Усовершенствование технологии и технических средств послеремонтных испытаний тяговых двигателей ТЕ-022

1. Общая часть

1.1 Краткая характеристика трамвайного депо.

1.2 Основные характеристики трамвайного вагона Т-3.

1.3 Технические данные тягового двигателя ТЕ-022.

1.4 Методика приемо-сдаточных испытаний тяговых электрических двигателей и вспомогательных машин трамвая.

1.4.1 Программа приемо-сдаточных испытаний.

1.4.2 Подготовка к испытаниям.

1.4.3 Подготовка тяговых электрических двигателей к испытаниям.

1.4.4 Методика проведения приемо-сдаточных испытаний.

1.4.5 Техника безопасности при проведении испытаний.

2. Технологическая часть

2.1 Способы нагрузки испытуемых машин.

2.1.1 Непосредственная нагрузка двигателя.

2.1.2 Способы взаимной нагрузки.

2.1.3 Влияние напряжения вольтодобавочной машины на ток испытуемого двигателя.

2.2 Расчет мощности вольтодобавочной машины и линейного генератора.

3. Проектная часть

3.1 Стенд динамических испытаний двигателей ТЕ-022.

3.1.1 Назначение и состав.

3.1.2 Расчет мощности вольтодобавочной машины и линейного генератора при испытании ТЭД трамвая ТЕ-022 по методу взаимной нагрузки.

3.1.3 Выбор типа вольтодобавочного генератора и его приводного двигателя.

3.1.4 Расчет линейного генератора.

3.1.5 Выбор приводного двигателя линейного генератора.

3.1.6 Конструктивное исполнение стенда.

3.2 Стенд испытания электрической прочности изоляции обмоток двигателя ТЭД ТЕ-022.

3.2.1 Состав стенда.

3.2.2 Устройство стенда.

3.2.3 Расчет и выбор испытательного трансформатора Т3.

3.2.4 Выбор регулировочного трансформатора Т1.

3.2.5 Расчет согласующего трансформатора Т2.

3.2.6 Выбор вольтметра PV1.

4. Экономическая часть

4.1 Экономическая эффективность от внедрения испытательной станции.

4.2 Современные проблемы городского электротранспорта.

4.3 Экономическая эффективность от внедрения испытательной станции.

4.4 Расчет капитальных вложений на внедрение испытательной станции.

5. Охрана труда

5.1 Задачи раздела.

5.2 Анализ условий труда и выявление опасных и вредных производственных факторов.

5.3 Разработка организационных и технических мероприятий для создания безвредных и безопасных условий труда на испытательной станции ТЭД.

5.3.1 Требования к планировке здания.

5.3.2 Микроклимат воздуха рабочей зоны и защита от шума и вибраций.

5.3.3 Освещение станции испытания ТЭД.

5.3.4 Электробезопасность.

5.3.4.1 Контроль и профилактика повреждений изоляции.

5.3.4.2 Защитное заземление.

5.3.4.3 Защитное отключение.

5.3.4.4 Электротехнические средства защиты и предохранительные приспособления.

5.4 Противопожарные мероприятия на испытательной станции ТЭД и трамваев.

Заключение

Наиболее совершенным видом городского транспорта является электрический транспорт (трамвай, троллейбус, метрополитен), который использует для тяги электрическую энергию и не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.

Наибольшее распространение в городах получил наземный рельсовый электрический транспорт — трамвай, выполненный в виде моторных электровагонов. В настоящее время в Украине в больших количествах эксплуатируются трамвайные вагоны типа Т3 («Татра») производства ЧСР, на которых установлены тяговые двигатели постоянного тока последовательного возбуждения с независимой вентиляцией типа ТЕ-022.

Тяговые двигатели трамвая работают в очень тяжелых условиях и в самых разнообразных режимах. Это определяет особые требования, предъявляемые к ним как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации.

Тряска и удары, возникающие при движении подвижного состава, вызывают повышенный износ щеточного аппарата и подшипников, ослабление креплений, перетирание и обрыв проводов, нарушение изоляции токоведущих частей. Частые пуски и торможения, связанные с перегрузкой двигателей по току, значительные колебания напряжения в контактной сети (до 25 … 30%), перерывы в питании при отрыве токоприемника от контактной сети и проезде участковых изоляторов, неравномерность распределения нагрузки между тяговыми двигателями вызывают высокую тепловую и коммутационную напряженность тяговых двигателей.

Тяжелые условия работы тяговых двигателей требуют систематического и тщательного ухода за ними. Осмотры, техническое обслуживание и ремонты двигателей должны проводиться регулярно, в установленные сроки и в полном объеме.

Обеспечить высокое качество ремонта тяговых электрических двигателей нельзя без применения объективных и достаточно точных методов его контроля. Согласно ГОСТ 2582–81 «Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия» каждую отремонтированную электрическую машину подвергают приемо-сдаточным испытаниям, в процессе которых устанавливают соответствие параметров машины установленным техническим требованиям и условиям. Для проведения испытаний машин необходимо иметь соответствующие технически средства.

Темой дипломного проекта является усовершенствование технологии и технических средств послеремонтных испытаний тяговых двигателей ТЕ-022 с целью обеспечения проведения испытаний по программе и методике, установленной ГОСТ 2582–81, при минимально возможных энергозатратах.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткая характеристика трамвайного депо № 4

Основные характеристики трамвайного вагона Т-3

Вагоны Т-3 как одиночные, так и в поезде по системе многих единиц при наибольшей нагрузке каждого вагона 28,5тс и при равнинной передаче редуктора (7,43 или 7,36) могут эксплуатироваться на маршрутах с продольными уклонами до 80 тысячных (80‰), причем на этих участках допускаются уклоны до 90‰ длиной не более 300 м, а с горной передачей (µ = 9,36) вагоны могут работать при наличии продольных уклонов пути до 100 ‰ любой протяженности.

