Воздушные зазоры у электрических машин
Замеры воздушных зазоров у электрических машин постоянного тока и у синхронных машин с явно выраженными полюсами производятся под каждым полюсом против середины башмака; у асинхронных машин и у синхронных машин с неявно выраженными полюсами при небольших диаметрах ротора (до 500—600 мм) — в четырех диаметрально противоположных точках, при больших диаметрах ротора — в восьми точках.
При измерении воздушных зазоров проверяют биение ротора и эллипсность статора. Воздушные зазоры проверяют щупом с обеих сторон под одной из размеченных точек ротора при постоянном его повороте в размеченных точках статора (метод обхода одной точкой ротора). Установив оптимальное положение статора, замеряют воздушные зазоры под одной точкой статора всех размеченных точек ротора (определяют биение ротора). Результирующие воздушные зазоры должны быть в пределах, определяемых в таблице.
Тип электрической машины
Допуски значений воздушных зазоров
Машины постоянного тока
Воздушные зазоры, замеренные под серединами главных полюсов:
при зазорах 3 мм и ниже и петлевой обмотке якоря могут отличаться от среднеарифметического всех зазоров не более чем на 10%;
при зазорах выше 3 мм — не более чем на 5%;
при волновой обмотке эти допуски могут быть увеличены в 2 раза.
Воздушные зазоры, замеренные под серединами добавочных полюсов, могут отличаться
от среднеарифметического всех зазоров не более чем на 5% во всех случаях
Неравномерность зазора между статором и
ротором не более 10%
Зазоры, замеренные против середины полюсов, могут отличаться от среднеарифметического всех зазоров не более чем на 10% для тихоходных машин и на 5% для быстроходных
Регулировка зазоров производится путем подбора соответствующих металлических прокладок под лапы станин статора и разворота его в поперечном направлении относительно продольной оси.
В последнее время нашли применение электрические машины, у которых магнитное поле ротора создается обмотками возбуждения, находящимися на статоре (например, генераторы повышенной частоты). Воздушный зазор у таких машин очень мал (0,9—1,5 мм) при очень больших магнитных силах притяжения, возникающих при нарушении равномерности воздушных зазоров по окружности статора.
Устройство для измерения и контроля зазора таких машин состоит из специальных измерительных катушек, заложенных в пазы статора в диаметрально противоположных точках, и измерительного прибора. При работе генератора в катушках наводятся э. д. с, значения которых пропорциональны воздушному зазору в измеряемой точке. Сравнивая э. д. с, можно с достаточной точностью судить о равномерности воздушных зазоров. При пуске генератора, до того как нагрузить его, необходимо проверить равномерность воздушного зазора при токе возбуждения, равном 0,5 номинального.
Рис. 1. Выверка положения магнитных осей статора и ротора.
1 — статор; 2 — ротор; а1 , а2 — величина несовпадения железа ротора и статора.
Величина эксцентриситета ротора, задается предприятием-изготовителем для еще не работавших машин в период начального пуска, и предельное его значение во время эксплуатации, где U1 и U2 — э. д. с. в диаметрально противоположных точках. В период монтажа, до пуска машин, эксцентриситет ротора измеряется подачей возбуждения и замером наводимой э. д. с. в измерительных катушках в переходном режиме (во время включения или отключения возбуждения) милливеберметром Ml 119 или измерением магнитного поля в воздушном зазоре при помощи тесламетра Ф3354/1. Эксцентриситет подсчитывается по той же формуле и должен быть в пределах, указанных предприятием-изготовителем.
При регулировке воздушных зазоров одновременно нужно проверить положение активной стали ротора относительно активной стали статора, как показано на рис. 1.
Источник
Контроль воздушного зазора
Воздушный зазор – зазор между статором и ротором (индуктором и якорем) играет важную роль в электрических машинах. Его величина и равномерность распределения по расточке статора оказывают большое влияние на основные энергетические показатели машин и ряд других показателей, в том числе на вибрацию, шум, нагрев.
Изменение воздушного зазора вследствие эксплуатационного износа выражается в его равномерном или неравномерном увеличении по расточке статора в машинах переменного тока или под полюсами в машинах постоянного тока.
Повышенный воздушный зазор снижает коэффициент полезного действия машин, увеличивает ток холостого хода.
