Наиболее часто встречающиеся неисправности и ремонт синхронных машин

Повышенный нагрев активной стали статора. Нагрев активной стали статора может возникнуть из-за перегрузки синхронной машины, а также от замыкания в листах шихтовки сердечника при слабой прессовке на заводе-изготовителе. При слабой прессовке сердечника происходят микроподвижка листов шихтовки с частотой перемагничивания 100 Гц/с, а также повышенная вибрация активной стали.

В процессе вибрации активной стали происходит истирание изоляции листов. Листы с поврежденной изоляцией контактируют между собой и в образовавшемся стальном неизолированном пакете вихревые токи нагревают сердечник. При этом может произойти расширенное замыкание по всей расточке статора или местное.

В зависимости от площади замыкания в листах может возникнуть так называемый «пожар в железе», сильно перегревающий изоляцию и приводящий к ее повреждению. Это явление опасно в крупных синхронных машинах, особенно в турбогенераторах.

Избавляются от такого опасного явления в активной стали следующим образом:

• крупные синхронные машины имеют измерительные средства по току и мощности (амперметры и ваттметры), поэтому уровень нагрузки легко контролируется, и меры по снижению нагрузки можно принять быстро. Нагрев обмотки и активной стали контролируется с помощью термопар, заложенных в статор для замера температуры обмотки и сердечника;

• в случае замыкания активной стали, особенно местного характера, это явление обнаруживается в работающей машине только на слух. Возникает зудящая вибрация, и ее слышно приблизительно в том месте статора, где замкнута активная сталь. Для устранения этого явления машину следует разобрать. Обычно крупные синхронные двигатели изготовляют с удлиненными валами, что дает возможность снять щиты и сдвинуть статор, в котором можно работать.

Затем для уплотнения стали в зубцы забивают клинья из текстолита, промазанные одним из клеящих лаков (№ 88, МЛ-92 и др.). Перед расклиновкой зубцов активную сталь тщательно продувают сухим компрессорным воздухом.

Если по какой-либо причине возникло замыкание и оплавление железа в зубцах, поврежденные участки тщательно вырубают, зачищают, между листами заливают лак воздушной сушки и листы расклинивают. Если после этого зудящая вибрация не исчезает, следует повторить расклиновку до полного исчезновения вибрации активной стали.

В высоковольтных крупных машинах проверку качества ремонта и шихтовки листов проводят индукционным способом.

Перегрев обмотки статора. Наиболее частой причиной местных перегревов обмоток статоров синхронных машин являются витковые замыкания. При возникновении виткового замыкания в обмотке статора, компаундированной битумом, машина отключится максимальной защитой в связи с повышением тока в поврежденной фазе. В месте виткового замыкания битум расплавится, затечет между витки и изолирует их. Примерно через 30— 40 мин после того, как застынет битум, следует запустить синхронную машину. Многолетний опыт подтверждает благоприятный исход изложенного порядка ликвидации повреждения обмотки.

Однако такое восстановление изоляции статора нельзя считать надежным, хотя и восстановленная изоляция может длительное время надежно работать до остановки двигателя на плановый ремонт.

В статорных обмотках синхронных машин возможны неисправности, аналогичные неисправностям в обмотках асинхронных двигателей, как например, перегрузка по току при снижении напряжения в сети. В этом случае требуется повысить напряжение сети до номинального.

Перегрев обмотки возбуждения. В отличие от статорной обмотки синхронных машин обмотки возбуждения питаются постоянным током. Изменяя ток возбуждения в синхронной машине, можно регулировать коэффициент мощности. Ток возбуждения регулируют в пределах номинальных значений для каждого типа синхронных машин.