Основные характеристики вагона Т-3:

длина кузова 14 м, ширина кузова 2,5 м, база кузова 6,4 м, база тележки 1,9 м, диаметр колеса 0,7 м, число тяговых двигателей 4, тип тягового двигателя 40кВт, мощность режима 45кВт, число мест для сиденья 38, вместимость при нормальном заполнении (5 чел/м2) 115 человек, вместимость при заполнении 8 чел/м2 — 162 человека, конструкционная скорость 72 км/ч, наибольшая установившаяся скорость порожнего вагона на равнинном прямом участке 65 км/ч, наибольшее ускорение порожнего вагона 1,8 м/с2, наибольшее замедление порожнего вагона при служебном торможении 1,8 м/с2, среднее замедление порожнего вагона при экстренном торможении 2,3 м/с2, масса порожнего вагона 17 т.

1.2 Технические данные тягового электродвигателя ТЕ-022

Напряжение, на которое выполнена изоляция Uс = 600 В.

Напряжение на коллекторе Uд = 300 В.

Номинальная мощность на валу Рном = Рч = 41кВт.

Номинальный ток якоря Iном = Iч = 150 А.

Частота вращения якоря nном/nmax = 1750/4200 об/мин.

Номинальный коэффициент полезного действия? ном = 91%.

Обмотка якоря:

класс изоляции В;

число проводников N = 290;

число пар параллельных ветвей, а = 1;

сопротивление при 20? С rя = 0,0507 Ом.

Обмотка главных полюсов:

число полюсов 2р = 4;

число витков на один полюс Wгп = 20;

сопротивлении при 20? С rгп = 0,0241 Ом;

Обмотка добавочных полюсов:

число полюсов 2р = 4;

число витков на один полюс Wдп = 22;

сопротивлении при 20? С rдп = 0,0228 Ом.

Возбуждение — последовательное.

Передаточное число редуктора µ = 7,43.

Диаметр ведущего колеса Двк = 700 мм.

Масса двигателя m = 320 кг.

1.3 Методика проведения приемо-сдаточных испытаний тяговых электродвигателей и вспомогательных машин трамвая Учитывая сложные условия работы тяговых машин и особенно тяговых двигателей, к качеству их изготовления и ремонта предъявляют высокие требования. Обеспечить высокое качество изготовления и ремонта нельзя без применения объективных и достаточно точных методов их контроля. Согласно ГОСТ 2582–81 «Машины электрические вращающиеся тяговые. общие технические условия» приемо-сдаточным испытаниям подвергают каждую электрическую машину.

Приемо-сдаточные испытания проводят для проверки соответствия установленным техническим требованиям и условиям каждой изготовленной или отремонтированной машины. Их проводят при техническом контроле на заводе-изготовителе или ремонтном предприятии. Результаты испытаний вносят в протокол и записывают в рабочем журнале.

1.3.1 Программа приемо-сдаточных испытаний Приемо-сдаточные испытания тяговых и вспомогательных электродвигателей после ремонта выполняют последовательно по программе:

1. Измерение сопротивления обмотки постоянному току в практически холодном состоянии.

2. Испытание на нагревание.

3. Проверка частоты вращения и реверсирования при номинальных значениях напряжения, токах нагрузки и возбуждения.

4. Испытание на повышенную частоту вращения.

5. Испытание электрической прочности междувитковой изоляции обмоток.

6. Проверка биения коллектора.

7. Проверка коммутации.

8. Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками.

9. Испытание электрической прочности изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками.

10. Проверка уровня вибрации.

Основная задача приемо-сдаточных испытаний заключается в проверке работоспособности собранной машины.

При приемо-сдаточных испытаниях низковольтных генераторов производят проверку направления вращения, притертости щеток, сопротивления изоляции, работы в режиме двигателя, начальной частоты вращения отдачи номинальной мощности в холодном состоянии, а также испытание на нагрев, на повышенную частоту вращения, проверку степени искрения, сопротивления изоляции после испытания на нагрев и диэлектрической прочности изоляции.

1.3.2 Подготовка к испытаниям До начала испытания машин необходимо:

1. Подготовить рабочее место. Проверить исправность инструмента, приборов, стендов и т. д. согласно нижеприведенного перечня.

Перечень применяемого оборудования и приборов

2. Проверить исправность заземления стендов, включить блокировку входных дверей.

3. При помощи кран-балки установить испытуемый электродвигатель на подставки стенда, отцентрировать и надежно закрепить стяжками со съемными хомутами.

1.3.3 Подготовка тягового двигателя к испытаниям Перед проведением испытаний производится внешний осмотр и проверка качества сборки двигателя согласно ГОСТ 10 159–79, которая сводится к проверке равномерности воздушного зазора между главными и добавочными полюсами и якорем, равномерности расстановки полюсов по окружности магнитной системы и щеток по окружности коллектора, силы нажатия щеток на коллектор, расстояния нижней кромки щеткодержателя от рабочей поверхности коллектора, аксиальной симметрии сердечника якоря и полюсов, правильности маркировки выводов.

Внешний осмотр. При внешнем осмотре машины необходимо выполнить следующие операции:

— обтереть и очистить все наружные детали машины от пыли, влаги и масла;

— проверить заполнение подшипников смазкой до заданного уровня и отсутствие течи масла, прогнутостей, трещин в корпусе, крышках, кронштейнах, изоляторах щеткодержателей;

— проверить целость изоляции выводных концов, втулок и наконечников, монтаж междукатушечных перемычек и перемычек между щеткодержателями;

— проверить состояние коллектора, щеткодержателей и щеток. Коллектор должен быть хорошо отшлифован и продорожен, его поверхность должна быть чистой, без царапин и вмятин; изоляция между пластинами должна быть выбрана на глубине 1,5 … 2,5 мм по всей ширине между пластинами; не должно быть пластин с острыми краями и заусеницами; пластины должны прилегать к щетке почти по всей ширине, поэтому закрепление поверхности пластин недопустимо. Щеткодержатели должны быть надежно закреплены, щетки должны находиться на рабочей части коллектора и отстоять не менее чем на 2 мм от торца коллектора и канавки у петушков. Притертая поверхность каждой щетки должна составлять не менее 50% ее рабочей поверхности до испытания электродвигателя и не менее 75% после испытания;

— проверить вращение (поворачивание) якоря (ротора) от руки. Якорь должен вращаться свободно без заеданий;

— проверить механические крепления, затяжку болтов и чаек. Надежность крепления деталей машины необходимо проверять до и после испытания машины.

