доходит до 90%. Погрешности для отдельных составляющих потерь могут достигать 70% даже при времени переключения, достигающем 1,2 с.

Максимальное число реверсов, которое выдерживает серийный асинхронный двигатель, как показали расчеты, не превышает 3600 в час, или 1 реверс в секунду. Если привод требует большего числа реверсов, то для него необходим специально спроектированный двигатель*.

Выбор асиихроиного двигателя для режима стохастической нагрузки. Общие принципы и критерии выбора электродвигателей для режимов S1 -S8 распространяются и на режим стохастической нагрузки. Различие заключается в том, что нагрузочная диаграмма электропривода в этом случае не может быть выражена в виде определенной детерминированной зависимости M (t) и для оценки нагрева двигателя необходимо пользоваться методами теории случайных процессов.

Определяющими при выборе двигателя для работы при Стохастической нагрузке являются вероятностные характеристики момента сопротивления, от которых зависят ана:югичные характеристики токов двигателя и превышений температуры его частей. В этом случае оценка теплового состояния двигателя по среднему значению нагрузки приводит к занижению температуры обмоток и погрешность тем больще, чем больше рассеяние (дисперсия) момента сопротивления от его среднего значения.

Для большинства случайных процессов справедливо правило трех сигм , заключающееся в том, что с большой степенью вероятности можно говорить, что все возможные значения функции x(t) лежат в интервале - Ъа + т,, Зод.-KjMx, где Шх и а - соответственно математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение случайного процесса х. Используя это правило, можно определить наибольшее значение превышения температуры обмотки двигателя:

AS=<A9>-(-3o8;

здесь <А9> - математическое ожидание превышения температуры; as - среднеквадратичное отклонение температуры.

Условие (6.22) будет являться критерием правильности выбора электродвигателя при

стохастической нагрузке и неизвестной корреляционной функции случайного процесса. Если можно получить корреляционную функцию, то А9 = <Д9> + kos. Здесь /( = 03-коэффициент, учитывающий тепловую инерционность двигателя, интервал корреляции т и внутреннюю структуру случайного процесса изменения A9(t), который вследствие большой постоянной времени нагрева двигателя имеет закон распределения, приближающийся к нормальному.

Проверку правильности выбора электродвигателя по условиям нагрева для значений эквивалентного момента или эквивалентной мощности можно произвести по (6.7) и (6.9) с учетом того, что Му и Pj определяются следующим образом:

где <М>, <Р> - математические ожидания соответственно момента и мощности; и ор - их среднеквадратичные отклонения.

Можно также вычислять М и Рэк соответственно по формулам (6.6) и (6.8), которые справедливы для эргодических процессов (t) и Р (t), имеющих место во многих случаях при продолжительной работе электродвигателя на случайную нагрузку. Для эргодических случайных процессов характерно то, что они определяются по одной реализации, т. е. для таких процессов при нахождении вероятностных характеристик усреднение по ансамблю реализаций заменяется усреднением во времени.

При больших размахах колебаний случайной составляющей процесса относительно среднего момента первостепенное значение приобретает перегрузочная способность двигателя. В этом случае важным критерием правильности его выбора является максимальный вращающий момент

(6.23)

Так как в режиме случайного нагруже-ния М, ах также представляет случайный процесс, то для того чтобы условие (6.23) выполнялось с большой долей вероятности, необходимо Л/тох вычислять с учетом одностороннего доверительного интервала, причем в сторону уменьшения среднего значения М, ах-

М. ах = <М > - ки

* Электромеханические процессы в асинхронном двигателе в режиме частых реверсов/

B. Я. Беспалов и др. Электричество. 1985. № 1.

C. 62-64.

Аналогичными соотношениями оценивается и пусковой момент двигателя при анализе условий пуска.

