ИЭРЭТУ_2

напряжением, равным 1,3 от номинального, в течение 3 мин. Для гидрогенераторов изоляция обмотки между смежными витками должна испытываться напряжением, равным 1,5 от номинального, в

течение 5 мин, для турбогенераторов – напряжением, равным 1,3 от номинального, в течение 5 мин. Требуемое значение испытательного напряжения генераторов достигается увеличением тока возбуждения.

При испытаниях машин постоянного тока с числом полюсов более четырех напряжение между смежными коллекторными пластинами не должно превышать 24 В.

2.3. Методы определения коэффициента полезного действия

Коэффициент полезного действия электрической машины оп-

ределяется отношением полезной мощности к подводимой и вы-

ражается в процентах:

или

где – подводимая к электрической машине активная мощность;

Поскольку при испытаниях всегда контролируется электричес-

кая мощность, то первое выражение в формуле (2.9) используется для определения КПД двигателей, а второе – КПД генераторов.

Машина при определении КПД не должна иметь вибраций, пре-

пятствующих нормальной работе отдельных узлов, недопустимых шумов, ее подшипники, подпятники, коллектор (или контактные кольца) и щетки должны быть приработаны, а температура всех час-

тей машины равна рабочей. Температура охлаждающей среды не должна превышать предельных значений, установленных ГОСТ 183 – 74** «Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования».

Для определения КПД электрической машины используются два метода: непосредственный и косвенный.

Непосредственный метод определения КПД с использованием формулы (2.8) применяется, как правило, для машин с КПД не более

85%.

Вэтом случае КПД определяют следующими способами:

способ измерения мощности (способ «двигатель – генератор»),

при котором подводимую и отдаваемую мощности определяют с по-

мощью электроизмерительных приборов;

способ торможения, при котором развиваемый двигателем вращающий момент и соответствующую ему отдаваемую мощность определяют с помощью тормозного устройства, а подводимую элек-

трическую мощность – с помощью электроизмерительных приборов;

способ нагрузки (способ тарированной машины), при котором потребляемая двигателем (отдаваемая генератором) электрическая

мощность определяется с помощью электроизмерительных приборов,

а отдаваемая механическая мощность двигателя (потребляемая мощ-

ность генератора) измеряется с помощью тарированной машины,

мощность которой должна быть соизмерима с мощностью испытуе-

мой машины.

Косвенный метод определения КПД с использованием форму-

лы (2.9) применяется для машин с КПД более 85 %, он основан на измерении потерь мощности в электрической машине:

Рст – потери мощности в стали; Рмех – механические потери;

Рэ1+Рэ2 – основные потери мощности в цепях рабочих обмоток ма-

шины; Рдоб – потери мощности в переходных контактах щеток, на возбуждение и добавочные (потери, не учитываемые предыдущими видами).

К потерям электрической машины необходимо относить и поте-

ри во вспомогательных устройствах, без которых невозможна ее нор-

мальная эксплуатация, а именно: потери в регулировочных реостатах,

в постоянно включенных нерегулируемых сопротивлениях, в аппара-

туре, применяемой для самовозбуждения (в случае питания этой ап-

паратуры от сети, к которой присоединены выводы электрической машины), и других подобных вспомогательных приборах и аппара-

тах. Суммарные составляющие основных потерь в цепях рабочих об-

моток, потери в переходных контактах щеток и потери на возбужде-

ние определяются путем расчетов, а потери в стали и механические потери – опытным путем.

Добавочные потери для синхронных машин мощностью свыше

100 кВ·А рекомендуется определять опытным путем, а для остальных

машин – путем расчетов. В последнем случае они принимаются рав-

ными 1% от отдаваемой мощности некомпенсированных генераторов постоянного тока или 1% от подводимой мощности некомпенсиро-

ванных двигателей постоянного тока и коллекторных двигателей пе-

ременного тока. Для остальных машин добавочные потери принима-

ются равными 0,5% от отдаваемой мощности генераторов или по-

требляемой мощности двигателей.

Основные потери в обмотке якоря машины постоянного тока, в

последовательно соединенных с нею других обмотках (последова-

тельной обмотке возбуждения, обмотке добавочных полюсов и ком-

пенсационной обмотке), а также основные потери в обмотке якоря синхронной машины мощностью до 100 кВ·А и в обмотке статора асинхронной машины рассчитываются по формуле

где Рэ1 – электрические потери в указанных обмотках, Вт; т1 – число фаз обмотки; I1 – рабочий ток фазы, А; – сопротивление обмотки фазы при постоянном токе, приведенное к расчетной рабочей темпе-

ратуре, Ом.