Измерение осевого разбега якоря. 1. Установить индикатор часового типа ГОСТ 577–68 со штативом и магнитной подставкой на плиту стенда со стороны фланца и замагнитить. 2. Сдвинуть якорь вдоль оси в сторону коллекторных лючков с помощью ломика. 3. Подвести наконечник индикатора к плоскости фланца. Индикатор закрепить и выставить его шкалу на отметку «0». 4. Сдвинуть якорь в обратную сторону, отметить показания стрелки индикатора. Величина осевого разбега якоря не должна превышать значения более 0,4 мм.

Измерение биения коллектора. 1. Установить индикатор часового типа ГОСТ 577–68 со стороны коллекторных лючков. 2. Подвести наконечник индикатора к тыльной поверхности щетки таким образом, чтобы ось наконечника являлась как бы продолжением диаметра коллектора. Закрепить индикатор и выставить его шкалу на отметку «0». 3. Медленно вращая якорь рукой измерить биение коллектора, определяемое как разность между максимальным и минимальным показаниями индикатора. 4. Биение коллектора в холодном состоянии должно быть не более 0,05 мм, в горячем состоянии — не более 0,06 мм. При биении 0,5 мм коллектор подлежит шлифовке, а при неравномерности более 0,5 мм — проточке.

Измерение зазоров между сердечником якоря и сердечниками полюсов. 1. Щупом ГОСТ 882–75, набором определенного количества пластин, произвести замер зазора под серединой каждого главного и дополнительного полюса с обоих торцов якоря. Чтобы получить надежные результаты, зазоры следует измерить при нескольких положениях ротора. За величину зазора принимается толщина плоскости или набора полосок щупа, которые входят в зазор с некоторым усилием. 2. Результаты измерений сверить с паспортными данными тягового двигателя. Зазор между якорями и сердечником главного полюса в двигателях ДК-259ГЗ и ТЕ-022 соответственно 2,5 мм и 3,0 мм, зазор между якорем и сердечником дополнительного полюса у этих же двигателей соответственно 3,5 мм и 4,0 мм.

Определение формы наружной поверхности якоря производится посредством измерения зазора под одним и тем же полюсом, проворачивая якорь каждый раз на равные доли оборота.

Определение формы внутренней поверхности магнитной системы производится измерением зазора в одной и той же точке якоря, поворачивая его каждый раз на одно полюсное деление.

Измерение зазора между рабочей поверхностью коллектора и корпусом щеткодержателя. 1. Вынуть щетки из обойм щеткодержателя. 2. Вставить набор пластин щупа в зазор между корпусом щеткодержателя и рабочей поверхностью коллектора, произвести подсчет толщины пластин. 3. Зазор должен быть равномерным по всей длине обоймы щеткодержателя, т. е. щеткодержатель должен быть установлен без перекоса по отношению к поверхности коллектора. Величина зазора должна быть 3 ± 1 мм.

Измерение зазора между щеткой и корпусом (обоймой) щеткодержателя. 1. Измерения произвести щупом методом простановки пластин в зазор между большей стороной щетки и корпусом (обоймой) щеткодержателя. Зазор должен составлять 0,25 … 0,35 мм. Не допускается залегание щетки в обойме щеткодержателя.

Измерение силы нажатия щетки на коллектор. 1. Подготовить динамометр ГОСТ 13 837–68, выставить шкалу на отметку «0», заготовить полоску бумаги размером 15×100 мм. 2. Завести зацеп динамометра под пружину щеткодержателя (в качестве зацепа использовать медную проволоку диаметром 0,6 … 1,0 мм). 3. Оттянуть пружину, заложить полоску бумаги в промежуток между щеткой и пружиной, отпустить пружину. 4. Оттянуть полоску бумаги одной рукой, а динамометр — другой рукой, отметить показания стрелки динамометра в момент освобождения полоски бумаги. 5. Сила нажатия щетки на коллектор должна составлять в двигателях ДК-259Г-3 и ТЕ-022 соответственно 1,85 … 2,00 и 1,4 ± 0,15 кг.

1.3.4 Методика проведения приемо-сдаточных испытаний тяговых электродвигателей

1. Измерение сопротивления обмоток постоянному току в практически холодном состоянии.

Цель таких измерений — выявление дефектов (некачественных соединений, витковых замыканий), ошибок в схеме соединений, а также уточнение параметров, используемых при расчетах и наладке режимов, регуляторов и др.

При измерении сопротивлений обмоток в практически холодном состоянии температура обмоток не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на ± 3? С.

Если невозможно непосредственно измерить температуру обмоток, машина должна находится в данной окружающей среде в нерабочем состоянии до измерения сопротивления обмоток в течение времени, достаточного для того, чтобы все части машины практически приняли температуру окружающей среды. Изменение температуры окружающей среды за это время не должно быть более ± 5? С. За температуру обмоток при этом принимают температуру окружающей среды в момент измерения сопротивлений.

ГОСТ 11 828–86 предусматривает следующие методы измерений: при помощи амперметра и вольтметра или с помощью мостов (одинарного и двойного). Измерение сопротивления повторяют несколько раз. Измерения с помощью амперметра и вольтметра выполняют три раза при различных значениях тока. Во избежание нагрева сопротивления ток не должен превышать 20% номинального. При применении мостовых схем следует нарушать перед каждым измерением равновесие моста. Результаты измерений одного и того же сопротивления не должны отличаться от среднего более чем на ± 0,5%, за действительное сопротивление принимается среднее арифметическое из результатов всех измерений, удовлетворяющих этому требованию. Для сравнения результатов измерений, проведенных при различных температурах обмоток, измеренные величины приводят к одной температуре (обычно к 20? С) по выражению (для меди)

R2 = R1 ;

R20 = R ;

где R2 и R1 — сопротивления при температурах t1 и t2;

R — сопротивление при температуре воздуха (обмоток) tв в момент измерения.

