Jak określić temperaturę uzwojeń silników prądu przemiennego na podstawie ich rezystancji
Pomiar temperatury uzwojeń podczas prób rozgrzewania silnika
Temperaturę uzwojeń określa się, testując silnik pod kątem nagrzewania. Próby nagrzewania wykonuje się w celu określenia temperatury bezwzględnej lub przyrostu temperatury uzwojenia lub części silnika w stosunku do temperatury czynnika chłodzącego przy obciążeniu znamionowym. Materiały elektroizolacyjne stosowane do budowy maszyn elektrycznych starzeją się i stopniowo tracą swoją wytrzymałość elektryczną i mechaniczną. Szybkość tego starzenia zależy głównie od temperatury, w której pracuje izolacja.
Liczne eksperymenty wykazały, że trwałość (żywotność) izolacji zmniejsza się o połowę, jeśli temperatura, w której ona pracuje, jest o 6-8°C wyższa niż granica dla danej klasy żaroodporności.
GOST 8865-93 ustanawia następujące klasy odporności na ciepło materiałów elektroizolacyjnych i ich charakterystyczne temperatury graniczne:
Klasa odporności na ciepło — Y A E B F H C Temperatura graniczna odpowiednio — 90, 105, 120, 130, 155, 180, powyżej 180 gr. S
Testy nagrzewania można wykonywać pod obciążeniem bezpośrednim oraz pośrednim (nagrzewanie od strat w rdzeniu). Prowadzone są do ustalonej temperatury przy praktycznie niezmienionym obciążeniu. Uwzględnia się temperaturę w stanie ustalonym, która w ciągu 1 godziny zmienia się nie więcej niż o: 1 °C.
Jako obciążenie w testach nagrzewania stosuje się różne urządzenia, z których najprostszymi są różne hamulce (klocki, opaski itp.), a także obciążenia zapewniane przez generator współpracujący z reostatem.
Podczas prób nagrzewania określana jest nie tylko temperatura bezwzględna, ale również przyrost temperatury uzwojeń powyżej temperatury czynnika chłodzącego.
Tabela 2 Maksymalne dopuszczalne przyrosty temperatury części silnika
Części do silników elektrycznych
Maksymalny dopuszczalny wzrost temperatury, ° C, z klasą odporności cieplnej materiału izolacyjnego
Metoda pomiaru temperatury
A
mi
V
F
H
Zmienny prąd uzwojenia silników 5000 kV-A i więcej lub o długości sierpowatej 1 m i więcej
60
70
80
100
125
Rezystancja lub temperatura w detektorach rozmieszczonych przez rowki
To samo, ale mniej niż 5000 kV A lub s długość rdzenia 1m i więcej
50*
65*
70**
85**
105***
Termometr lub koopozycja
Uzwojenia prętów asynchronicznych silników wirnikowych
65
80
90
110
135
Termometr lub koopozycja
Pierścienie ślizgowe
60
70
80
90
110
Termometr lub temperatura w głośnikach
Rdzenie i inne części stalowe, cewki stykowe
60
75
80
110
125
Termometr
To samo, bez styków oddzielających się od uzwojeń
Wzrost temperatury tych części nie może przekraczać wartości, które stwarzałyby ryzyko uszkodzenia izolacji lub innych powiązanych materiałów
* Przy pomiarze metodą rezystancyjną dopuszczalna temperatura jest podwyższona o 10°C. **Taka sama, przy 15°C. ***Taka sama, przy 20°C.
Jak widać z tabeli, GOST zapewnia różne metody pomiaru temperatury, w zależności od konkretnych warunków i części maszyn, które mają być mierzone.