Расчетная рабочая температура обмотки принимается равной: 75°С – для обмоток, предельные допускаемые превышения темпера-

туры которых соответствуют классам нагревостойкости А, Е, В, и 115°С – для обмоток, предельные допускаемые превышения темпера-

туры которых соответствуют классам нагревостойкости F, Н.

Основные потери в обмотке ротора Рэ2 асинхронной машины

определяют через электромагнитную мощность Рэм и скольжение s:

В формуле (2.11) знак «–» соответствует двигательному режиму асинхронной машины, а знак «+» – генераторному, причем асин-

хронная машина в двигательном режиме потребляет мощность Р1, а в генераторном эту мощность отдает.

Потери в параллельных обмотках возбуждения рассчитывают по току и напряжению возбуждения. В машине с возбуждением от неза-

висимого источника потери на возбуждение вычисляются по току возбуждения и сопротивлению обмотки возбуждения при постоянном токе, приведенному к расчетной рабочей температуре. В случае воз-

буждения от электромашинного возбудителя учитываются потери в возбудителе и всех устройствах, входящих в его комплект, за исклю-

чением механических потерь.

Потери в переходных контактах щеток каждой полярности рас-

считывают по току и переходному падению напряжения, которое принимается равным: 1 В – для угольных и графитовых щеток; 0,3 В

– для металлоугольных и металлографитовых щеток Для опытного определения потерь в стали и механических по-

терь (а также добавочных потерь синхронных машин мощностью свыше 100 кВ·А) можно использовать способы вращения в режиме ненагруженного двигателя, тарированной машины, самоторможения и калориметрический.

Указанные способы следует применять при практически устано-

вившемся тепловом состоянии частей испытуемой машины, в частно-

сти подшипников.

Способ вращения в режиме ненагруженного двигателя ис-

пользуется в машинах всех видов, которые допускают вращение в режиме холостого хода при питании от источника напряжения.

Испытуемая машина вращается в режиме холостого хода с но-

минальной частотой при напряжении, изменяемом от значения, при котором проводится испытание межвитковой изоляции на электриче-

скую прочность, до наименьшего значения, обеспечивающего устой-

чивое вращение с этой частотой.

Постоянство частоты вращения во время опыта достигается поддержанием неизменной частоты приложенного напряжения в ма-

шинах переменного тока и регулированием тока возбуждения в ма-

шинах постоянного тока. Возбуждение синхронных машин и машин постоянного тока при любой системе возбуждения осуществляется от независимого источника. Для машин постоянного тока измеряют приложенное напряжение, ток и частоту вращения, а для машин пе-

ременного тока, кроме того, частоту сети и подводимую активную мощность.

Сумму потерь в стали и механических потерь определяют вычи-

танием из измеренной подводимой мощности основных потерь, соз-

даваемых в обмотках рабочей цепи машины, и потерь в переходных контактах щеток. Основные потери рассчитывают, определив сопро-

тивление обмоток сразу после окончания опыта.

Способ тарированного двигателя используется для машин по-

стоянного тока и синхронных. Испытуемую машину приводят во вращение с номинальной частотой тарированным двигателем и воз-

буждают от независимого источника. Для определения потерь в стали и механических потерь напряжение на выводах обмотки разомкнуто-

го якоря испытуемой машины изменяют регулированием тока возбу-

ждения от наибольшего напряжения, соответствующего испытаниям межвитковой изоляции, до напряжения, соответствующего остаточ-

ному намагничиванию при разомкнутой обмотке возбуждения. При этом измеряют мощность, подводимую к тарированному двигателю,

и все величины, необходимые для определения потерь в нем.

Сумму механических потерь и потерь в стали испытуемой ма-

шины рассчитывают путем вычитания из подводимой мощности по-

тери в тарированном двигателе.

Данный способ применяется для определения суммы основных потерь в обмотке якоря и добавочных потерь синхронных машин мощностью свыше 100 кВ·А.

Способ самоторможения используется для машин постоянного тока и синхронных машин, имеющих значительный момент инерции ротора. Для определения потерь частоту вращения испытуемой ма-

шины доводят до значения, несколько превышающего номинальное,

после чего источник энергии отключают. При этом в ходе испытаний машин постоянного тока проводят два опыта: самоторможение без возбуждения и самоторможение при холостом ходе и токе возбужде-

ния, которому соответствует номинальное напряжение на выводах разомкнутой обмотки якоря при номинальной частоте вращения.