При измерении сопротивления с помощью амперметра и вольтметра возможны два варианта схемы включения приборов (рис. 1). Схему (а) применяют при измерении малых сопротивлений, когда включение вольтметра параллельно сопротивлению изменяет величину тока незначительно. Измеряемое сопротивление можно рассчитать по формуле

R =, (1.3)

где Rв — сопротивление вольтметра.

Схему (б) применяют при измерении больших сопротивлений, для которых справедливо выражение

R =, (1.4)

где Rа — сопротивление амперметра.

Длительность измерения следует ограничивать временем, необходимым для надежных отсчетов по приборам. Вольтметр и амперметр при измерениях следует располагать рядом; показания приборов нужно снимать одновременно.

Для исключения ошибок, обусловленных индуктивностью измеряемой цепи, отсчет осуществляют при установившихся показаниях измерительных приборов. При измерениях сопротивления в цепях, обладающих значительной индуктивностью, для предотвращения повреждения вольтметра ЭДС самоиндукции объекта вольтметр следует подключать при установившемся значении тока в цепи, а отключать — до разрыва цепи тока.

Кроме того, испытуемые обмотки сами могут быть повреждены при отключении больших токов в результате пробоя их изоляции. Поэтому перед отключением измерительный ток следует снизить до минимума (не более 5% номинального тока данной обмотки).

Принципиальная схема одинарного моста приведена на рис. 2, а. Результаты измерений от 1 до 1 000 000 Ом получается надежные и точные. Основное соотношение одинарного моста Рис. 2 Принципиальные схемы одинарного моста (а) и двойного моста (б).

Rх = R3 = (1.5)

где Rх — измеряемое сопротивление; R1, R2, R3 — сопротивления плеч моста, при которых наступает равновесие (стрелки гальванометра устанавливается на нулевой отметке).

Принципиальная схема двойного моста приведена на рис. 2, б. Таким мостом измеряют сопротивления меньше 1 Ом. Изменением сопротивлений R1, R2, R, R гальванометр устанавливают на нуль. При этом сохраняются равенства R1 = R и R2 = R. Уравнение равновесия моста

Rх = RN, (1.6)

где RN — образцовое сопротивление, составная часть моста.

К измеряемому сопротивлению Rх подсоединяют четыре провода (рис. 2, б). Провод 2 — продолжение цепи питания моста, его сопротивление не отражается на точности измерений. Провода 3 и 4 включены последовательно с сопротивле-ниями R1 и R, большими 10 Ом, так что их влияние в известных пределах ограничено. Провод 1 является составной частью схемы; его следует выбирать как можно толще и короче (сопротивление не более 15 · 10−4 Ом), хотя и он оказывает значительно меньшее влияние на результат измерения, чем соединительные провода в одинарном мосте. В таблице 1 приведены технические данные одинарных мостов постоянного тока Р-316, МО-62 и Р-333.

Таблица 1

Технические данные мостов постоянного тока

Одинарный мост Р-136 позволяет проводить измерения малых сопротивлений по четырехзажимной схеме, исключающей влияние сопротивления соединительных проводов на результат измерений. Конструкция моста позволяет использовать его в качестве магазина сопротивления, а также использовать внутренний гальванометр. Кроме того, можно работать с наружным гальванометром. В качестве наружных используют гальванометры М122, М117 и др.

При измерениях сопротивления в цепях, обладающих индуктивностью, во избежание ошибок и для предотвращения повреждений гальванометра необходимо производить измерения при установившемся токе, а отключение гальванометра — до разрыва цепи тока.

При измерении сопротивлений обмоток главных и дополнительных полюсов тягового двигателя мост следует подключить к наконечникам выводов катушек по схеме, приведенной на крышке прибора.

Сопротивление обмотки дополнительных полюсов измеряют при снятых щетках и установленной перемычке между двумя ближайшими щеткодержателями.

Допускаются отклонения величины сопротивления обмотки возбуждения от заводских данных или ранее измеренных величин не более чем на ± 2%.

Для предотвращения размагничивания полюсов при измерении сопротивления параллельных обмоток машин постоянного тока с самовозбуждением испытания следует проводить так, чтобы направление тока в обмотке совпадало с заданным.

Измерение сопротивления обмотки якоря — операция сложная и трудоемкая. Практически невозможно с должной точностью измерить сопротивление обмотки или отдельных ее ветвей у собранного якоря. В зависимости от поставленной задачи применяют разные методы измерения сопротивления обмотки якоря.

Чтобы проверить качество паек и убедиться, что нет витковых замыканий и обрывов, обычно измеряют сопротивление между соседними коллекторными пластинами. Такое измерение выполняют с помощью вольтметра (милливольтметра) и амперметра при питании схемы от аккумуляторной батареи (рис. 3). В этом случае очень удобно использовать два сдвоенных щупа; к одному из стержней щупа присоединяют вольтметр, а к другому — токовую цепь.

Соединяемые с токовой цепью стержни — пружинящие и более длинные, так что вначале при соединении щупов с коллекторными пластинами замыкают цепь тока, а затем, после нажатия на щупы, присоединяют вольтметр. Это предохраняет последний от повреждения. При проведении измерений щетки находятся в поднятом состоянии и не касаются коллектора; пластины последнего следует пронумеровать мелом, якорь периодически поворачивать для удобства измерений. Величина тока должна быть 10 … 20 А, но не более 20% номинальной.

Величины сопротивлений между ламелями не должны отличаться друг от друга более чем на 10%, если это отключение не обусловлено наличием уравнительных соединений.

