Проверка и испытание узлов электрических машин перед ремонтом и в процессе ремонта.
Для различных видов ремонта объем и порядок проверок и испытаний различны. При дефектации, чтобы определить объем ремонта и качество его выполнения, у электрических машин тепловозов и их узлов проверяют омическое сопротивление, сопротивление изоляции, отсутствие межвитковых замыканий, электрическую прочность изоляции обмотки, плотность контактов и целостность межкатушечных соединений главных и дополнительных полюсов, установку щеток по нейтрали и зазоров под полюсами.
Омическое сопротивление проверяют методом амперметра-вольтметр а или универсальным двойным мостом сопротивления МД6. В последнем случае к зажимам прибора присоединяют концы обмотки и после уравновешивания моста общее сопротивление обмотки
где R1, R2, R3 и — сопротивления плеч моста;
Rн — сопротивление образца.
Сопротивление обмотки Rх пересчитывают для температуры, указанной заводом-изготовителем или установленной Правилами ремонта (+15° С); для меди
где R15 — сопротивление при 15° С;
tx — температура, при которой проводились замеры.
У якоря сопротивление обмотки проверяют, присоединяя проводники от прибора к коллекторным пластинам, сообразуясь с типом обмотки. Сопротивление измеряют 3 раза и определяют среднюю величину, которая не должна отклоняться более чем на ±10% от номинального значения.
При определении сопротивления по методу амперметра-вольтметра через обмотку пропускают ток и по падению напряжения подсчитывают по закону Ома величину сопротивления, а затем пересчитывают ее для 15° С.
Сопротивление изоляции относительно корпуса измеряют мегомметрами типов Ml 101 и Ml 102 или универсальным мегомметром М4121 с питанием от сухих элементов.
Корпус машины присоединяют к клемме прибора 3 (земля), а токопроводящие части — к клемме Л. Нулевое показание стрелки указывает на пробой изоляции или механическое повреждение с замыканием на корпус. По ГОСТ 183—66 сопротивление изоляции r обмоток (в Мом) относительно корпуса должно быть не ниже значения, получаемого по формуле
где U — номинальное напряжение обмотки машины, в;
Р — номинальная мощность машины, ква.
Исходя из условий работы деталей электрических машин, устанавливают определенную норму величины сопротивления. Так, например, для тяговых электродвигателей и генераторов сопротивление изоляции должно быть не ниже 3 Мом (для горячего состояния).
Рис. 182. Схема испытания на межвитковое замыкание обмотки и соединения коллекторных пластин методом падения напряжения:
1 — коллектор; 2 — щетка; 3 — скоба; 4— щуп; 5 — милливольтметр; 6 — сопротивление; 7 — аккумуляторная батарея; 8 — киперная лента
Испытание обмоток якоря на межвитковое замыкание, проверку качества пайки концов обмотки к коллекторным пластинам и исправности уравнительных соединений производят методом милливольтметра (падения напряжения). От аккумуляторной батареи 7 (рис. 182) через сопротивление 6 на щетки 2$ к пластинам коллектора (для простых обмоток) подают ток 10—15 а. Щетки прибора соединены между собой скобой 5, сделанной из изоляционного материала. К двум смежным пластинам поочередно прикладывают щупы 4, соединенные с милливольтметром 5. Один из щупов пружинный, при помощи которого включают ток во время очередного отсчета. Если показания милливольтметра отличаются друг от друга не более чем на 20% от среднего значения, то это служит признаком исправности обмотки и отсутствия соединения коллекторных пластин. Если милливольтметр не даст показаний, то это указывает на короткое замыкание концов секции или пластин коллектора. Если отклонение стрелки незначительно, то это является признаком межвиткового замыкания; большое отклонение стрелки указывает на плохую пайку в петушках коллектора или излом секции. При обрыве секции милливольтметр попадает под полное испытательное напряжение, поэтому в данном случае его отключают.
