АСИНХРОННЫЕ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

9. ЭКСПЛУАТАЦИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Асинхронные двигатели нормального исполнения предназначены для работы в определенных режимах. Номинальные данные двигателей, указанные в паспорте или на заводском щитке машины (мощность, ток, напряжение, частота вращения и др.) характеризуют номинальный режим работы. Причем термин «номинальный» применяется ко всем параметрам, относящимся к номинальному режиму.

Однако на практике двигатели работают не только в номинальном режиме: допустимые отклонения от номинального режима   работы   строго регламентируются.

Отклонения напряжений питающей сети от номинального допускаются при длительной работе с номинальной нагрузкой в пределах от +10 до —5%.

При понижении напряжения в пределах 5°/о и номинальной нагрузке на валу двигателя соответственно возрастает ток статора электродвигателя свыше номинального. Увеличиваются тепловые потери в меди статора. Однако одновременно понижается магнитная индукция за счет уменьшения напряжения. Это приводит к снижению потерь в активной стали статора. Суммарные потери в статоре (в меди и стали) мало изменяются по сравнению с режимом при номинальном напряжении. Благодаря этому температура обмотки статора сохраняется в допустимых пределах.

При снижении напряжения питающей сети более чем на 5% потери в меди обмотки статора уже не могут быть скомпенсированы, возрастают ток и потери в роторе. В связи с этим возможно превышение температуры обмотки статора допустимых значений. Для того чтобы этого не произошло, необходимо снизить нагрузку на валу двигателя ниже номинальной в соответствии с ха­рактеристиками машины при изменении напряжения питания.

Кроме того, необходимо иметь в виду, что вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения. При значительных снижениях напряжения сети вращающий момент может стать меньше момента сопротивления на валу электродвигателя, что приведет к его торможению.

При превышении напряжения питания над номинальным в пределах до 10% наблюдается некоторое допу­стимое увеличение температуры активной стали за счет роста магнитной индукции. Однако в результате уменьшения тока статора снижается нагрев обмотки. Такое повышение напряжения не опасно и для изоляции обмотки. Повышение напряжения более чем на 10% не рекомендуется из-за возможностей повышенного нагрева активной стали статора.

Отклонения частоты в питающей сети от номинальной допускаются длительно в пределах ±5%. При увеличении частоты будет возрастать ток статора, и тем больше, чем меньше ток холостого хода данного типа асинхронного электродвигателя.

При снижении частоты у нагруженного двигателя при небольшом токе холостого хода ток статора уменьшается за счет снижения нагрузки на валу. В дальнейшем ток статора возрастает, несмотря на продолжающееся снижение нагрузки. При большом токе холостого хода рост тока статора наблюдается с начала снижения частоты.

Практически допускается кратковременное (не более 2 мин) повышение частоты на 20% сверх наибольшей, указанной на щитке электродвигателя. Это не приводит к повреждениям или остаточным деформациям в двигателях.

При одновременном отклонении напряжения и частоты в питающей сети от номинальных значений двигатели должны обеспечивать номинальную мощность, если сумма абсолютных значений этих отклонений не превосходит 10%.

Предельно допустимая температура подшипников скольжения не должна превышать 80°С (температура масла не более 65°С), а для подшипников качения 100°С. Более высокие температуры допустимы для специальных подшипников или сортов масла и указываются в техни­ческих условиях для конкретных типов двигателей.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев температура подшипников качения значительно ниже предельно допустимой. Поэтому, если двигатель в течение длительного времени работал в одних и тех же условиях, с одной   и той  же температурой   подшипников, а затем она внезапно увеличилась, это указывает на появление дефектов в подшипниках.

Вибрация двигателя не должна превышать следующих значений:

Синхронная частота вращения двигателя, об/мин	3000	1500	1000	750 и ниже
Допустимая амплитуда вибрации подшипника, мм	0,05	0,1	0,13	0,16

Повышение вибрации сверх допустимой отрицательно сказывается на подшипниках и обмотках двигателя, увеличивает его износ и расшатывает крепления. В ряде случаев при сильной вибрации возможны задевание ротора за статор, поломка вала, обрывы в обмотках и др.