Если сопротивление обмотки якоря определяют для расчета потерь мощности или падения напряжения в нем, а также для сравнения с расчетными значениями сопротивления, то наиболее сложным оказывается выбор коллекторных пластин, между которыми должно проводиться измерение. Для якорей с простыми волновыми обмотками (ДК-259Г, ТЕ-022, ДК-210А- 3, ДК-207Г) сопротивление измеряют между коллекторными пластинами, отстоящими друг от друга на расстоянии, равном числу пластин К/2р, где К — полное число коллекторных пластин; 2р — число главных полюсов, причем отношение К/2р округляют до целого числа. Для более сложных обмоток пластины выбирают на основании детального изучения схемы и электрических характеристик обмотки. При измерении сопротивления щетки любого типа поднимают (или изолируют), если число главных полюсов в машине меньше восьми. Измерение проводят с помощью вольтметра и амперметра. Так (10 … 20% номинального) подводят металлическими щупами, падение напряжения измеряют вольтметром, присоединенным щупами к коллекторным пластинам под щетками. Так как щетки перекрывают обычно несколько коллекторных пластин, напряжение следует измерять между несколькими парами пластин, чтобы шаг между пластинами был равен К/2р. Величину сопротивления определяют как среднее из полученных значений для всех пар щеток.

Сопротивление якоря можно рассчитать по формуле

rя = 0,5(1-, (1.7)

где? — коэффициент полезного действия;

Iном и Uном — соответственно номинальный ток и напряжение.

2. Испытание на нагревание.

Целью испытания электрической машины на нагрев являются определение допустимых или установление номинальных нагрузок рабочих обмоток и сердечников для обеспечения нормальных условий работы изоляции. Повышение температуры изоляции сверх допустимой если и не приводит к быстрому ее разрушению и пробою, то ускоряет старение и сокращает срок ее службы.

При испытаниях на нагрев измеряют температуру всех активных частей машины и охлаждающей среды, а также частоту вращения, токи и напряжения обмоток.

Все кожухи, сетки, жалюзи и тому подобные части, которые являются принадлежностью электрической машины и могут оказать влияние на охлаждение, при испытании должны быть установлены.

Электрические машины постоянного тока могут испытываться методом взаимной нагрузки, причем одна из них должна работать двигателем, а другая — генератором. При приемо-сдаточных испытаниях режим считают действительным для обеих электрических машин.

Напряжение и так следует устанавливать на электрической машине, работающей двигателем, если испытывают два двигателя и на электрической машине, работающей генератором, если испытывают два генератора.

Для электрических машин с независимым, смешанным или регулируемым последовательным возбуждением значения напряжения на обмотке независимого возбуждения и тока в обмотке последовательного возбуждения, при которых проводят испытание на нагревание, должны быть указаны в соответствующей нормативно-технической документации.

Для остановки электрической машины в конце испытаний на нагревание рекомендуется применять способы, не требующие протекания через ее обмотки тормозного тока.

За начало отключения электрической машины следует принимать момент, когда цепь тока якоря, возбуждения и статора становится разомкнутой.

У электрической машины с независимой вентиляцией в этот момент вентиляция должна быть прекращена.

Электрические машины постоянного тока, рассчитанные на часовую мощность, испытывают при этой мощности и номинальных параметрах.

Повышение температур обмоток следует измерять методом сопротивления.

Во время испытаний на нагревание электрических машин постоянного тока в часовом режиме работы последнее измерение сопротивления обмоток возбуждения следует производить в конце 60 мин. испытания, а в случае кратковременного испытания с перегрузкой — не ранее чем за 10 с до конца данного испытания.

Сопротивление обмотки якоря определяют не позднее 90 с после остановки машины. Сопротивление измеряют всегда между одними и теми же коллекторными пластинами при одном и том же положении якоря относительно щеткодержателей и при поднятых щетках. Пластины коллектора, между которыми измеряют сопротивление, как правило, можно выбрать произвольно. Существенную роль играют пределы измерений применяемых приборов; пластины выбирают так, чтобы показания амперметра и вольтметра при всех значениях температуры обмотки находились во второй половине шкалы. Измерение производится с помощью щупов.

Измеренное значение сопротивления обмоток ненагретой электрической машины должно быть приведено к 20? С.

Температуру окружающего воздуха измеряют с помощью термометров, которые устанавливают в нескольких точках вокруг машины на расстоянии 1…2 м на уровне оси машины. Термометры должны быть с ценой деления 0,1 — 0,2?С. За температуру охлаждающего воздуха во время испытаний принимают среднее арифметическое показаний всех термометров, взятых через произвольные равные промежутки времени. Применение ртутных термометров в местах, где имеются переменные магнитные поля, не желательно, так как возможны существенные ошибки измерения.

При приемо-сдаточных испытаниях машин на нагревание выполняют с целью определения превышения температуры обмоток, коллектора, подшипников над температурой окружающей среды. Испытание на нагревание тяговых двигателей проводят в течение 1 часа. Допускается испытание проводить в течение 30 мин при токе на 20% больше тока часового режима, дающем практически то же превышение температуры, что и при часовом режиме. Напряжение и ток устанавливают на машине, работающей двигателем. Через половину времени испытания тяговый двигатель, работающий в двигательном режиме, переключают в режим генератора и наоборот. По окончании испытания двигателей под нагрузкой машины останавливают и не позднее 90 с измеряют омическое сопротивление обмоток в горячем состоянии. Превышение температуры обмоток двигателя над температурой окружающей среды рассчитывают по формуле

(1.8)

где tв — температура окружающего воздуха;

tх — температура обмотки в практически холодном состоянии;

rх — сопротивление обмотки в практически холодном состоянии;

rн — сопротивление обмотки в нагретом состоянии.