Metoda termometru służy do określenia temperatury powierzchni w miejscu aplikacji. (powierzchnia obudowy, łożyska, uzwojenia), temperatura otoczenia oraz powietrze wchodzące i wychodzące z silnika. Stosowane są termometry rtęciowe i alkoholowe. W pobliżu silnych zmiennych pól magnetycznych należy używać wyłącznie termometrów alkoholowych, ponieważ zawierają one rtęć indukowane są prądy wirowezniekształcenie wyników pomiarów. W celu lepszego przenoszenia ciepła z węzła do termometru zbiornik tego ostatniego jest owinięty folią, a następnie dociśnięty do ogrzewanego węzła. W celu izolacji termicznej termometru na folię nakłada się warstwę waty lub filcu, aby ten ostatni nie wpadł w przestrzeń między termometrem a nagrzaną częścią silnika.
Podczas pomiaru temperatury czynnika chłodzącego termometr należy umieścić w zamkniętym naczyniu metalowym wypełnionym olejem i chroniącym termometr przed promieniowaniem cieplnym emitowanym przez otaczające źródła ciepła i samą maszynę oraz przypadkowymi prądami powietrza.
Podczas pomiaru temperatury zewnętrznego czynnika chłodzącego kilka termometrów umieszcza się w różnych punktach wokół badanej maszyny na wysokości równej połowie wysokości maszyny i w odległości 1 — 2 m od niej. Średnia wartość arytmetyczna odczytów tych termometrów jest przyjmowana jako temperatura czynnika chłodzącego.
Metoda termopary, szeroko stosowana do pomiaru temperatury, jest stosowana głównie w maszynach prądu przemiennego. Termopary umieszcza się w szczelinach między warstwami cewek oraz na dnie szczeliny, a także w innych trudno dostępnych miejscach.
Do pomiaru temperatur w maszynach elektrycznych zwykle stosuje się termopary miedziano-konstantanowe składające się z drutów miedziano-konstantanowych o średnicy około 0,5 mm. W parze końce termopary są ze sobą lutowane. Punkty styku umieszcza się zwykle w miejscu, w którym konieczny jest pomiar temperatury („spoina gorąca”), a drugą parę końcówek podłącza się bezpośrednio do zacisków czułego miliwoltomierza z dużą rezystancją wewnętrzną… W miejscu, w którym nieogrzewany koniec przewodu konstantanowego łączy się z przewodem miedzianym (przy końcówce przyrządu pomiarowego lub końcówce przejściowej), powstaje tzw. „zimna spoina” termopary.
Na powierzchni styku dwóch metali (constantanu i miedzi) powstaje siła elektromotoryczna proporcjonalna do temperatury w miejscu styku, na konstananie powstaje minus, a na miedzi plus. EMF występuje zarówno na „gorących”, jak i „zimnych” złączach termopary.Ponieważ jednak temperatury złączy są różne, wartości pola elektromagnetycznego są różne, a ponieważ w obwodzie utworzonym przez termoparę i urządzenie pomiarowe te pola elektromagnetyczne są skierowane do siebie, miliwoltomierz zawsze mierzy różnicę w polu elektromagnetycznym „gorącego” i „zimnego” złącza odpowiadającego różnicy temperatur.
Stwierdzono eksperymentalnie, że EMF termopary miedziowo-stałej wynosi 0,0416 mV na 1 ° C różnicy temperatur między „gorącym” a „zimnym” złączem. W związku z tym skalę miliwoltomierza można skalibrować w stopniach Celsjusza. Ponieważ termopara rejestruje tylko różnicę temperatur, aby określić bezwzględną temperaturę „gorącego” złącza, należy dodać temperaturę „zimnego” złącza zmierzoną termometrem do odczytu termopary.
Metoda rezystancji — Określanie temperatury uzwojeń na podstawie ich rezystancji DC jest często stosowane do pomiaru temperatury uzwojeń. Metoda opiera się na dobrze znanej właściwości metali polegającej na zmianie ich rezystancji w zależności od temperatury.
Aby określić wzrost temperatury, mierzy się rezystancję cewki w stanie zimnym i nagrzanym i wykonuje obliczenia.