Неравномерность воздушного зазора вызывает искажение магнитного поля машины. В асинхронных электродвигателях в результате этого увеличивается вибрация и шум. В машинах постоянного тока, кроме того, может ухудшаться коммутация, что приводит к усилению искрения щеток. Особенно ощутимое влияние на качество коммутации имеет воздушный зазор между якорем и дополнительными полюсами. Кроме того, изменение воздушного зазора под этими полюсами влияет на величину тока в коммутирующей секции обмотки якоря. При увеличении этого тока обмотка якоря и щеточный аппарат перегреваются.
В судовых электрических машинах постоянного тока мощностью до 50 кВт величина воздушного зазора составляет от 0,7 до 3,0 мм; при большей мощности – до 10 мм. В синхронных генераторах его величина обычно от 3 до 15 мм, в асинхронных электродвигателях – от 0,25 до 1,5 мм.
Допустимые отклонения величин воздушных зазоров судовых электрических машин приведен в таблице 10.7 [12].
Таблица 10.7 — Допустимые отклонения величины воздушного зазора в судовых электрических машинах
| Вид электрической машины | Отклонение от номинального значения, не более |
| Генератор, двигатель постоянного тока | Под главными полюсами: для петлевой обмотки при зазорах 3мм и меньше – 10%; при зазорах свыше 3 мм – 5 мм; для волновой обмотки при зазорах 3 мм и меньше – 20%; при зазорах свыше 3 мм – 10% Под серединой дополнительных полюсов – 5% от среднего арифметического значения всех зазоров |
| Синхронный генератор | Для тихоходных – 10%, для быстроходных – 5%; Неравномерность зазора ( отношение разности наибольшего и наименьшего зазоров и наименьшему) – 10% |
Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют наименьший воздушный зазор по сравнению с машинами других видов. Поэтому даже небольшие по абсолютной величине изменения воздушного зазора оказывают существенное влияние на показатели этих машин. Повышение воздушного зазора асинхронных электродвигателей на каждый процент от номинальной величины вызывает увеличение тока холостого хода примерно на 0,6% и уменьшение коэффициента полезного действия на 0,3%. Измерение воздушного зазора в этих машинах требует высокой точности и составляет определенные трудности.
При отсутствии точных величин воздушного зазора асинхронных электродвигателей могут быть использованы ориентировочные данные таблицы 10.8 [10].
Вследствие малых величин воздушного зазора для асинхронных электродвигателей в некоторых случаях нормируется степень неравномерности воздушного зазора ε, которая определяется выражением:
где δmax, δmin – соответственно наибольшее и наименьшее значение зазора .
Таблица 10.8 — Допустимые значения воздушного зазора асинхронных
| Частота вращения электродвигателя об/мин | Воздушный зазор (мм) при мощности, кВт | ||||||||
| До 0,1 | До 0,2 | До 0,5 | До 10 | 10- | 20- | 50-100 | 100-200 | 200-300 | |
| До 1500 | 0,25 0,3 | 0,3 0,35 | 0,35 0,4 | 0,4 0,5 | 0,45 0,65 | 0,5 0,8 | 0,55 1,0 | 0,8 1,25 | 1,0 1,5 |
Проверка воздушного зазора электрических машин производится с помощью обычных пластинчатых шупов или специальных клиновых шупов (рисунок 10.37).
Для проверки воздушных зазоров, не превышающих 1 мм, применяются пластинчатые шупы с толщиной пластин от 0,03 до 1 мм и интервалом толщин 0,01 мм или больше в зависимости от номера набора пластин.
Шупы выпускаются промышленностью длиной 50, 100 и 200 мм. Регистрируемая величина измеряемого воздушного зазора соответствует толщине набора пластин шупа, который входит в воздушный зазор с некоторым усилием. Точность измерения воздушного зазора такими шупами составляет 0,01 мм.
Клиновые шупы применяются при проверке больших воздушных зазоров – в машинах постоянного тока и синхронных генераторах.
На поверхности острия клинового шупа (рисунок 10.37,а) нанесена шкала, по которой перемещается указатель делений. Острие шупа вводят в измеряемый воздушный зазор до упора и указатель перемещают по шкале до соприкосновения с торцевой поверхностью статора или ротора. Затем шуп, не изменяя положения указателя, вынимают из воздушного зазора и его измеренную величину считывают со шкалы против указателя. Точность измерения воздушного зазора такими шупами составляет 0,1мм.