Температуру нагрева подшипников измеряют термометром на наружном кольце в момент остановки двигателей, а коллектора — на рабочей поверхности. Полученные значения превышения температуры частей тягового двигателя (вспомогательной машины) по отношению к температуре окружающего воздуха не должны превышать по ГОСТ 2582–81 120?С для машин с изоляцией обмотки якоря класса В, 140? С класса F, 160? С класса Н; обмотки возбуждения — 130? С класса В, 155? С класса F, 180? С класса Н; коллектора 95? С классов В и F И 105? С с изоляцией класса Н. Предельно допустимое превышение температуры подшипников качения 55? С.

3. Проверка частоты вращения и реверсирования при номинальных значениях напряжения, токах нагрузки и возбуждения.

Проверку частоты вращения двигателей постоянного тока проводят на соответствие допускаемым отклонениям характеристик тяговых электрических машин, установленным ГОСТом 2582−81.

Допускаемые отклонения частоты вращения двигателей постоянного тока в точке, соответствующей номинальному режиму, от частоты вращения, установленной по типовой характеристике при токе, соответствующем номинальной мощности и номинальном возбуждении, должны соответствовать табл. 2.

Таблица 2

У двигателей, предназначенных для вращения в обе стороны, при токе, соответствующем номинальной мощности, и при номинальном возбуждении разность между частотами вращения в одну и другую сторону, выраженную в процентах от среднего арифметического обеих частот вращения, принимают следующую:

не более 5% - для двигателей с номинальной мощностью до 40 кВт;

не более 4% - для двигателей с номинальной мощностью свыше 40 кВт без траверсы, не более 3% - с траверсой.

При этом допускаемые отклонения частоты вращения двигателей от номинальной не должны превышать указанных в табл. 2.

Испытание на проверку отклонения частоты вращения и реверсирования в обе стороны проводят на нагретой машине после испытаний на нагревание. Измерение частоты вращения производят при вращении якоря с помощью тахометра, приставленному к центровому отверстию вала якоря.

4. Испытание на повышенную частоту вращения.

Испытание тяговых двигателей на повышенную частоту вращения проводят при частоте вращения, превышающей на 25% наибольшую частоту вращения.

В случае постоянно соединенных последовательно двух тяговых двигателей испытания проводят при частоте вращения, превышающей на 35% наибольшую частоту вращения.

Испытание вспомогательных электрических машин следует проводить при частоте вращения, превышающей на 20% наибольшую.

Испытания проводят при холостом ходе нагретой машины в течение 2 мин, после чего в машине не должно быть каких-либо изменений, влияющих на ее работоспособность.

Частоту вращения рекомендуется измерять дистанционными методами (тахогенератором и вольтметром, градуированным в единицах частоты вращения).

5. Испытание электрической прочности междувитковой изоляции обмоток.

Проверку электрической прочности междувитковой изоляции проводят на холостом ходу нагретой машины.

Изоляция между смежными витками обмоток должна в течение 5 мин выдерживать испытание повышенным напряжением на 50% сверх номинального. Для тяговых двигателей городского электрического транспорта — на 30% для новой и на 10% для отремонтированных машин без смены изоляции. Испытание двигателей последовательного возбуждения производят по схеме независимого возбуждения.

6. Проверка биения коллектора.

Биение коллектора на неподвижной нагретой машине определяют индикатором часового типа. Якорь двигателя проворачивается от руки, разность между максимальным и минимальным показаниями индикатора определяют величину биения. При этом необходимо следить за равномерностью изменения показаний индикатора.

Биение коллектора в холодном и горячем состоянии для двигателей ГЭТ устанавливается в соответствующей нормативно-технической документации.

7. Проверка коммутации.

Коммутацию тягового двигателя проверяют визуально при номинальном напряжении, токе якоря, равном двойному часовому, и токе возбуждения, соответствующем часовому режиму (номинальная степень возбуждения). Испытание проводят с открытыми коллекторными крышками в течение 30 с при каждом направлении вращения на нагретой до рабочей температуры машине.

Перед проверкой коммутации при обратном направлении вращения электрическая машина должна проработать от 5 до 15 мин в режиме холостого хода для достижения лучшего контакта между поверхностью щеток и коллектора (притирка щеток). В интервале времени между изменением направления вращения щетки не должны смещаться.

Коммутацию считают удовлетворительной, если при испытаниях не возникнет кругового огня, остаточных деформаций или механических повреждений коллектора и щеткодержателей, и они пригодны для дальнейшей работы без очистки или какого-либо исправления, а также если степень искрения не превышает 1? балла по ГОСТ 183–74 (слабое искрение под большей частью щетки).

8. Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками.

Сопротивление изоляции обмоток нагретой электрической машины относительно ее корпуса и сопротивление изоляции между обмотками для электрических машин городского транспорта должно быть не менее 1 МОм. Сопротивление изоляции обмоток и между обмотками в холодном состоянии электрических машин трамвая при выпуске из заводского ремонта должно быть не менее 10 МОм для машин с изоляцией класса Н и не менее 3 МОм для машин с изоляцией класса В.

Сопротивление изоляции обмоток электрических машин городского транспорта после пребывания их в гигростате непрерывно в течение 10 суток с относительной влажностью (95±3)% при температуре (20±5)?С должно обеспечить работоспособность электрической машины при номинальном напряжении.

Для измерения сопротивления изоляции применяют мегомметры на 1000 В с ручным приводом.

Перед началом работы электрическую машину необходимо отключить от сети и в соответствии с правилами технической безопасности принять меры, исключающие подачу на нее напряжения. Тщательно очистить изоляцию от пыли и грязи и на 2 — 3 мин заземлить обмотки для снятия с них возможных остаточных зарядов.

Проверить исправность мегомметра и его соединительных проводов. Если концы проводов, присоединенных к зажимам «Л» (линия) и «З» (земля) мегомметра, разомкнуть, то мегомметр при вращении ручки с частотой 120 об/мин должен показать бесконечность, а если замкнуть накоротко — нуль.