С увеличением тока возбуждения повышается перегрузочная способность синхронных двигателей, улучшается коэффициент мощности благодаря высоким компенсирующим способностям таких машин, повышается уровень напряжения в зоне их действия. Однако с увеличением тока в обмотке возбуждения повышается нагрев этой обмотки, а также увеличивается ток в статорной обмотке. Поэтому ток в обмотке возбуждения регулируют до такого уровня, при котором ток в обмотке статора становится минимальным, коэффициент мощности равным единице, а ток возбуждения находится в пределах номинального значения.

При замыкании в цепи обмотки возбуждения повышается температура обмотки, перегрев может оказаться недопустимым; возникает вибрация ротора, которая может оказаться тем сильнее, чем большая часть витков обмотки окажется замкнутой.

Возможность возникновения замыкания в обмотке возбуждения объясняется следующим. В результате усыхания и усадки изоляции катушек полюсов появляется подвижка катушек, в связи с этим корпусная и витковая изоляция истирается, что в свою очередь создает условия для возникновения замыкания между витками и на корпус полюса.

Повреждения обмотки возбуждения во время запуска синхронных двигателей. Иногда возникают повреждения изоляции обмотки возбуждения синхронных двигателей в начальный момент пуска. При замыкании обмотки возбуждения на корпус работа синхронного двигателя недопустима.

Для того чтобы понять причины появления неисправностей в процессе пуска синхронных двигателей, необходимо знать их устройство.

Статор и обмотки синхронного двигателя по конструкции аналогичны статору асинхронного двигателя. Синхронный двигатель отличается от асинхронного конструкцией ротора.

Ротор синхронного двигателя с частотой вращения до 1500 об/мин имеет явнополюсное исполнение, т. е. полюсы укрепляют на роторной звезде (ободе). Роторы быстроходных машин изготовляют неявнополюсными. В полюсных наконечниках в выштампованные отверстия вставлены медные или латунные стержни пусковой обмотки. На полюса (на корпусную изоляцию) насажены катушки обмотки возбуждения, соединенные последовательно между собой.

Обычно запуск синхронного двигателя с пусковой обмоткой производят в асинхронном режиме. Если обмотка возбуждения синхронного двигателя глухо соединена с возбудителем, то промежуточный аппарат для подачи возбуждения не требуется; машина входит в синхронизм, будучи возбужденной от постоянно подключенного возбудителя к обмотке возбуждения.

Однако есть схемы, особенно крупных машин, когда возбуждение подается от отдельно установленного возбудителя через коммутирующий аппарат-контактор, обычно трехполюсный. Такой контактор имеет следующую кинематику: два полюса с нормально открытыми контактами, а третий — с нормально закрытым контактом. Нормально закрытый контакт при включении контактора размыкается лишь тогда, когда замыкаются контакты нормально открытые, и наоборот, разомкнутся они тогда, когда замкнется нормально закрытый контакт. Во время регулировки контактов следует строго соблюдать порядок их замыкания и размыкания.

Такие требования к контактору подачи возбуждения вызваны тем, что если при пуске двигателя нормально открытый контакт контактора, через который обмотка возбуждения замкнута на сопротивление, окажется разомкнутым, изоляция катушек будет повреждена на корпус. Объясняется это следующим образом.

В момент включения ротор неподвижен и машина представляет собой трансформатор, вторичной обмоткой которого является обмотка возбуждения, на концах которой напряжение, пропорциональное числу витков, может достигнуть нескольких тысяч вольт и пробить изоляцию на корпус. В этом случае машину разбирают.

Если синхронный двигатель выполнен с удлиненным валом, статор сдвигают, поврежденный полюс снимают и ремонтируют поврежденную корпусную изоляцию. Затем полюс устанавливают на место, после чего проверяют мегомметром сопротивление изоляции относительно корпуса; отсутствие виткового замыкания остальной части обмотки возбуждения подачей переменного напряжения на контактные кольца. В случае возникновения виткового замыкания эта часть обмотки будет греться. Место замыкания можно легко обнаружить.

Неисправности в щеточном аппарате и контактных кольцах. В процессе эксплуатации синхронных двигателей в щеточном аппарате и контактных кольцах по различным причинам возникают неисправности. Основные из них следующие.