Кратковременные перегрузки по току статора асинхронных двигателей мощностью более 0,6 кВт, кроме машин с непосредственным охлаждением, допускаются в пределах до 50% в течение 2 мин, а мощностью до 0,6 кВт—в течение 1 мин. Эти перегрузки допускаются при работе двигателей в нагретом состоянии.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели с непосредственным охлаждением обмоток допускают перегрузку по току на 50% в течение 1 мин.

Указанные перегрузки по току двигатели должны выдерживать без остаточных деформаций и повреждений, включая распайку соединений обмоток статора и ротора.

Начальный пусковой ток асинхронного короткозамкнутого двигателя может превышать номинальный ток в 5,5—7 раз для мощностей от 0,6 до 1000 кВт. Пусковой ток возникает в обмотке статора двигателя в момент подачи на нее напряжения и практически мало снижается, пока происходит разгон до частоты вращения, равной 85—90% номинальной. При частоте вращения, близкой к номинальной, величина тока снижается до номинальной, а при неполной нагрузке на валу — меньше номинальной.

Наиболее быстро, за время примерно 2—4 с, запускаются насосы, кроме мощных питательных насосов, время разбега которых составляет 7—8 с. Механизмы с большими маховыми массами (дымососы, дробилки и др.) запускаются за время примерно 15—20 с. Минимальный вращающий момент в процессе пуска имеет важное значение, так как от его величины зависит возможность запуска двигателя, особенно при больших начальных моментах сопротивления на валу. Мини­мальный момент вращения, развиваемый в процессе разгона трехфазными асинхронными короткозамкнутыми двигателями 0,1—100 кВт от неподвижного состояния до частоты вращения, соответствующей номинальному моменту, при номинальном напряжении и частоте составляет 0,8—1,5 номинального.

Начальный пусковой вращающий момент, развиваемый трехфазными асинхронными короткозамкнутыми двигателями в указанном диапазоне мощности при неподвижном роторе, установившемся токе, номинальном напряжении и номинальной частоте, должен быть не менее одногодвух номинальных моментов.

Максимальный вращающий момент, развиваемый трехфазными асинхронными двигателями, в установившемся номинальном режиме должен быть равен 1,7—2,2 номинального для мощностей 0,6—100 кВт для короткозамкнутых двигателей защищенного или закрытого обдуваемого исполнения, а также для двигателей с фазным ротором защищенного исполнения.

Выше были приведены значения ряда наиболее важных параметров двигателей, знание которых необходимо при эксплуатации. Более подробные и точные данные по каждому типу двигателей приведены в приложениях 1—4  и [Л. 4, 9].

Техника безопасности при эксплуатации

При эксплуатации асинхронных электродвигателей существует целый ряд правил и требований, предъявляемых к ним с точки зрения техники безопасности [Л. 11].

Прежде всего необходимо отметить наиболее характерные ситуации, при которых требуется немедленное (аварийное)  отключение электродвигателя от сети:

угроза несчастного случая или несчастный случай с человеком, требующие немедленной остановки двигателя;

наличие дыма или огня из двигателя или его пускорегулирующей аппаратуры;

вибрации сверх допустимых норм, угрожающие целости двигателя;

поломка приводимого механизма;

нагрев подшипников сверх допустимой температуры, указанной в инструкции завода—изготовителя двигателя;

существенное снижение числа оборотов, сопровождающееся быстрым нагревом двигателя.

В зависимости от особенностей конкретного произ­водства в инструкции по эксплуатации могут быть указаны и другие случаи, при которых требуется аварийное отключение двигателей, а также указан порядок устранения аварийной ситуации и последующего пуска двигателя.

Для предотвращения поражения электрическим током обслуживающего персонала выводы статорной и роторной обмотки должны быть закрыты ограждениями, снятие которых требует отвертывания гаек или вывинчивания винтов. Вращающиеся части машин также должны быть закрыты ограждениями, снятие которых во время работы двигателей строго воспрещается.