Клиновые шупы с подвижным клином (рисунок 10.37,б) применяются при измерении зазоров величиной 10…20мм.
При проверке воздушного зазора машин, имеющих отверстия в корпусе и подшипниковых щитах, шуп вводится в воздушный зазор сквозь эти отверстия. При отсутствии таких отверстий величина воздушного зазора измеряется после снятия подшипниковых щитов. Для этого ротор ( якорь) опускают на поверхность расточки статора и измеряют в радиальном направлении расстояние между верхней точной точкой ротора (якоря) и поверхностью расточки статора. Затем ротор (якорь) поворачивают на 90° и измерение повторяют. Величину воздушного зазора рассчитывают как половину среднего значения измеренных таким образом величин.
При измерениях шуп должен вводиться в воздушный зазор параллельно оси машины и должен касаться поверхности статора (полюса) и ротора (якоря), не попадая на бандаж или в пазы сердечника.
Величину воздушного зазора в явнополюсных машинах проверяют под каждым полюсом, в неявнополюсных машинах в четырех-восьми точках. При небольшой длине сердечников ( до 300 мм) допускается измерять воздушный зазор с одного конца ротора (якоря), при большой длине эти измерения проводят с обоих концов.
При проверке воздушного зазора синхронных генераторов явнополюсного исполнения следует учитывать, что зазор под центром полюсного наконечника этих машин в 1,5…2 раза меньше, чем у краев. Такое выполнение полюсных наконечников обусловлено необходимостью обеспечения синусоидального распределения магнитной индукции в зазоре и, в конечном итоге, получения синусоидальной ЭДС в обмотке статора.
В машинах постоянного тока также предусмотрено некоторое увеличение воздушного зазора под краями главных полюсов. Это связано с необходимостью уменьшения искажения и ослабления магнитного поля машины действием реакции якоря.
В соответствии с рекомендациями предприятий-изготовителей проверка воздушного зазора электромашинных преобразователей, имеющих в своем составе, например, машины постоянного тока и синхронный генератор, производится следующим образом.
Для проверки зазора между статором и якорем выбирают на окружности статора произвольную точку, вводят шуп в зазор через окно щита и, проворачивая вручную якорь, измеряют величину зазора против указанной точки при разных положениях якоря.
Если результаты измерения будут отличаться друг от друга, то в положении якоря, при котором имеет место наименьший зазор, на поверхности якоря наносят метку, например мелом, против метки статора.
Затем измеряют зазор между статором и якорем в точке, соответствующей его метке, при четырех-шести различных положениях якоря. Углы поворота якоря при этой смене положений должны быть примерно одинаковыми.
Контрольная величина воздушного зазора определяется как среднее значение указанных измерений. Это величина не должна отличаться от номинальной, указываемой в ремонтной документации, более чем на 10%.
После этого проверяют зазор между полюсами и якорем. Для этого вводят шуп в люковое окно и, проворачивая вручную якорь, измеряют величину зазора между якорем и произвольно выбранным полюсом при нескольких положениях якоря. Так же, как и в предыдущем случае, на якоре наносят метку, соответствующую наименьшему результату измерений. Затем измеряют зазор между меткой якоря и каждым полюсом в двух-трех точках.
Контрольная величина воздушного зазора также определяется, как среднее значение указанных измерений, и не должна отличаться от номинальной более, чем на 10%.
Восстановление требуемых размеров воздушных зазоров в машинах постоянного тока производится установкой между станиной и сердечниками полюсов металлических прокладок.
В машинах с подшипниками скольжения изменение воздушного зазора может быть вызвано выработкой подшипниковых вкладышей. В этом случае производится замена вкладышей или их перезаливка .
Возможную причину изменения воздушного зазора асинхронных электродвигателей можно определить путем проведения повторных измерений зазора при нескольких положениях статора. Если измеренные величины зазора по окружности статора различаются между собой, но остаются неизменными при разных положениях ротора, то наиболее вероятными причинами изменения зазора являются повышенный износ подшипников, смещение подшипниковых щитов, деформация пакетов активного железа статора.
