Повышенный нагрев активной стали статора. Нагрев активной стали статора может возникнуть из-за перегрузки синхронной машины, а также от замыкания в листах шихтовки сердечника при слабой прессовке на заводе-изготовителе. При слабой прессовке сердечника происходят микроподвижка листов шихтовки с частотой перемагничивания 100 Гц/с, а также повышенная вибрация активной стали.
В процессе вибрации активной стали происходит истирание изоляции листов. Листы с поврежденной изоляцией контактируют между собой и в образовавшемся стальном неизолированном пакете вихревые токи нагревают сердечник. При этом может произойти расширенное замыкание по всей расточке статора или местное.
В зависимости от площади замыкания в листах может возникнуть так называемый «пожар в железе», сильно перегревающий изоляцию и приводящий к ее повреждению. Это явление опасно в крупных синхронных машинах, особенно в турбогенераторах.
Избавляются от такого опасного явления в активной стали следующим образом:
• крупные синхронные машины имеют измерительные средства по току и мощности (амперметры и ваттметры), поэтому уровень нагрузки легко контролируется, и меры по снижению нагрузки можно принять быстро. Нагрев обмотки и активной стали контролируется с помощью термопар, заложенных в статор для замера температуры обмотки и сердечника;
• в случае замыкания активной стали, особенно местного характера, это явление обнаруживается в работающей машине только на слух. Возникает зудящая вибрация, и ее слышно приблизительно в том месте статора, где замкнута активная сталь. Для устранения этого явления машину следует разобрать. Обычно крупные синхронные двигатели изготовляют с удлиненными валами, что дает возможность снять щиты и сдвинуть статор, в котором можно работать.
Затем для уплотнения стали в зубцы забивают клинья из текстолита, промазанные одним из клеящих лаков (№ 88, МЛ-92 и др.). Перед расклиновкой зубцов активную сталь тщательно продувают сухим компрессорным воздухом.
Если по какой-либо причине возникло замыкание и оплавление железа в зубцах, поврежденные участки тщательно вырубают, зачищают, между листами заливают лак воздушной сушки и листы расклинивают. Если после этого зудящая вибрация не исчезает, следует повторить расклиновку до полного исчезновения вибрации активной стали.
В высоковольтных крупных машинах проверку качества ремонта и шихтовки листов проводят индукционным способом.
Перегрев обмотки статора. Наиболее частой причиной местных перегревов обмоток статоров синхронных машин являются витковые замыкания. При возникновении виткового замыкания в обмотке статора, компаундированной битумом, машина отключится максимальной защитой в связи с повышением тока в поврежденной фазе. В месте виткового замыкания битум расплавится, затечет между витки и изолирует их. Примерно через 30— 40 мин после того, как застынет битум, следует запустить синхронную машину. Многолетний опыт подтверждает благоприятный исход изложенного порядка ликвидации повреждения обмотки.
Однако такое восстановление изоляции статора нельзя считать надежным, хотя и восстановленная изоляция может длительное время надежно работать до остановки двигателя на плановый ремонт.
В статорных обмотках синхронных машин возможны неисправности, аналогичные неисправностям в обмотках асинхронных двигателей, как например, перегрузка по току при снижении напряжения в сети. В этом случае требуется повысить напряжение сети до номинального.
Перегрев обмотки возбуждения. В отличие от статорной обмотки синхронных машин обмотки возбуждения питаются постоянным током. Изменяя ток возбуждения в синхронной машине, можно регулировать коэффициент мощности. Ток возбуждения регулируют в пределах номинальных значений для каждого типа синхронных машин.
С увеличением тока возбуждения повышается перегрузочная способность синхронных двигателей, улучшается коэффициент мощности благодаря высоким компенсирующим способностям таких машин, повышается уровень напряжения в зоне их действия. Однако с увеличением тока в обмотке возбуждения повышается нагрев этой обмотки, а также увеличивается ток в статорной обмотке. Поэтому ток в обмотке возбуждения регулируют до такого уровня, при котором ток в обмотке статора становится минимальным, коэффициент мощности равным единице, а ток возбуждения находится в пределах номинального значения.
При замыкании в цепи обмотки возбуждения повышается температура обмотки, перегрев может оказаться недопустимым; возникает вибрация ротора, которая может оказаться тем сильнее, чем большая часть витков обмотки окажется замкнутой.
Возможность возникновения замыкания в обмотке возбуждения объясняется следующим. В результате усыхания и усадки изоляции катушек полюсов появляется подвижка катушек, в связи с этим корпусная и витковая изоляция истирается, что в свою очередь создает условия для возникновения замыкания между витками и на корпус полюса.
Повреждения обмотки возбуждения во время запуска синхронных двигателей. Иногда возникают повреждения изоляции обмотки возбуждения синхронных двигателей в начальный момент пуска. При замыкании обмотки возбуждения на корпус работа синхронного двигателя недопустима.
Для того чтобы понять причины появления неисправностей в процессе пуска синхронных двигателей, необходимо знать их устройство.
Статор и обмотки синхронного двигателя по конструкции аналогичны статору асинхронного двигателя. Синхронный двигатель отличается от асинхронного конструкцией ротора.
Ротор синхронного двигателя с частотой вращения до 1500 об/мин имеет явнополюсное исполнение, т. е. полюсы укрепляют на роторной звезде (ободе). Роторы быстроходных машин изготовляют неявнополюсными. В полюсных наконечниках в выштампованные отверстия вставлены медные или латунные стержни пусковой обмотки. На полюса (на корпусную изоляцию) насажены катушки обмотки возбуждения, соединенные последовательно между собой.