Интенсивный износ кольца на отрицательном полюсе объясняется переносом частиц металла на щетку. При износе контактного кольца на его поверхности появляются глубокие борозды щетки быстро изнашиваются; при замене новую щетку правильно по кольцу подогнать невозможно. Для ограничения износа кольца следует изменять полярность (т. е. менять местами подключение кабеля к траверсе щеткодержателя) с периодичностью один раз в 3 мес.

В результате электрохимических явлений под действием тока от гальванической пары при контакте щетки с неподвижным кольцом во влажной атмосфере на поверхности колец появляются шероховатые пятна, вследствие чего во время работы машины щетки интенсивно срабатываются и искрят. Способ устранения: кольца прошлифовать и отполировать.

Во избежание в дальнейшем появления пятен на поверхности колец, под щетки заводят (при длительной стоянке машины) прокладку из прессшпана.

При проверке щеточного аппарата выясняется, что часть щеток в обоймах щеткодержателей туго ходит, не касаясь контактных колец, и в работе не участвует. Оставшиеся в работе щетки, будучи перегружены, искрят и греются, т. е. интенсивно изнашиваются. Возможной причиной может быть следующее: щетки установлены в обоймы щеткодержателей плотно, без допусков; грязь, расклинивающая щетки, из-за чего они зависают в обоймах; слабое нажатие на щетки; плохая вентиляция щеточного аппарата; установлены щетки с высокой твердостью и большим коэффициентом трения.

Способы устранения: щетки должны соответствовать рекомендациям завода — изготовителя машины; новые щетки должны входить в обойму щеткодержателей с зазором 0,15—0,3 мм; давление на щетку регулируют в пределах 0,0175—0,02МПа/см2 (175—200 г/см2) с допустимой разницей давлений в пределах 10%; щеточный аппарат, изоляцию колец следует содержать в чистоте, периодически продувая сухим компрессорным воздухом; допустимое биение поверхности контактных колец должно быть в пределах 0,03—0,05 мм.

Неисправности в пусковой клетке ротора.

Пусковая клетка (обмотка) ротора (аналогичная беличьей клетке асинхронных двигателей) является неотъемлемой частью синхронных двигателей и предназначена для пуска их в асинхронном режиме.

Пусковая клетка находится в тяжелом пусковом режиме, нагреваясь до температуры 250 °С. При достижении частоты вращения 95 % пн в обмотку возбуждения подается постоянный ток, ротор полностью входит в синхронизм с вращающимся полом статора и частотой сети. В этом случае в пусковой клетке ток снижается до 0. Таким образом, за время разгона ротора синхронного двигателя в пусковой клетке, кроме указанной выше температуры, возникают электродинамические, а также центробежные силы, деформирующие стержни клетки и их соединения с короткозамкнутыми кольцами.

В ряде случаев при внимательном осмотре пусковых клеток обнаруживаются обрывы стержней, полные или начинающиеся, разрушение короткозамыкающих колец. Такие повреждения пусковой клетки отрицательно сказываются на пуске двигателя, который либо совсем невозможно пустить, либо он не разворачивается до номинальных оборотов. При этом сила тока во всех трех фазах одинакова.

Возникшие в пусковой клетке неисправности устраняют запайкой твердым припоем. Все места, подлежащие запайке, следует тщательно осмотреть, с противоположной стороны соединительной шины, проверить качество пайки стержней с помощью зеркала. Затем все повреждения тщательно расчистить и запаять.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Работа синхронного генератора под нагрузкой

§ 102. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ

Если синхронный генератор не нагружен, т. е. работает вхоло­стую, то тока в обмотках статора нет. Магнитный поток полюсов, созданный током возбуждения, индуктирует в трехфазной обмотке статора э. д. с.