В тех производствах, где возможна систематическая перегрузка электродвигателей по технологическим причинам, необходима установка защиты от перегрузки. Эта защита должна воздействовать на аварийную сигнализацию, на управляющие органы с целью разгрузки механизма или на пусковую аппаратуру для отключения двигателя.

Асинхронные двигатели должны иметь защиту от коротких замыканий с помощью автоматического вык­лючателя либо предохранителей с плавкими вставками. Уставки автоматов и номинальный ток плавких вставок выбираются так, чтобы не допускать ложного срабатыва­ния защиты при пусковых токах.

Для короткозамкнутых двигателей с легкими условиями пуска ток плавкой вставки должен быть равным 0,4 пускового тока двигателя. Для тяжелых условий пуска ток плавкой вставки выбирается равным 0,5—0,6 пускового тока двигателя. Для электродвигателей с фазным ротором ток плавкой вставки составляет 1—2 номинального тока двигателя.

Перед пуском двигателя необходимо своевременное предупреждение рабочих, обслуживающих его, о запуске.

Надзор и уход за двигателями

При необходимости наблюдения за пуском и работой асинхронных  электродвигателей   механизмов,  регулирование технологических процессов которых осуществляется по току, на панели управления должен быть установлен амперметр, измеряющий ток в цепи статора двигателя. На шкале этого прибора должен быть отмечен красной чертой ток, на 5% превышающий номинальный ток двигателя. Для контроля наличия напряжения на групповых щитках должны быть установлены вольтметры или сигнальные лампы.

На электродвигателях и приводимых ими механизмах должны быть нанесены стрелки, указывающие направление их вращения. На пускорегулирующих аппаратах должны быть отмечены положения «пуск» и «стоп», «включено» и «выключено».

Постоянный надзор за работой асинхронного двигателя: контроль нагрузки, температуры подшипников, вибраций, температуры охлаждающего воздуха — при замкнутой системе вентиляции осуществляется оперативным персоналом цеха, обслуживающим соответствующие производственные механизмы. Обслуживающий персонал должен следить за чистотой двигателя, периодически стирать с него пыль, следить за недопустимым попаданием воды или пара внутрь двигателя и т. д.

Асинхронные двигатели, длительное время находящиеся в резерве, должны осматриваться и периодически опробоваться по графику, утвержденному ответственным за электрохозяйство данного предприятия.

Температуру подшипников можно проверять на ощупь или с помощью термометров.

В подшипниках скольжения необходимо проверять уровень масла и его чистоту. При низком уровне производится доливка масла, марка которого указывается в инструкции по эксплуатации. Чтобы масло не попадало на обмотки, не следует допускать перелива его. Доливка масла производится, как правило, не чаще 1 раза в месяц, а его смена не реже 1 раза в год, а также в случае загрязнения масла или сильного нагрева подшипника.

В подшипниках качения, кроме того, необходимо следить за возможностью возникновения ненормального шума, который указывает на отсутствие смазки или появление дефектов на поверхностях качения. В подшипниках качения используются консистентные, мазеподобные смазки, замена которых должна производиться не реже 1 раза в год.

Персонал электроцеха должен периодически проверять электрическую прочность изоляции обмоток двигателя. Изоляция обмоток относительно корпуса и между обмотками должна выдерживать практически синусоидальное напряжение частотой 50 Гц в течение 1 мин. Значения испытательных напряжений указаны в табл.8.