Катушки полюсов на отсутствие межвиткового замыкания проверяют при помощи трансформатора с П-образной магнитной системой, имеющей первичную обмотку, питаемую напряжением 220 в, и две одинаковые вторичные обмотки. Во вторичных обмотках индуктируются э. д. с., направленные навстречу друг другу, и поэтому ток в них отсутствует, что можно установить по миллиамперметру. На один из стержней магнитной системы надевают испытываемую катушку. Если она имеет короткозамкнутые витки, то равновесие во вторичных обмотках нарушится и в них появляется ток, наличие которого фиксируется показанием миллиамперметра.
Для проверки на отсутствие пробоя и межвиткового замыкания применяют импульсную установку ИУ-57 системы ЦНИИ МПС, состоящую из пульта управления и стойки для якорей с коммутатором. Внутри пульта размещены импульсный генератор, высоковольтный трансформатор, регулируемый автотрансформатор, вольтметр и понижающий трансформатор, питающий канал тиратронов генератора. В качестве индикатора используется электроннолучевая трубка.
Проверку ведут по схеме, представленной на рис. 183. На коллектор испытуемого якоря опускают три подвижных электрода, смонтированных на стойке-дуге. Два крайних электрода 1 и 5 расположены симметрично относительно среднего электрода 4. При испытании каждый электрод касается только одной коллекторной пластины. Якорная обмотка при таком методе представляет собой мост, состоящий из четырех ветвей. В одну диагональ моста включен импульсный генератор 5, а в другую — индикатор 2. При исправной обмотке на экране появляется прямая линия (рис. 183, в). При замыкании равновесие моста нарушается, возникает разность потенциалов в диагонали моста, а на экране появляется характерная кривая (рис. 183, г). Поворачивая якорь, проверяют всю обмотку. Для обнаружения замкнутого витка используют стержень (отвертку) с изолированной ручкой, замыкая ею последовательно коллекторные пластины. При замыкании отверткой уже замкнутого витка форма кривой на экране электроннолучевой трубки не изменяется.
Расположение электродов относительно коллектора зависит от типа обмотки и подбирается для каждого якоря. Так, для тяговых электродвигателей ЭДТ-200, имеющих простую петлевую обмотку с уравнительными соединениями, наиболее удобными для установки крайних электродов, являются седьмые пластины, считая первой расположенную под средним электродом (схема 1- 7-13). Для главных генераторов МПТ-99/47, имеющих лягушечью обмотку, применяют схему 1-33-65.
Нормы электрической прочности изоляции отдельных частей электрических машин различны и регламентируются ГОСТ 183—66 и Правилами ремонта, которыми предусматривается испытательное напряжение при частичной и полной смене изоляции. Испытания проводят высоким напряжением промышленной частоты в течение 1 мин.
Рис. 183. Схема испытания якорей при помощи импульсной установки ИУ-57:
а и б: 1, 4 и 5 — электроды; 2 — индикатор; 3 — импульсный генератор; 6 — вал якоря; в и а — формы изображений на экране индикатора
Рис. 184. Электрическая схема для испытания электрической прочности изоляции:
1 — предохранитель; 2 — выключатель; 3 — автоматический выключатель; 4 — дверной контакт (блокировка безопасности); 5 —сигнальная лампа (красная);
6 — автотрансформатор; 7 — вольтметр; 8 — трансформатор; 9 —щупы
Так, например, для секций обмоток якоря главных генераторов тепловозов мощностью 3 000 л. с. испытательное напряжение на межвитковое замыкание должно быть 1 000 в в течение 2—3 сек и на корпусное замыкание 4 000 в в течение 1 мин. Отремонтированный коллектор до насадки испытывают напряжением 3 300 в, а при новой изоляции — 4 400 в, межламельную изоляцию испытывают на 220 в. Отремонтированный якорь испытывают на 2 200 в, а при новой изоляции коллектора и обмотки — 2 900 в. Для якорей двухмашинных агрегатов перед сборкой установлена норма 1,4 и 1,8 кв и т. д.