При нагрузке генератора в обмотке статора протекает ток. При симметричной нагрузке токи в фазах обмотки статора равны и сдвинуты на 1/3 периода. Токи статора создают вращающееся маг­нитное поле, скорость вращения которого

т. е. магнитное поле, созданное токами в обмотке статора, вращает­ся синхронно с магнитным полем полюсов.

В обмотке статора синхронного генератора создается э.д. с, величина которой зависит от магнитного потока полюсов. Если магнитный поток полюсов очень мал, то и э.д. с также мала. При увеличении магнитного потока возрастает и э. д. с. машины. Таким образом, при постоянной скорости вращения ротора э.д.с. пропор­циональна магнитному потоку, который возбуждается постоянным током, протекающим по проводникам обмотки возбуждения. Если повысить ток в обмотке возбуждения, то возрастет и магнит­ный поток полюсов, что вызовет увеличение э. д. с. машины. Следо­вательно, изменение тока в обмотке возбуждения вызывает соот­ветствующее изменение э. д. с. машины и позволяет регулировать напряжение на зажимах генератора.

Если синхронный генератор не нагружен (работает вхолостую), то тока в обмотках статора нет и напряжение на зажимах генера­тора равно э.д.с, индуктированной в обмотке статора.

При нагрузке генератора ток в обмотке статора не равен нулю и, следовательно, напряжение на зажимах генератора не равно э.д. с, так как в сопротивлении (активном и реактивном) обмотки статора возникает падение напряжения. Кроме того, токи, проте­кающие по обмоткам статора’, создают поток реакции якоря, кото­рый воздействует на поток полюсов, так что при нагрузке магнит­ный поток не будет равен магнитному потоку полюсов при холостой Работе генератора. Поэтому изменение нагрузки, т. е. тока в статоре генератора, будет вызывать изменение напряжения на зажимах генератора в случае, если ток в обмотке возбуждения остается неизменным.

На рис. 128 изображены внешние характеристики синхронного генератора при активной и реактивной нагрузках. Эти характеристики показывают зависимость напряжения на зажимах генерал тора от тока нагрузки при неизменных скорости вращения ротора и токе возбуждения. Различный вид этих характеристик при активной, индуктивной и емкостной нагрузках объясняется не одинаковым воздействием поля реакции якоря на магнитный поток полюсов.

Любой приемник электрической энергии требует постоянства напряжения сети. Чтобы обеспечить постоянное напряжение сети при изменении нагрузки в синхронном генераторе, изменяют и ток возбуждения.

Зависимость, показывающая, каким образом необходимо изме­нить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы при изменении нагрузки генератора напряжение на его зажимах оставалось неиз­менным, называется регулировочной характеристикой (рис. 129), При активной нагрузке увеличение тока в статоре вызывает незна­чительное понижение напряжения, так как реакция якоря незначи­тельно уменьшает магнитный поток. При этой нагрузке требуется незначительно увеличить ток возбуждения для обеспечения по­стоянства напряжения. При индуктивной нагрузке создается про­дольное размагничивающее поле реакции якоря, уменьшающее поток полюсов. Поэтому, чтобы создать постоянство напряжения (т. е. для постоянства результирующего магнитного потока), необ­ходимо более значительно увеличить ток возбуждения для компен­сации размагничивающего поля реакции якоря. При емкостной нагрузке происходит усиление магнитного поля и для постоянства напряжения необходимо уменьшить ток возбуждения при увеличе­нии тока в статоре.

Наиболее часто синхронные генераторы работают на общую мощную сеть электростанции или энергосистемы. Напряжение такой сети Uc частота тока в ней неизменны. Напряжение на зажи­мах генератора равно и противоположно напряжению сети Uг= —Uс.

Результирующее магнитное поле Ф_Р статора, вращающееся с числом оборотов в пространстве, опережает напряжение Uг на 90° (рис. 130).