Для присоединения мегомметра к испытуемым объектам следует применять раздельные гибкие провода с большим сопротивлением изоляции (обычно не меньше 100 МОм), необходимой длины и требуемого сечения. Провода должны иметь на концах щупы с изолированными рукоятками и ограничительным кольцом по условиям техники безопасности.

При измерении сопротивления изоляции нужно соблюдать следующие правила:

— мегомметр должен быть установлен на траверсе основание в горизонтальном положении;

— переключатель пределов измерения должен быть установлен на наибольший предел;

— измерение сопротивления изоляции должны проводить два человека: один из них должен вращать ручку мегомметра, а другой касаться изолированными щупами измеряемых цепей машины;

— рукоятку мегомметра нужно вращать равномерно с частотой 120 об/мин;

— отсчет показаний на шкале мегомметра следует производить только после того, как стрелка займет устойчивое положение;

— при измерении сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса машины один из щупов нужно прикладывать к зачищенной металлической поверхности корпуса (желательно в месте заземления корпуса), а другой — к выводному концу или обнаженной поверхности проводников той обмотки, сопротивление изоляции которой проверяют;

— после окончания измерения сопротивления изоляции все испытуемые обмотки необходимо разрядить на заземленный корпус машины и снова проверит исправность мегомметра. Каждая обмотка соединяется с корпусом машины на время не менее 15 с при мощности машины до 1000 кВт.

9. Испытание электрической прочности изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками.

Испытание изоляции повышенным напряжением позволяет убедиться в наличии необходимого запаса прочности изоляции, отсутствии местных и общих дефектов, не обнаруживаемых другими способами.

Изоляция считается выдержавшей испытания повышенным напряжением в том случае, если не было пробоя, частичных разрядов, выделений газа или дыма, резкого снижения напряжения и возрастания тока через изоляцию, местного нагрева изоляции.

Проверку электрической прочности изоляции проводят на нагретой электрической машине при испытательных напряжениях, установленных ГОСТ 11 828–75.

Согласно указанному ГОСТу для тяговых и вспомогательных двигателей, получающих электроэнергию непосредственно от контактной сети, с номинальным напряжением относительно корпуса до 750 В включительно изоляция обмоток относительно корпуса машины и между обмотками должна выдерживать в течение 1 мин испытательное практически синусоидальное действующее напряжение в вольтах (Uисп) частоты 50 Гц, рассчитанное по формуле

Uисп = 2,25U + 1500. (1.9)

Для электрических машин мощностью до 1 кВт с напряжением на коллекторе до 100 В, а также для электрических машин с напряжением на коллекторе до 40 В

Uисп = 2U + 500. (1.10)

Для двигателей, получающих питание от контактной сети постоянного тока, U является номинальным напряжением на шинах постоянного тока тяговой подстанции.

Если n двигателей постоянного тока соединены последовательно, то U равно наибольшему напряжению, которое может быть подано на эти двигатели при указанных выше условиях.

Для обмоток независимого возбуждения электрических машин смешанного возбуждения U равно наибольшему напряжению питания обмоток.

При повторных испытаниях после установки электрической машины на подвижной состав испытательное напряжение снижают на 15%.

На рис. 4 приведены схема и временной график испытания изоляции обмоток машины повышенным напряжением переменного тока.

Скорость повышения напряжения до одной трети испытательного значения может быть произвольной, в дальнейшем испытательное напряжение следует повышать плавно, со скоростью, допускающей визуальный отсчет на измерительных приборах. После установленной продолжительности испытания напряжение плавно снижается до величины, не превышающей одной трети испытательного, и отключается. Резкое снятие напряжения допускается в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения безопасности людей или сохранности оборудования. Под продолжительностью и испытания подразумевается время приложения полного испытательного напряжения.

Рис. 4 Схема (а) и временный график (б) испытания изоляции повышенным напряжением переменного тока тяговых двигателей.

Для предотвращения недопустимых перенапряжений при испытаниях (из-за высших гармоник в кривой испытательного напряжения) испытательная установка должна быть по возможности включена на линейное напряжение сети (в линейном напряжении отсутствуют гармонические составляющие кратные 3).

Величину испытательного напряжения, за исключением ответственных испытаний (генераторов, крупных двигателей и т. п.), измеряют на стороне низкого напряжения.

Для защиты испытуемых объектов от случайного опасного повышения напряжения параллельно им должны быть включены через сопротивление (2 … 5 Ом на каждый вольт испытательного напряжения) разрядники с пробивным напряжением, равным 110% испытательного. Перед подачей напряжения на испытуемый объект полностью собранную схему опробуют вхолостую и проверяют напряжение пробоя разрядников.

При испытаниях необходимо применять защитные средства при работе на электроустановках напряжением свыше 1000 В: ограждение, предупредительные плакаты, высоковольтные штанги, резиновые перчатки, боты, коврики. Испытание проводят два человека, старший из которых должен иметь более высокую квалификационную группу.

Мощность испытательного трансформатора может быть определена из выражения Р =? Сх U Uном · 10−9, кВа, (1.11)

где Сх — емкость изоляции испытуемого объекта, пФ;

U — испытательное напряжение, кВ;

Uном — номинальное напряжение вторичной (высоковольтной) обмотки испытательного трансформатора, кВ;

? — угловая частота испытательного напряжения, с-1.

В качестве испытательных трансформаторов, кроме специальных, можно использовать трансформаторы напряжения типа НОМ, для которых допустимо повышение напряжения на первичной обмотке до 150 — 170% номинального. При отсутствии испытательного трансформатора достаточной мощности возможно параллельное включение однотипных трансформаторов.

10. Проверка уровня вибрации.

Вибрацией называют колебания, имеющие сравнительно наибольшую амплитуду и высокую частоту. Величины, характеризующие вибрацию (амплитуда, частота, фаза) измеряют виброметрами и вибрографами различных типов. Мерой вибрации является двойная ее амплитуда, измеренная в сотых долях миллиметра или в микронах.