Для испытания электрической прочности изоляции (на пробой) высоким напряжением промышленной частоты (практически синусоидальное) можно использовать схему, представленную на рис. 184. Испытательное напряжение регулируют автотрансформатором 6. Испытуемое изделие укладывают в изолированное помещение, снабженное дверным контактом 4, который разъединяется при открывании двери. Испытание на электрическую прочность начинают с напряжения, равного 1/3 испытательного. Затем его постепенно увеличивают до полного, причем повышение напряжения с половинного значения до полного продолжается не менее 10 сек. По истечении 1 мин напряжение постепенно снижают до нуля и ток выключают. Если испытуемое изделие не выдерживает испытания, то его ремонтируют. В условиях депо используют передвижную пробивную установку на 12 кв (тип А540).
Плотность контактов межкатушечных соединений проверяют, пропуская ток по цепи, и по степени нагрева судят о качестве соединения. Нарушение плотности контактов может быть найдено также путем измерения омического сопротивления цепи. Конкретное место ослабления соединения или обрыв могут быть обнаружены импульсным прибором типа СМ. Если соединения двух катушек исправны, то на экране индикатора появляется одна линия, а если имеет место обрыв или слабый контакт, то на экране появляются две линии.
В случае замены узлов проверяют положение щеток относительно нейтрали. Существует несколько методов таких проверок: индукционный, максимального напряжения и максимальных оборотов. Наиболее распространенный — индукционный — заключается в следующем. Через обмотку возбуждения 2 неподвижной собранной машины 1 (рис. 185) пропускают ток. Затем периодически через 5—10 сек включают и выключают выключатель 4. По отклонениям стрелки милливольтметра 6 в пределах 2—3 мв судят о правильном расположении щеток относительно нейтрали. При большей величине отклонения у главных генераторов поворачивают подшипниковый щит, а у других машин — траверсу щеткодержателей на величину, при которой отклонение стрелки милливольтметра будет в пределах 2—3 мв. У тяговых электродвигателей при отклонениях более нормы меняют якорь, так как щеткодержатели не могут передвигаться относительно коллектора. При таком методе испытаний в цепи возбуждения устанавливают ток, равный 1—5% номинального тока возбуждения для главных генераторов. Это будет ток 2—3 а, тяговых электродвигателей — 20—25 а и у двухмашинных агрегатов — 5—10 а. Второй и третий методы применяют для машин с поворачивающейся траверсой. При методе максимального напряжения на работающей машине траверсу поворачивают до положения, когда напряжение будет наибольшим. При третьем методе — максимальных оборотов — траверсу устанавливают в положение, когда число оборотов якоря в обоих направлениях вращения будет одинаковым.
Рис. 185. Схема для установки щеток на нейтраль индукционным методом:
1 — якорь испытуемой машины; 2 — обмотка возбуждения; 3 — амперметр; 4— выключатель; 5 — реостат; 6 — милливольтметр
Проверку зазоров под полюсами ведут после сборки электрической машины при помощи набора щупов длиной 400—500 мм, шириной 8—10 мм. Толщина щупов различна — от 0,2 до 15 мм. Величину зазора до нормы доводят при помощи прокладок, устанавливаемых между сердечниками полюсов и остовом или станиной.
Испытания электрических машин в сборе после их ремонта. Стендовые испытания.
Программы испытаний в депо при деповском ремонте и на заводах при заводском ремонте собранных машин различны. Общими являются проверки: омического сопротивления обмотки в холодном состоянии, машин на холостом ходу, коммутации у главных генераторов и двухмашинных агрегатов и прочности бандажей при их смене. При испытании на холостом ходу проверяют правильность сборки и степень нагрева подшипников. Одновременно прирабатывают щетки к коллектору. Температура подшипников,измеряемая термометром, должна быть у тяговых электродвигателей не выше 55° С, а у остальных машин 45° С (ГОСТ 2582—66).
Тяговые электродвигатели проверяют на холостом ходу при напряжении 100—250 в в течение 30—40 мин при 400 об/мин и 1 ч при 1 900 об/мин без подачи охлаждающего воздуха. Проверку генераторов на холостом ходу выполняют при деповском ремонте на тепловозе, а в условиях завода — на стенде.