При неизменном напряжении сети U_С амплитуда магнитного потока Фр результирующего магнитного поля ста­тора также неизменна. При активной нагрузке генератора ток статора сов­падает по фазе с напряжением Uг. По­ток реакции якоря Фя совпадает по фазе с током I, так что вектор тока в статоре I в другом масштабе определит вектор Фя. Результирующий магнит­ный поток создается действием потока полюсов Фт и потока реакции якоря Фя и может быть представлен геометриче­ской суммой этих магнитных потоков.

Изменение тока возбуждения гене­ратора не вызывает изменения его активной мощности, так как мощность, потребляемая им от первичного двигателя, остается неизменной (вращающий момент первичного двигателя и скорость вращения постоянны). Поэтому актив­ная составляющая тока статора постоянна и конец вектора I (Фя) находится на прямой АВ, параллельной горизонтальной оси. Если увеличить ток возбуждения, то увеличится поток полюсов Ф’т, вектор которого находится между прямой АВ и концом неиз­менного вектора Фр.

В этом случае изменится как по величине, так и по направле­нию вектор I ‘ и Ф’я, т. е. ток окажется отстающим по фазе от на­пряжения генератора.

При уменьшении тока возбуждения уменьшится также и потом полюсов Ф»т, что приведет к изменению тока в статоре I»(Ф»я) как по величине, так и по фазе. Таким образом, изменение тока возбуждения генератора, работающего на мощную сеть, вызывает изменение реактивной составляющей тока в статоре, т. е. изменяем реактивную мощность, вырабатываемую генератором.

Для изменения активной мощности необходимо изменить вращающий момент первичного двигателя, приводящего во вращение ротор синхронного генератора. Под действием вращающего момента первичного двигателя М1 ротор машины с помещенными на ней полюсами приводится во вращение с числом оборотов в минуту n. Результирующее поле статора вращается в том же направлении с числом оборотов n1 =n (рис. 131, а). Следовательно, поле полюсов и результирующее поле статора вращаются синхронно, оставаясь неподвижными друг относительно друга, и между этими полями устанавливается взаимодействие. Магнитные линии, растягиваясь стремятся приблизить поле ротора к полю статора, создавая электромагнитный тормозной момент Мэ, уравновешивающий момент первичного двигателя.

При равновесии момент М1=М_Э угол между осями магнитных полей в остается неизменным.

Если увеличить момент первичного двигателя М’₁ (рис. 131, б), то он окажется больше тормозного, и ротор, получив некоторое ускорение, начнет перемещаться относительно поля статора, вращающегося с постоянной скоростью (частота тока сети постоянна). При этом угол между осями магнитных полей ротора и статора 61 увеличится, и магнитные линии, растягиваясь в боль­шей степени, увеличат тормозной электромагнитный момент М’э так, что вновь восстановится равновесие моментов, т. е. М1 = Мэ. Для включения генератора в сеть необходимо:

1) одинаковое чередование фаз в сети и генераторе;

2) равенство напряжения сети и э. д. с. генератора;

3) равенство частот э. д. с. генератора и тока сети;

4) включать генератор в тот момент, когда э.д.с. генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.

Невыполнение этих условий ведет к тому, что в момент вклю­чения генератора в сеть возникают токи, которые могут оказаться большими и опасными для генератора. При включении генерато­ров в сеть используют специальные устройства — синхроноскопы. Простейшим синхроноскопом являются три лампы накаливания, включаемые между зажимами генератора и сети. Лампы должны быть рассчитаны на двойное напряжение сети и до включения гене­ратора будут одновременно загораться и погасать.

В момент, когда э.д. с. генератора равна и направлена встреч­но напряжению сети, лампы погаснут, так как напряжение на лам­пе равно нулю. При погасании ламп замыканием рубильника ге­нератор включается в сеть.

До включения генератора в сеть э.д.с. его измеряется вольт­метром и регулированием тока возбуждения устанавливается рав­ной напряжению сети. Частота э.д.с. генератора регулируется из­менением скорости вращения первичного двигателя.

Источник