Уровень вибраций электрических машин при приемо-сдаточных испытаниях измеряют на подшипниковых щитах только в направлении оси Y (вертикальном направлении) возможно ближе к оси вращения.

Оценку уровня вибрации производят при приемо-сдаточных испытаниях при работе электрической машины в режиме холостого хода с установившимися номинальной и наибольшей частотами вращения; по согласованию с заказчиком при приемо-сдаточных испытаниях электрических машин городского транспорта допускается производить измерение только при наибольшей частоте вращения.

Метода оценки уровня вибраций — по ГОСТ 12 379–75.

1.3.5 Техника безопасности при проведении испытаний Эксплуатация испытательных стендов должна проводиться в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей».

Источником опасности испытательной станции является электрический ток.

Для предупреждения поражения электрическим током рабочие места должны иметь изоляционные основания, выполненные из электрической резины.

Заземление стендов должно быть выполнено гибким медным проводом сечением не менее 16 мм².

Категорически запрещается устранять повреждения и неисправности испытательных стендов под напряжением.

Не допускается проведение испытаний при неисправной блокировке входных дверей.

Испытательная станция должна быть укомплектована диэлектрическими перчатками, углекислотным огнетушителем, изоляционной штангой, инструкцией или наглядными плакатами по оказанию доврачебной помощи при поражении электрическим током.

Испытываемый электродвигатель должен быть надежно закреплен и соосно сочленен с генератором. Перекос карданного вала не более 7?. Карданный вал закрыт защитным кожухом.

Запрещается производить испытание на механическую прочность электродвигателя, сочлененного карданным валом с генератором.

К работе на стендах испытательной станции допускаются лица, имеющие квалификацию электрослесаря не ниже 3-го разряда, квалификационную группу не ниже 4-го разряда, изучившие испытательные стенды и методику испытаний.

Присутствие посторонних лиц на территории испытательной станции запрещено.

Испытания оформляются протоколом, в который заносят все результаты измерений и обработки экспериментальных и расчетных данных, полученных при испытании машины.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Способы нагрузки испытуемых машин Для испытания тяговых электрических машин применяют способы их непосредственной и взаимной нагрузки.

2.1.1 Способы непосредственной нагрузки двигателя При непосредственной нагрузке (рис. 1) испытуемый двигатель М подключают к источнику электрической энергии с соответствующим напряжением Uк, а его вал механически сочленяют специальной муфтой с валом другой электрической машины G, которая работает в генераторном режиме, нагружая испытуемый двигатель. При сочленении валов удобно применить карданный вал, так как при этом нет необходимости строго выверять совпадение осей (соосность) машин при установке.

Электрическую энергию, вырабатываемую нагрузочным генератором G, гасят в нагрузочном резисторе Rн. Изменения нагрузки двигателя достигают регулированием сопротивления нагрузочного резистора и тока возбуждения генератора. Номинальная мощность, вращающий момент и предельно допустимая частота вращения нагрузочного генератора G не должны быть меньшими соответствующих параметров испытуемого двигателя М.

При выключении машин по схеме рис. 1 можно испытывать и генератор. При этом мощность, вращающий момент, частота вращения двигателя должны быть равными или большими, чем у генератора.

В качестве нагрузочного генератора можно использовать однотипную с испытуемым двигателем машину. Схемы испытания методом непосредственной нагрузки с использованием двух однотипных двигателей последовательного и смешанного возбуждения показаны на рис. 2. В этих схемах питание машины, работающей двигателем, осуществляется от контактной сети напряжением 550 В.

Рис. 1 — Схема непосредственной нагрузки двигателя и генератора Рис. 2 — Схемы испытания двигателей последовательного (а) и смешанного (б) возбуждения методом непосредственной нагрузки с питанием от сети Рис. 3 — Схема испытания двигателей последовательного возбуждения по методу возвратной работы с ослаблением поля двигателя и питанием от сети Как известно, генератор последовательного возбуждения при нагрузке на реостат или параллельно с другим генератором работает неустойчиво, поэтому обмотка возбуждения его подключается последовательно с машиной, работающей двигателем. При этом с целью сохранения полярности зажимов Д1 и Д2 у генератора G, который вращается в обратную сторону, нежели двигатель М, обмотка возбуждения генератора LG включается встречно с обмоткой возбуждения двигателя LM (рис. 2).

Схема включения обмоток возбуждения двигателей смешанного возбуждения при их испытании методом непосредственной нагрузки показана на рис. 2, б. Номинальные значения тока в параллельных обмотках возбуждения машин устанавливаются с помощью регулируемых сопротивлений Rp1 и Rp2.

В качестве пускового реостата RП в схеме 2, а можно использовать пусковые трамвайные сопротивления. Для регулирования величины пусковых и нагрузочных сопротивлений можно использовать старые трамвайные контроллеры, предназначенные для непосредственного управления силовой цепью.

Тяговые двигатели, включаемые при испытании под нагрузкой по схеме рис. 2, а, должны быть рассчитаны на номинальное напряжение контактной сети 550 В. При испытании трамвайных двигателей, рассчитанных на номинальное сопротивление напряжение 275 В, в цепь якоря двигателя приходится включать невыключаемое сопротивление RД (рис. 2, б), падение напряжения в котором при номинальном токе должно быть равно 275 В. Пусковое сопротивление в этом случае не требуется.

Основным недостатком способа непосредственной нагрузки тяговых двигателей при их испытании является его неэкономичность, так как мощность, гасимая в нагрузочном резисторе, близка к мощности, потребляемой испытуемым двигателем.

2.1.2 Способы взаимной нагрузки Затраты энергии на испытания можно снизить, применив способ взаимной нагрузки (возвратной работы) двигателя и генератора. Его принцип состоит в том, что энергию, выработанную генератором, отдают обратно в двигатель, вращающий генератор. По сравнению со способом непосредственной нагрузки в этом случае расход энергии на испытание тяговых двигателей можно снизить в 3 — 4 раза.