Для синхронных машин мощностью свыше 100 кВ·А дополни-

тельно проводят третий опыт – самоторможение при симметричном коротком замыкании на выводах обмотки якоря и номинальном токе в этой обмотке.

Диапазон изменения частоты вращения в опыте составлявляет

110...90% от номинальной, а в некоторых случаях может быть уменьшен до 105...95 %. Во время опыта записывается изменение частоты вращения п в функции времени, а также контролируются по-

казания электроизмерительных приборов (в цепи якоря машины) в

момент прохождения номинальной частоты вращения. Расчет потерь ведется по осциллограмме n(t) с использованием формулы

где Р – потери в машине, вызывающие ее торможение, Вт; – момент инерции ротора (или роторов в случае использования для разгона вспомогательного двигателя), значение которого известно, кг·м2; пн –

номинальная частота вращения машины, 1/с; dn/dt – замедление ро-

тора в точке п = пн, 1/с2.

В случае применения вспомогательного двигателя должны быть известны его механические потери и момент инерции ротора.

Из первого опыта по формуле (2.13) определяют механические потери Рмех, из второго – сумму механических потерь и потерь в ста-

ли Рмех + Рст, из третьего – сумму механических и добавочных потерь,

а также потерь в обмотке якоря Рмех + Рдоб + Рэ1 (потери в стали вследствие малой величины рабочего потока в режиме короткого за-

мыкания можно не учитывать).

Калориметрический способ более трудоемок, чем способ са-

моторможения, так как он дает правильные результаты при устано-

вившемся тепловом процессе, время достижения которого может быть весьма значительным. Суть метода заключается в измерении потерь, выносимых из машины всеми охлаждающими средами (газ,

масло, вода). Для определения потерь измеряют расход охлаждаю-

щих сред и повышение их температуры при прохождении через ис-

пытуемую машину, находящуюся в практически установившемся те-

пловом состоянии, либо сравнением нагревания охлаждающих сред при прохождении через испытуемую машину и через устройство, в

котором выделяется известная мощность (если конструкция испы-

туемой машины не допускает измерение расхода охлаждающих сред).

Суммарные потери рассчитывают по формуле

где – расход i-й охлаждающей среды, м3/с; – объемная теплоем-

кость этой среды, Дж/(м3·К); ∆ – разность температур этой среды на выходе и входе машины, К.

При использовании калориметрического способа проводят три опыта при номинальной частоте вращения: с невозбужденной маши-

ной – для определения механических потерь; с разомкнутой обмоткой якоря и номинальным напряжением на ней – для определения суммы потерь в стали, механических потерь и потерь на возбуждение при токе возбуждения холостого хода; с замкнутой накоротко обмоткой якоря при номинальном токе якоря – для определения суммы меха-

нических потерь, основных потерь в обмотке якоря, добавочных по-

терь и потерь на возбуждение при токе возбуждения короткого замы-

кания. Последний опыт проводят для определения основных потерь в обмотке якоря и добавочных в синхронных машинах мощностью свыше 100 кВ·А. Потери в каждом опыте рассчитываются по форму-

ле (2.14).

При расчете КПД синхронных машин и машин постоянного то-

ка, полученные опытным путем потери в стали и механические не следует разделять, для асинхронных машин эти потери следует раз-

делять.

Для определения потерь в стали и механических потерь в асин-

хронных двигателях можно использовать калориметрический способ и способ вращения в режиме ненагруженного двигателя.

При использовании калориметрического способа определяют механические потери Рмех и сумму потерь в стали Рст, механических и электрических потерь в обмотке статора. Электрические потери Рэ1

при известных значениях тока, активного сопротивления и темпера-

туры обмотки статора (из опыта) определяют расчетным путем по формуле (2.10). Определив Рмех, Рэ1 и сумму Рмех + Рст + Рэ1 рассчиты-

вают потери в стали Рст.

При использовании способа вращения в режиме ненагруженного двигателя опыт проводят при нескольких значениях приложенного напряжения. В результате получают зависимость ( ), где – сумма механических потерь, потерь в стали и электрических потерь в обмотке статора. Вычитая из Р10 электрические потери (при извест-

ном значении тока I10 и сопротивления обмотки статора), получают