Należy mieć na uwadze, że od momentu wyłączenia silnika do rozpoczęcia pomiarów mija pewien czas, w którym cewka ma czas na ostygnięcie. Dlatego w celu prawidłowego określenia temperatury uzwojeń w momencie postoju, czyli w stanie pracy silnika, po wyłączeniu maszyny w miarę możliwości w regularnych odstępach czasu (według stopera) wykonuje się kilka pomiarów .Odstępy te nie powinny przekraczać czasu od momentu wyłączenia do pierwszego pomiaru. Pomiary są następnie ekstrapolowane przez wykreślenie R = f (t).
Rezystancję uzwojenia mierzy się metodą amperomierza-woltomierza. Pierwszy pomiar przeprowadza się nie później niż 1 minutę po wyłączeniu silnika dla maszyn o mocy do 10 kW, po 1,5 minuty dla maszyn o mocy 10-100 kW i po 2 minutach dla maszyn o mocy moc powyżej 100 kW.
Jeżeli pierwszy pomiar rezystancji zostanie wykonany nie później niż 15 — 20 od momentu odłączenia, wówczas jako rezystancję przyjmuje się największy z pierwszych trzech pomiarów. Jeżeli pierwszy pomiar zostanie wykonany po więcej niż 20 s od wyłączenia maszyny, wówczas ustawiana jest poprawka na chłodzenie. W tym celu wykonaj 6-8 pomiarów rezystancji i zbuduj wykres zmiany rezystancji podczas chłodzenia. Na osi rzędnych wykreślono odpowiadające im zmierzone rezystancje, a na odciętych czas (dokładnie w skali) jaki upłynął od momentu wyłączenia silnika elektrycznego do pierwszego pomiaru, odstępy między pomiarami oraz krzywą pokazaną na wykresie jako linia ciągła. Ta krzywa następnie biegnie w lewo, zachowując charakter swojej zmiany, aż przecina oś y (pokazaną linią przerywaną). Odcinek wzdłuż osi rzędnych od początku punktu przecięcia z linią przerywaną określa z wystarczającą dokładnością pożądaną rezystancję uzwojenia silnika w stanie gorącym.
Główna nomenklatura silników instalowanych w przedsiębiorstwach przemysłowych obejmuje materiały izolacyjne klas A i B.Na przykład, jeśli materiał na bazie miki klasy B jest używany do izolowania rowka i nawijania drutu PBB izolacją bawełnianą klasy A, to silnik należy do klasy odporności na ciepło. do klasy A. Jeżeli temperatura czynnika chłodzącego jest niższa niż 40°C (normy dla których podane są w tabeli), to dla wszystkich klas izolacji dopuszczalne przyrosty temperatury mogą być zwiększone o tyle stopni, ile wynosi temperatura temperatura czynnika chłodzącego jest niższa niż 40°C, ale nie wyższa niż 10°C. Jeżeli temperatura czynnika chłodzącego wynosi 40 — 45°C, wówczas maksymalne dopuszczalne przyrosty temperatury wskazane w tabeli są zmniejszane dla wszystkich klas materiałów izolacyjnych o 5 ° C, a przy temperaturach czynnika chłodzącego 45-50 ° C — przy 10 ° C. Za temperaturę czynnika chłodzącego przyjmuje się zwykle temperaturę otaczającego powietrza.
W przypadku maszyn zamkniętych o napięciu nie większym niż 1500 V maksymalny dopuszczalny wzrost temperatury uzwojeń stojana silników elektrycznych o mocy mniejszej niż 5000 kW lub o długości rdzenia mniejszej niż 1 m, a także uzwojeń z wirniki prętów przy pomiarze temperatur metodą rezystancji można zwiększyć o 5 ° C. Podczas pomiaru temperatury uzwojeń metodą pomiaru ich rezystancji określa się średnią temperaturę uzwojeń. W rzeczywistości, gdy silnik pracuje, poszczególne obszary uzwojenia mają zwykle różne temperatury. Dlatego maksymalna temperatura uzwojeń, która decyduje o trwałości izolacji, jest zawsze nieco wyższa od wartości średniej.