это усложняет определение КПД электрических машин.

Подводимая и отдаваемая мощности электрической машины различаются на сумму потерь в ней, которые возникают в процессе взаимного преобразования электрической и механической энергий Р₂ = Р_у — £Р. Исходя из этого, выражение для КПД может быть записано в иной форме:

для двигателей

ti = 1-£P/P_i;                                                                                                                                                                        (5.2а)

для генераторов

Л = 1-1Р/(Р₂ + ХР). (5.26)

Соответственно двум формам записи (5.1) и (5.2) существуют две группы методов определения КПД: методы непосредственного определения, т.е. прямого и одновременного измерения Р, и Р₂ испытуемой машины, и методы косвенного определения КПД, при которых измеряются только потери в машине. Сумма потерь £ Р относится к электрической мощности, потребляемой двигателем или отдаваемой в сеть генератором.

Методы непосредственного определения КПД. Стандартами предусмотрены три метода непосредственного определения КПД.

Метод измерения электрических мощностей применяется для определения КПД преобразовательных агрегатов, состоящих из двигателя и одного или нескольких генераторов, выпускаемых комплектно. Электрические активные мощности измеряются на входе двигателя и на выходе генератора (или генераторов). Разность измеренных мощностей равна суммарным потерям в агрегате, отношение мощностей - КПД агрегата или, что то же самое, произведению КПД всех машин, входящих в агрегат.

Метод торможения применяется в основном для определения КПД двигателей. Торможение осуществляется механическим или иным тормозом с измерителем момента. Отдаваемая двигателем механическая мощность (мощность на валу двигателя) определяется как произведение вращающего момента на частоту вращения. Потребляемая двигателем активная электрическая мощность из сети измеряется ваттметром.

Метод нагрузки может быть использован как для двигателей, так и для генераторов. В качестве нагрузки испытуемого двигателя используется тарированный генератор, отдающий энергию на специальное нагрузочное устройство или в сеть. В опытах измеряется электрическая активная мощность, подводимая к двигателю, Р{_Д и электрическая активная мощность, отдаваемая тарированным генератором, Р-^. Коэффициент полезного действия испытуемого двигателя т|д определяется с учетом КПД тарированного генератора г|_т:

Лд = Р2т/(Лт^1д)-

Для определения КПД генератора используют тарированный двигатель. Коэффициент полезного действия испытуемого генератора г)_г определяют по отношению мощностей отдаваемой генератором Р-^ и подводимой к тарированному двигателю Pi_T с учетом его КПД:

Лг = Р2г/(П1т^1т)-

Методы непосредственного определения КПД уступают косвенным методам как по сложности измерений, так и по точности. Это объясняется несколькими причинами, из которых основными являются следующие:

сложность создания и измерения тормозного момента на валу испытуемого двигателя или вращающего момента на валу испытуемого генератора. При испытаниях машин большой мощности эта задача становится неразрешимой в условиях обычной испытательной станции предприятия;

необходимость обеспечения при проведении измерений того же теплового состояния испытуемой машины, что и в режиме работы, для которого определяется КПД. Несоблюдение этого условия приводит к большой погрешности определения КПД из-за изменения потерь в испытуемой машине, зависящих от температуры.

В связи с этим стандарты разрешают применять методы непосредственного определения КПД только для машин, имеющих гарантированные значения КПД меньше 85%. Для машин с большими значениями КПД его определение должно производиться косвенными методами.

Косвенные методы определения КПД. Из группы методов косвенного определения КПД основным является метод раздельного определения потерь. Каждый вид потерь определяется или рассчитывается по данным соответствующих опытов проводимых в определенных режимах.

Основные и добавочные потери в стали определяются из опыта холостого хода для напряжения, соответствующего рабочему режиму, а для машин постоянного тока с номинальным напряжением меньшим 100 В — с учетом падения напряжения на всех элементах последовательной цепи якоря. При этом все сопротивления элементов последовательной цепи приводятся к расчетной температуре.

Механические потери, включающие потери на трение в опорах, скользящих контактах и на всех поверхностях, омываемых охлаждаемыми средами, также определяются методом разделения потерь из опыта холостого хода.

Электрические потери в рабочих обмотках и обмотках возбуждения определяются по рабочему току в этих обмотках и их сопротивлениям, приведенным к расчетной температуре.

Электрические потери в скользящих контактах рассчитываются как произведение токов через контакты на переходное падение напряжения под щетками, которое считается не зависящим от тока.

Добавочные потери при нагрузке учитываются в процентах подводимой мощности для двигателей и отдаваемой мощности для генераторов при их номинальной нагрузке. Добавочные потери для компенсированных машин постоянного тока, синхронных машин мощностью до 100 кВ • А и асинхронных бесколлекторных машин принимаются в расчетах равными 0,5% номинальной мощности; для некомпенсированных машин постоянного тока — 1 %; для коллекторных

машин переменного тока — также 1 %, если для них соответствующими документами не предусмотрены иные значения. При мощности, отличающейся от номинальной, значения добавочных потерь пересчитываются пропорционально квадрату тока рабочей цепи.

Для синхронных машин мощностью более 100 кВ-А при определении КПД добавочные потери не рассчитывают. Их получают экспериментально в сумме с основными электрическими потерями в обмотке статора.

Для двигателей постоянного тока с широким регулированием частоты вращения рассчитанные добавочные потери увеличивают, умножая на следующие коэффициенты, зависящие от частоты вращения, для которой рассчитывается КПД:

Отношение частоты вращения к номинальной 1,5 2,0 3,0 4,0

Коэффициент увеличения добавочных потерь 1,4 1,7 2,5 3,2

При испытаниях синхронных компенсаторов определяют сумму потерь и относят ее к полной мощности машины, так как понятие КПД для них не имеет смысла.

Более детально методы определения КПД и отдельных видов потерь изложены в ГОСТ 25492-83 (см. табл. 5.1).

содержание   .. 29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..