Обычно запуск синхронного двигателя с пусковой обмоткой производят в асинхронном режиме. Если обмотка возбуждения синхронного двигателя глухо соединена с возбудителем, то промежуточный аппарат для подачи возбуждения не требуется; машина входит в синхронизм, будучи возбужденной от постоянно подключенного возбудителя к обмотке возбуждения.
Однако есть схемы, особенно крупных машин, когда возбуждение подается от отдельно установленного возбудителя через коммутирующий аппарат-контактор, обычно трехполюсный. Такой контактор имеет следующую кинематику: два полюса с нормально открытыми контактами, а третий — с нормально закрытым контактом. Нормально закрытый контакт при включении контактора размыкается лишь тогда, когда замыкаются контакты нормально открытые, и наоборот, разомкнутся они тогда, когда замкнется нормально закрытый контакт. Во время регулировки контактов следует строго соблюдать порядок их замыкания и размыкания.
Такие требования к контактору подачи возбуждения вызваны тем, что если при пуске двигателя нормально открытый контакт контактора, через который обмотка возбуждения замкнута на сопротивление, окажется разомкнутым, изоляция катушек будет повреждена на корпус. Объясняется это следующим образом.
В момент включения ротор неподвижен и машина представляет собой трансформатор, вторичной обмоткой которого является обмотка возбуждения, на концах которой напряжение, пропорциональное числу витков, может достигнуть нескольких тысяч вольт и пробить изоляцию на корпус. В этом случае машину разбирают.
Если синхронный двигатель выполнен с удлиненным валом, статор сдвигают, поврежденный полюс снимают и ремонтируют поврежденную корпусную изоляцию. Затем полюс устанавливают на место, после чего проверяют мегомметром сопротивление изоляции относительно корпуса; отсутствие виткового замыкания остальной части обмотки возбуждения подачей переменного напряжения на контактные кольца. В случае возникновения виткового замыкания эта часть обмотки будет греться. Место замыкания можно легко обнаружить.
Неисправности в щеточном аппарате и контактных кольцах. В процессе эксплуатации синхронных двигателей в щеточном аппарате и контактных кольцах по различным причинам возникают неисправности. Основные из них следующие.
Интенсивный износ кольца на отрицательном полюсе объясняется переносом частиц металла на щетку. При износе контактного кольца на его поверхности появляются глубокие борозды щетки быстро изнашиваются; при замене новую щетку правильно по кольцу подогнать невозможно. Для ограничения износа кольца следует изменять полярность (т. е. менять местами подключение кабеля к траверсе щеткодержателя) с периодичностью один раз в 3 мес.
В результате электрохимических явлений под действием тока от гальванической пары при контакте щетки с неподвижным кольцом во влажной атмосфере на поверхности колец появляются шероховатые пятна, вследствие чего во время работы машины щетки интенсивно срабатываются и искрят. Способ устранения: кольца прошлифовать и отполировать.
Во избежание в дальнейшем появления пятен на поверхности колец, под щетки заводят (при длительной стоянке машины) прокладку из прессшпана.
При проверке щеточного аппарата выясняется, что часть щеток в обоймах щеткодержателей туго ходит, не касаясь контактных колец, и в работе не участвует. Оставшиеся в работе щетки, будучи перегружены, искрят и греются, т. е. интенсивно изнашиваются. Возможной причиной может быть следующее: щетки установлены в обоймы щеткодержателей плотно, без допусков; грязь, расклинивающая щетки, из-за чего они зависают в обоймах; слабое нажатие на щетки; плохая вентиляция щеточного аппарата; установлены щетки с высокой твердостью и большим коэффициентом трения.
Способы устранения: щетки должны соответствовать рекомендациям завода — изготовителя машины; новые щетки должны входить в обойму щеткодержателей с зазором 0,15—0,3 мм; давление на щетку регулируют в пределах 0,0175—0,02МПа/см2 (175—200 г/см2) с допустимой разницей давлений в пределах 10%; щеточный аппарат, изоляцию колец следует содержать в чистоте, периодически продувая сухим компрессорным воздухом; допустимое биение поверхности контактных колец должно быть в пределах 0,03—0,05 мм.
Неисправности в пусковой клетке ротора.
Пусковая клетка (обмотка) ротора (аналогичная беличьей клетке асинхронных двигателей) является неотъемлемой частью синхронных двигателей и предназначена для пуска их в асинхронном режиме.
Пусковая клетка находится в тяжелом пусковом режиме, нагреваясь до температуры 250 °С. При достижении частоты вращения 95 % пн в обмотку возбуждения подается постоянный ток, ротор полностью входит в синхронизм с вращающимся полом статора и частотой сети. В этом случае в пусковой клетке ток снижается до 0. Таким образом, за время разгона ротора синхронного двигателя в пусковой клетке, кроме указанной выше температуры, возникают электродинамические, а также центробежные силы, деформирующие стержни клетки и их соединения с короткозамкнутыми кольцами.
В ряде случаев при внимательном осмотре пусковых клеток обнаруживаются обрывы стержней, полные или начинающиеся, разрушение короткозамыкающих колец. Такие повреждения пусковой клетки отрицательно сказываются на пуске двигателя, который либо совсем невозможно пустить, либо он не разворачивается до номинальных оборотов. При этом сила тока во всех трех фазах одинакова.
Возникшие в пусковой клетке неисправности устраняют запайкой твердым припоем. Все места, подлежащие запайке, следует тщательно осмотреть, с противоположной стороны соединительной шины, проверить качество пайки стержней с помощью зеркала. Затем все повреждения тщательно расчистить и запаять.