Двухмашинные агрегаты проверяют на холостом ходу в течение 20 мин при 350 об/мин. При испытании ток возбуждения вспомогательного генератора (ВГТ-275/150) должен быть не более 6,5 а, а напряжение — не более 40 в.
Контрольные испытания электрических машин на стенде при заводском ремонте проводят по следующей программе: а) испытание на нагревание; б) снятие скоростной характеристики в обоих направлениях вращения тяговых электродвигателей и характеристики холостого хода у генераторов и возбудителей; в) испытание на повышенной скорости вращения; г) проверка коммутации.
Тяговые электродвигатели и генераторы испытывают на стенде по методу возвратной работы. Принципиальная электрическая схема такого стенда для испытания тяговых электродвигателей представлена на рис. 186. Валы двух тяговых электродвигателей ИГ (генератор) и ИД (электродвигатель) соединяют между собой муфтой. Для покрытия магнитных и механических потерь в цепь включают линейный генератор Ι-Γ2, приводимый во вращение асинхронным электродвигателем 1-АД2. Для покрытия потерь в меди в схеме предусмотрен генератор 1-Г1 (вольтодобавочная машина) с электродвигателем 1-АД1. Для переключения машины и измерения величины сопротивления, тока и напряжения стенд оборудован соответствующей аппаратурой и приборами.
Рис. 186. Схема испытания тяговых электродвигателей методом возвратной работы: ЯД, ИГ — испытуемые тяговые электродвигатели; 1-MC1, 1МС-2 — магнитные станции управления; 1-Γ1, 1-Г2 — генераторы постоянного тока; 1-АД1, 1-АД2 — асинхронные электродвигатели; 1-ШР1, 1-ШР2 — реостаты возбуждения; Ш3Ш4 —шунты к амперметрам; А2, А5, А6 — милливольтметры постоянного тока переносные; 1—R1— сопротивление; V4, V6, V9, Vl0 — вольтметры постоянного тока переносные; А3, А4, А7— амперметры постоянного тока щитовые; V — вольтметры постоянного тока щитовые; 1-ΠΡ1, 1-ПР2 — предохранители; 1-ПВ1, 1-ΪΊΒ2—Пакетные выключатели; 1-ΠΚ1, 1-ПК2, 1-ПК3, 1-ПК4 — контакторы; 1-А1, 1-А2— автоматы воздушные; 1-РК1, 1-РК2 — реверсоры
Повышение температуры в обмотке, изготовленной из меди, при испытании на нагрев определяют методом сопротивления по формуле
где R2 — сопротивление обмотки в нагретом состоянии, ом;
Rх— сопротивление обмотки в практически холодном состоянии, ом;
ϑ2 — температура обмотки в практически холодном состоянии, °C;
ϑ0 — температура охлаждающей среды, °C.
Повышение температуры должно соответствовать ГОСТ 2582—66.
Тяговые электродвигатели испытывают на нагревание в течение 1 ч в обоих направлениях вращения по 30 мин часовым током без подачи вентиляционного воздуха при открытых люках, а главных генераторов — в течение 4 ч.
У генераторов с выносным вентилятором подается воздух для охлаждения. В данном случае, например, у генераторов тепловозов ТЭЗ ток устанавливается 2 460 а, а напряжение на коллекторе — 550 в при 850 об/мин. Вспомогательные генераторы и возбудители испытывают в течение 1 ч.
У тяговых электродвигателей проверяют скоростную характеристику при номинальном режиме в обоих направлениях вращения. Отклонение действительного числа оборотов от числа оборотов, соответствующего нормальной скоростной характеристике, допускается не более + 3%.
Рис. 187. Схема подключения источника тока для проверки коммутации генератора:
Г — проверяемый генератор; А — амперметр; ДП — дополнительный полюс; П — переключатель; — генератор для подпитки полюсов; Р — реостат; И —· источник питания постоянного тока
Характеристику холостого хода генераторов и возбудителей снимают при номинальном числе оборотов и напряжении от нуля до величины, указанной в паспорте машины.