В том случае, если измеряемая величина зазора изменяется в зависимости от положения ротора, то причинами изменения воздушного зазора могут быть деформация ( искривление) вала ротора, деформация или повреждения пакетов его активного железа.
Для измерения осевого разбега ротора последний сдвигают в одну сторону до упора. С той же стороны крепят приспособление 2 (рисунок 10.38), на которое устанавливают индикатор 3 так, чтобы его наконечник упирался в торец 4 вала машины 1, а стрелка находилась против нулевого деления шкалы. Затем якорь смещают в сторону индикатора и по его показанию определяют значение осевого разбега, которое должно быть не менее 0,2 мм. Верхний предел разбега определяется конструкцией подшипника.
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .
Источник
Тема № 2. СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ
ЗАЗОРОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ
Цель работы– изучить способы измерения воздушных зазоров в электрических машинах.
Методические указания
При подготовке к практической работе необходимо предварительно познакомиться с конструкцией электрических машин.
Самостоятельно ознакомиться с теоретическими положениями, подготовить ответы на контрольные вопросы. Занятия проходят в интерактивной форме, а также могут проходить в виде устного опроса по теоретическим положениям.
Краткие теоретические сведения
Реальные асинхронные машины (АМ) обычно имеют неравномерный воздушный зазор в радиальном и осевом направлениях, что вызывается причинами технологического и эксплуатационного характера. Неравномерность воздушного зазора вызывается эксцентриситетом ротора относительно оси статора, эллиптичностью ротора, конусностью статора или ротора, несоосностью статора и ротора и рядом других причин. Наиболее часто неравномерность бывает обусловлена эксцентриситетом ротора. Эксцентриситет ротора может возникать из-за технологических неточностей в процессе изготовления машины, а также может являться следствием подработки подшипников в процессе эксплуатации. Согласно статистическим данным относительный эквивалентный эксцентриситет в асинхронных двигателях (АД) может составлять 0,1 – 0,8, а иногда доходить до 1 (задевание ротора о статор).
Наличие эксцентриситета в АМ оказывает негативное влияние на работу машины. Из-за эксцентриситета в воздушном зазоре машины появляются дополнительные гармоники магнитного поля, возникает сила одностороннего магнитного притяжения, действующая на ротор машины и приложенная в сторону минимального воздушного зазора, которая стремится увеличить эксцентриситет и значительно уменьшить критическую скорость вращения вала. При значительной величине эксцентриситета может произойти прилипание ротора к статору, вследствие чего пуск двигателя станет невозможен, кроме того, происходит увеличение потребляемой мощности и уменьшение КПД. Замеры воздушных зазоров у электрических машин постоянного тока и у синхронных машин с явно выраженными полюсами производятся под каждым полюсом против середины башмака; у асинхронных машин и у синхронных машин с неявно выраженными полюсами при небольших диаметрах ротора (до 500 – 600 мм) – в четырёх диаметрально противоположных точках, при больших диаметрах ротора – в восьми точках.
При измерении воздушных зазоров проверяют биение ротора и эллипсность статора. Воздушные зазоры проверяют щупом с обеих сторон под одной из размеченных точек ротора при постоянном его повороте в размеченных точках статора (метод обхода одной точкой ротора).
Измерительный щуп – инструмент для измерения очень малых расстояний контактным способом, представляющий собой набор тонких металлических пластинок различной толщины с нанесённым на них размером (толщина пластинки). В зазор вводят пластинки набора до тех пор, пока следующая по толщине пластинка не перестаёт помещаться в измеряемый зазор.
Установив оптимальное положение статора, замеряют воздушные зазоры под одной точкой статора всех размеченных точек ротора (определяют биение ротора). Результирующие воздушные зазоры должны быть в пределах, определяемых в таблице 2.1.
Эксцентрисите́т – показывает «степень вытянутости» эллипса (отношение разности большой и малой полуоси к их сумме) или, в технике, отклонение оси вращения ротора от его геометрического центра.
Величина эксцентриситета ротора и предельное его значение во время эксплуатации задаётся предприятием-изготовителем для ещё неработавших машин в период начального пуска. Эксцентриситет должен быть в пределах, указанных предприятием-изготовителем.