Таблица 8

Характеристика электродвигателя или его части	Испытательное напряжение
1.    Мощность   менее   1   кВт   (или 1 кВ∙А), напряжение ниже 100 В	500 В плюс двукратное номи­нальное напряжение
2. Мощность более 1 кВт (или 1 кВ∙А), напряжение ниже 100 В	1000 В плюс двукратное номинальное напряжение
3. Мощность до 1000 кВт (или 1000 кВ∙А) за исключением пп. 1, 2	1000 В плюс двукратное номинальное напряжение, но не менее 1500 В
4. Обмотки ротора, не находящиеся непрерывно в короткозамкнутом состоянии:
для двигателей, допускающих торможение противовключением	1000 В плюс четырехкратное номинальное напряжение обмоток ротора
для двигателей,  не  предназначенных   для торможения противовключением	1000 В плюс двукратное напряжение обмоток ротора

Испытания электрической прочности изоляции проводятся после замера сопротивления изоляции и только при удовлетворительных результатах замера. Если у двигателя не выведены отдельно концы и начала фаз обмоток, испытываются сразу все обмотки (отсоединенные от схемы питания) по отношению к корпусу. При этом один полюс источника испытательного напряжения соединяется с заземленным корпусом двигателя. Испытания, как правило, осуществляются с помощью специального трансформатора, снабженного устройством для регулировки напряжения и измерительной аппаратурой [Л. 9].

Испытания необходимо начинать при напряжении, равном примерно 1/3 испытательного, а затем плавно в течение не менее 10 с увеличить его до полного испытательного напряжения. Это напряжение выдерживается в течение 1 мин, затем плавно снижается до 1/3 и отключается. После чего испытываемую обмотку или обмотки соединяют с корпусом двигателя для снятия электрического заряда.

Электрическая прочность междувитковой изоляции обмоток должна выдерживать в течение 5 мин напряжение, превышающее номинальное на 30%. Испытания проводятся для асинхронных короткозамкнутых двигателей в режиме холостого хода, для двигателей с фазным ротором — при разомкнутой обмотке ротора.

Для некоторых двигателей с фазным ротором при малом числе полюсов испытания могут проводиться: 1) для обмотки статора при замкнутом накоротко и вращающемся роторе; 2) для обмотки ротора и вращении с номинальной частотой посторонним двигателем против направления вращения поля статора с подведением к статору напряжения, равного 65% номинального. В этом случае в роторе наводится напряжение, близкое к 130% номинального. С применяемой аппаратурой и методикой испытания более подробно можно ознакомиться в [Л. 9].

Сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками (МОм) определяют по проходящему через нее току при приложении постоянного напряжения при рабочей температуре двигателя:

где Uн — номинальное напряжение, В; Рн — номинальная мощность двигателя, кВт.

Сопротивление r должно быть не менее 0,5 МОм. Необходимо отметить сильную зависимость сопротивления изоляции от температуры. Если испытания проводились при температуре ниже рабочей, то полученные r из приведенной выше формулы необходимо удваивать при разнице между температурами испытаний и рабочей на каждые 20°С (полные или неполные).

Измерение сопротивления изоляции производится с помощью мегаомметра с ручным или электрическим приводом, а также методом вольтметра-амперметра [Л. 9]. Перед измерением проверяют упрощенно правильность работы прибора. Кроме того, обмотки кратковременно на 1—2 мин заземляют, а затем, отсоединив от земли, проверяют их сопротивление. Показания прибора фиксируют при установившейся стрелке через 15—60 с после начала измерений (вначале возможен бросок стрелки).

Во время измерений сопротивления изоляции одной из обмоток все остальные обмотки, если они не соединены с первой, следует соединить с корпусом двигателя. После измерений обмотки необходимо разрядить на корпус.

Сроки измерения сопротивления изоляции задаются в инструкции по эксплуатации двигателей в зависимо­сти от конкретных местных условий. В нормальных условиях сопротивление изоляции сохраняется в требуемых пределах довольно длительное время (месяцами), поэтому замеры следует производить не чаще чем через месяц. Это лучше всего производить при остановках основного агрегата. Сопротивление изоляции необходимо измерять также после ремонтов.

При работе в нормальных условиях двигатели периодически в соответствии с действующей системой планово-предупредительных ремонтов (ППР) подвергаются текущим и капитальным ремонтам. Как правило, текущий ремонт и обдувки двигателей производятся одновременно с ремонтом приводимых механизмов в зависимости от условий данного технологического производства.