§6.4

Основные причины отказов электрических машин

6.4. Основные причины отказов электрических машин

6.4.1. Виды иеисправностей и причины их появления

Электрические машины чаще всего повреждаются из-за недопустимо длительной работы без ремонта (износ), из-за плохого хранения и обслуживания, из-за нарушения режима работы, на который они рассчитаны. Все отказы можно разделить на две категории (по причине, повлекшей отказ) - электрические, механические.

К электрическим отказам относятся отказы по причине пробоя изоляции на корпус и между фазами, обрыва проводников в обмотке, замыкания между витками обмотки, нарушения контактов и соединений (паяных и сварных), недопустимого снижения сопротивления изоляции вследствие ее старения или чрезмерного увлажнения, нарушения межлистовой изоляции магнитопроводов, чрезмерного искрения в коллекторных машинах.

К механическим отказам относятся отказы по причине выплавки баббита в подшипниках скольжения, разрушения сепаратора, шариков или роликов в подшипниках качения, деформации вала ротора, образования глубоких дорожек на поверх]10сти коллектора или контактных колец, ослабления крепления сердечников полюсов и статоров к станине, обрыва бандажей или их сползания, ослабления прессовки сердечников, ухудшения охлаждения машины из-за засорения охлаждающих каналов.

Неисправности и повреждения электрических машин, вызывающие отказ, не всегда удается обнаружить путем внешнего осмотра, так как некоторые из них (в основном электрические) носят скрытый характер и могут быть обнаружены только после соответствующих испытаний и разборки машины. Работа по предремонтному выявлению неисправностей и повреждений электрических машин называется дефектацией.

Рассмотрим характерные причины отказа электрических машин.

Пробой изоляции обмотки ротора на корпус приводит к медленному увеличению частоты врашения при пуске асинхронного двигателя. Ротор сильно нагревается даже при небольшой нагрузке. К тем же явлениям приводит нарушение изоляции между контактными кольцами и валом ротора.

Пробой изоляции между фазами приводит к короткому замыканию в обмотке. При коротком замыкании обмотки статора на-

блюдаются сильные вибрации двигателя переменного тока, которые прекращаются после отключения его от сети, сильное гудение, несимметрия токов в фазах, быстрый нагрев отдельных участков обмотки. В случае короткого замыкания обмотки фазного ротора наблюдается такой же эффект, как при нарушении изоляции между контактными кольцами и валом.

Обрыв проводников обмотки статора асинхронного двигателя вызывает несимметрию токов и быстрый нагрев одной из фаз (в крайнем режиме - обрыв фазы, ротор не вращается или его частота вращения мала, наблюдается сильный шум и быстрый нагрев двигателя).

Обрыв стержня короткозамкнупюй обмотки ротора приводит к- повышенным вибрациям, уменьшению частоты вращения под нагрузкой, пульсациям тока статора последовательно во всех фазах.

Витковое короткое замыкание обмотки статора или ротора приводит к чрезмерному нагреву электрической машины при номинальной нагрузке.

Нарушение контактов, паяных или сварных соединений в асинхронных двигателях эквивалентно по своему проявлению обрыву витков, стержней короткозамкнутых обмоток или фазы обмотки в зависимости от места нахождения данного соединения. Нарушение контакта в цепи щеток приводит к повышенному искрению между контактными кольцами и щетками.

Недопустимое снижение сопротивления изоляции может быгь следствием сильного загрязнения изоляции, увлажнения и частичного разрушения, вызванных старением изоляции.

Нарушение межлистовой изоляции сердечников магнитопроводов приводит к недопустимому повышению температуры отдельных участков магнитопровода и всего магнитопровода в целом, повышенному нагреву обмоток, выгоранию части магнитопровода (пожар в стали).

Выплавка баббита в подшипниках скольжения и чрезмерный износ подшипников качения приводят к нарушению соосности валов электрической машины и механизма, к появлению эксцентриситета ротора. Выплавка баббита вызывает повышение вибраций электрической машины, которые не исчезают после отключения ее от сети. Износ подшипников качения приводит к появлению больших сил одностороннего притяжения, в результате чего двигатель не развивает номинальной скорости, а его работа сопровождается сильным гудением. Повышенные

вибрации могут являться также следствием нарушения уравновешенности вращаюшихся частей (ротора, полумуфт или шкива).