Допустимые значения воздушных зазоров
в электрических машинах
| Тип электрической машины | Допуски значений воздушных зазоров |
| Машины постоянного тока | Воздушные зазоры, замеренные под серединами главных полюсов: – при зазорах 3 мм и ниже и петлевой обмотке якоря могут отличаться от среднеарифметического значения всех зазоров не более чем на 10 %; – при зазорах выше 3 мм – не более чем на 5 %. |
| При волновой обмотке эти допуски могут быть увеличены в 2 раза. | |
| Воздушные зазоры, замеренные под серединами добавочных полюсов, могут отличаться от среднеарифметического значения всех зазоров не более чем на 5 % во всех случаях. | |
| Асинхронные машины | Неравномерность зазора между статором и ротором не более 10 %. |
| Синхронные машины | Зазоры, замеренные против середины полюсов, могут отличаться от среднеарифметического значения всех зазоров не более чем на 10 % для тихоходных машин и на 5 % для быстроходных. |
Для замера воздушных зазоров электрических машин применяют наборы щупов из пластин толщиной от 0,1 до 3 мм, шириной от 6 до 13 мм. Длина таких пластин составляет 350 – 600 мм. Для замера больших воздушных зазоров применяют специальные клиновые щупы. Такие щупы могут обеспечить измерение с точностью до 0,1 мм в пределах от 0,5 до 15 мм.
Кроме замера воздушных зазоров щупами применяется электромагнитный способ замера воздушных зазоров.
Существует универсальный способ контроля неравномерности воздушного зазора в электрических машинах любых габаритов и типов: постоянного тока, асинхронных, линейных двигателей и т.д., а также получение подробной картины геометрии воздушного зазора магнитопровода. В предлагаемом способе произвольно выбирают две базы, относительно которых производят измерения: одну на подвижной массе-роторе испытуемой электрической машины, другую на неподвижной массе-статоре. На выбранных базах устанавливают измерители электромагнитного поля.
На одну из фаз машины переменного тока подают регулируемое постоянное напряжение. Устанавливают ток порядка 0,5 от его номинального значения, этим обеспечивают линейную зависимость выходного сигнала от изменения воздушного зазора, то есть создают такую напряжённость магнитного поля в магнитопроводе, которая находится на линейном участке кривой намагничивания данной магнитной цепи. Приводят во вращение подвижную массу испытуемой электрической машины и измеряют одновременно сигналы с измерителей электромагнитного поля, расположенных на подвижной и неподвижной массах электрической машины. По сопоставлению сигналов, снятых с измерителей, расположенных на подвижной и неподвижной массах, судят о величине и характере неравномерности, а именно: эксцентриситете, вызванном несоосностью оси вращения ротора по отношению к оси расточки статора; эксцентриситете, эллипсности и биении поверхности железа ротора по отношению к оси вращения.
Датчик Холла — датчик магнитного поля. Аналоговые датчики Холла – преобразуют индукцию поля в напряжение. Величина, показанная датчиком, зависит от полярности поля и его силы.
Регулировка зазоров производится путём подбора соответствующих металлических прокладок под лапы станин статора и разворота его в поперечном направлении относительно продольной оси.
Порядок выполнения
Определить зазоры в асинхронном двигателе. Рассчитать эксцентриситет ротора.
Контрольные вопросы
1. Для чего производят замеры воздушных зазоров в электрических машинах?
2. Какие причины могут влиять на неравномерность воздушных зазоров?
3. Какие параметры измеряют при измерении воздушных зазоров?
4. Какие существуют способы измерения воздушных зазоров?
5. Какие приборы используют при измерении зазоров в электрических машинах способом измерения электромагнитного поля?
6. Какие недостатки в способе измерения зазоров контактным способом?
7. При каком способе измерений зазоров снимается полная картина профиля железа подвижных и неподвижных масс машины и выясняется характер неравномерности?
8. Что измеряет датчик Холла?
9. Что такое эксцентриситет ротора?
10. Как регулировать зазоры в электрических машинах?
Список использованной литературы
1. Полуянович, Н. К. Монтаж, наладка, эксплуатация и ремонт систем электроснабжения промышленных предприятий: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности 140610 направления подготовки 140600 – «Электротехника, электромеханика и электротехнологии». – СПб.: Лань, 2012. – 400 с.
2. Михеев, Г. М. Электростанции и электрические сети: диагностика и контроль электрооборудования. – Москва: Додэка-XXI, 2010. – 224 с.
Источник