Капитальный ремонт (с выемкой ротора) асинхронных двигателей ответственных механизмов, работающих в тяжелых температурных условиях, повышенной влажности и при загрязненности окружающей среды, должен проводиться, как правило, не реже 1 раза в 2 года. Для двигателей, работающих в нормальных условиях, сроки капитального ремонта устанавливаются ответственным за электрохозяйство.

Уход за щетками и замену их на работающем электродвигателе, отключение и подключение двигателя, а также его ремонт необходимо производить в строгом соответствии с правилами техники безопасности [Л. 11].

Для обеспечения нормальной работы электродвигателей предусматриваются  различные   виды   испытаний:

межремонтные испытания, т. е. профилактические испытания, не связанные с выводом двигателей в ремонт;

испытания при текущих ремонтах двигателей;

испытания при капитальных ремонтах двигателей.

Сроки проведения испытаний устанавливаются ответственным за электрохозяйство предприятия в соответствии со сроками ремонтов электродвигателей.

В табл. 9 указаны наиболее характерные неисправности асинхронных двигателей   и способы   их устранения.

Таблица 9

Виды неисправностей	Причины возникновения неисправностей	Пути устранения неисправностей
Двигатель гудит при включении, медленно вращается или не трогается с места	а) Обрыв в цепи статора, сгорание предохранителя, обрыв цепи одной из фаз (наконечник, кабель, контактор) б)   Обрыв обмотки статора в)   Обрыв в цепи фазного ротора (реостат,  щетки, кабель) г) Нарушение контакта между стержнями и кольцами в коротко- замкнутом роторе (появление искр и дыма) д)   Механическое заедание в двигателе или приводимом  механизме е)    Недостаточное превышение пускового момента двигателя над начальным моментом механизма ж)    Неправильная схема соединения обмоток статора  (Y вместо Δ или одна фаза  перевернута)	Замена  предохранителя, восстановление цепи питания Ремонт (перемотка статора) Восстановление цепи ротора Ремонт ротора Очистка двигателя или механизма от грязи и пы­ли Замена на двигатель с большим пусковым моментом Переключение схемы соединения обмоток статора
Повышенный нагрев подшипника скольжения	а) Низкий уровень масла б) Загрязнение масла в) Дефект кольца, бой шейки вала, износ деталей полумуфт и т. п.	Добавка масла Замена масла Ремонт двигателя
Повышенный нагрев подшипника качения	а) Отсутствие смазки (высыхание, вытекание) б) Избыток смазки в) Дефекты в подшипнике (появление ненормального шума)	Добавки или замена смазки Уменьшение смазки Ремонт двигателя (замена подшипника)
Повышенный нагрев корпуса	а) Перегрузка по току б) Недостаточный обдув (при принудительном охлаждении) в) Забивание грязью вен¬тиляционного канала в стали статора и ротора г) Нарушение изоляции между листами стали статора (местный нагрев статора)	Снижение тока или замена двигателя Прочистка каналов вентиляции и др. Продувка сжатым воздухом или ремонт Ремонт двигателя
Появление искр и дыма при работе двигателя	а) Задевание ротора за статор б) Неисправности в пуско- регулирующей и защитной аппаратуре	Ремонт двигателя Проверка аппаратуры управления и защиты
Сильная вибрация двигателя	а) Нарушение центровки двигателя с механиз мом б) Неисправности в  сое динительных муфтах в) Небаланс ротора, повреждения подшипников, смещение статора относительно  ротора и др.	Проверка крепления двигателя, прочности фундамента Проверка работы двигателя, отсоединенного от механизма Ремонт двигателя
Колебания тока статора при работе  двигателя	Нарушение контакта в цепи фазного ротора или контакта между стержнями и кольцами короткозамкнутого ротора во время работы двигателя	При     малых    колебаниях — вывод   в    ремонт двигателя при первой возможности.  При больших колебаниях — остановка и ремонт