Деформация вала ротора приводит к появлению эксцентриситета ротора и больших сил одностороннего притяжения.

Ослабление крепления полюсов и сердечников статоров приводит к повышенным вибрациям, исчезающим после отключения машины от сети.

Ослабление крепления листов магнитопровода вызывает щум и повышенные вибрации двигателя.

Засорение охлаждающих (вентиляционных) каналов приводит к недопустимому нагреву электрической машины или отдельных ее частей.

Выработка коллектора и контактных колец приводит к ухудшению коммутации, быстрому износу щеток и повышенному нагреву контактных колец и коллектора.

Как видно из анализа приведенных возможных неисправностей электрических машин и их влияния на рабочие свойства машин, одни и те же эффекты могут быть вызваны различными причинами. Это часто не позволяет однозначно назвать неисправность электрической машины по ее внешнему проявлению, а вынуждает ограничиться перечнем возможных неисправностей, которые будут уточняться при дефектации с целью последующего их устранения.

6.4.2. Выбор защиты электродвигателей

Правильный выбор и настройка защиты электродвигателей позволяют продлить ресурс их работы, обеспечить безаварийную работу и повысить их надежность в эксплуатации. Однако применение защиты удорожает двигатель, поэтому выбор типа и количества защит определяется не только технической, но и экономической целесообразностью их установки.

Предусматриваются следующие виды защиты электродвигателей напряжением до 1000 В:

1) защита от многофазных коротких замыканий и от минимального напряжения, а в сетях с глухозаземленной нейтралью - дополнительно от однофазных замыканий для двигателей переменного тока;

2) защита от коротких замыканий и от недопустимого повышения частоты вращения для двигателей постоянного тока;

3) защита от перегрузки для всех двигателей;

4) защита от асинхронного режима для синхронных двигателей.

Для электродвигателей переменного тока напряжением свыше 1000 В дополнительно предусматриваются следующие виды защит:

1) защита, действующая на сигнал и отключение при повышении температуры смазки или прекращении ее циркуляции для электродвигателей, имеющих принудительную смазку подшипников;

2) зашита, действующая на сигнал и отключение при повышении температуры или прекращении вентиляции для электродвигателей, имеющих принудительную вентиляцию;

3) защита, действующая на сигнал при снижении циркуляции воды ниже заданного значения и на отключение при прекращении ее циркуляции для электродвигателей с водяным охлаж-ением обмоток и активной стали, а также имеющих встроенные воздухоохладители, охлаждаемые водой;

4) общая защита от многофазных замыканий для блоков трансформатор (автотрансформатор) - двигатель;

5) на синхронных электродвигателях должно предусматриваться автоматическое гашение поля. При этом для синхронных дви.-ателей мощностью менее 500 кВт автоматического гашения поля, как правило, не требуется.

Для защиты электродвигателей от коротких замыканий должны применяться предохранители или автоматические выключатели.

Защита от перегрузки должна устанавливаться в случаях, ко1да возможна перегрузка механизма по технологическим причинам, а также при тяжелых условиях пуска для ограничения длительности пуска при пониженном напряжении. Защита должна выполняться с выдержкой времени и может быть осуществлена тепловыми реле. Защита должна действовать на отключение, или на сигнал, или на разгрузку, если последняя возможна.

Для двигателей с повторно-кратковременным режимом работы применение этой защиты не требуется.

Защита от минимального напряжения должна устанавливаться: для двигателей постоянного тока, которые не допускают непосредственного включения в сеть; для электродвигателей механизмов, самозапуск которых после останова недопустим по условиям технологического процесса или по условиям безопасности; на многоскоростных двигателях ответственных механизмов, самозапуск которых допустим и целесообразен; защита от минимального напряжения