Испытание машин на повышенную скорость вращения ведут в течение 2 мин при холостом ходе и при скорости вращения, превышающей на 20% гарантированную заводом-изготовителем максимальную скорость вращения. Электрические машины после этого не должны иметь повреждений и остаточных деформаций.
Проверка коммутации у тяговых электродвигателей осуществляется при каждом направлении вращения на двух режимах: при максимальном токе, оговоренном техническими условиями, и соответствующем этому току напряжении; при наибольшем ослаблении поля, максимальном эксплуатационном числе оборотов якоря и соответствующем этому режиму напряжении.
Так, например, первый режим у тяговых электродвигателей ЭДТ-200Б проводят при токе 1 300 а и напряжении 275 в, второй режим — при напряжении 410 в и скорости вращения 2 200 об/мин.
У тяговых электродвигателей ЭД-104, 105, 107 и 107а первый режим — 1 100 а и 300 в, а второй режим — 700 а и 480 в.
Степень искрения (класс коммутации), определяемая шкалой ГОСТ 183—66, у электрических машин тепловозов не должна превышать 11/2 (слабое искрение под большей частью щеток).
В случае повышенного искрения проверяют плотность прилегания щеток к коллектору, биение коллектора индикатором и правильность разбивки щеткодержателей. Проверку разбивки выполняют при помощи бумажной ленты, закладываемой под щетки. Расстояние между щетками определяют по оттиску на бумаге.
Разность расстояний между щетками соседних щеткодержателей допускают до 1 мм. Если проверка не покажет отклонений от нормы, то зону безыскровой работы определяют методом подпитки дополнительных полюсов от отдельных источников постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 187). Ток подпитки изменяют до тех пор, пока не исчезнет искрение. Если
искрение исчезнет при подпитке, то зазор между якорем и дополнительным полюсом уменьшают. Зазор определяют по формуле
где δ' — необходимый зазор (новый), мм;
δ — имеющийся зазор (старый), мм;
ΔΙ — ток отпитки или подпитки, а;
I — ток якоря, а;
θ — отношение ампер-витков
Величина θ у главных генераторов тепловозов ТЭЗ равна 1,293, а у типа ТЭ10 — 1,2903, у двухмашинных агрегатов — 1,545. Знак«+» в знаменателе берется, если направление тока подпитки совпадает с направлением тока возбуждения дополнительных полюсов. «Знак «—» берется, если искрение исчезает при отпитке. Зазор регулируют прокладками П-образной формы, закладываемыми между сердечниками полюсов и станиной.
На тепловозах без съемки генератора настройку коммутации ведут в режиме короткого замыкания. У тепловозов ТЭЗ контакты П1, П2, П3 соединяют с шунтом амперметра 104 перемычкой сечением 800 мм2. Изменяя ток в независимой обмотке возбуждения, устанавливают ток в якоре 2 460 а. При таком режиме определяют степень искрения и производят настройку. Окончательную проверку коммутации ведут при токе 4 000 а.
Метод подпитки может быть использован и для тяговых электродвигателей при проверке расположения нейтрали.
Охрана труда при испытании узлов электрических машин.
К работе, связанной с проверкой прочности изоляции, допускают лиц, прошедших проверку знаний правил технической эксплуатации, безопасности обслуживания и имеющих квалификационную группу на право работ в установках высокого напряжения. Число работающих на стендах должно быть не менее двух. Запрещается работнику, производящему испытание на стенде, заходить в зону установки высоковольтного оборудования и проводить в нем какие-либо переключения или работы. Работать на стендах разрешается только при наличии коврика, изолирующей подставки, диэлектрических перчаток и бот, имеющих клеймо с отметкой о периодической их проверке.
Дверь в отделение, где напряжение свыше 1 000 в, должна иметь электрическую блокировку, обеспечивающую снятие напряжения при открытии двери, и сигнальную лампу, светящуюся, если часть установки напряжением свыше 1 000 в находится под напряжением.