Испытания тяговых электрических машин после ремонта: ГОСТ и методика

В соответствии с требованиями ГОСТ 2582—66 и техническими условиями, приемо-сдаточные и послеремонтные испытания тяговых электрических машин (ТЭМ) представляют собой единый научно обоснованный комплекс контрольно-диагностических мероприятий. Полная программа испытаний включает:

- визуальный и инструментальный осмотр;
- испытания на холостом ходу;
- испытания на нагревание в часовом режиме нагрузки;
- проверку сопротивления и электрической прочности изоляции нагретой машины;
- контроль частоты вращения и реверсирования при номинальной мощности с определением расхождения характеристик;
- проверку коммутации в номинальном режиме, при номинальном напряжении и двойном часовом токе, при повышенном напряжении и максимальной частоте вращения;
- испытание на механическую перегрузку при двойном часовом токе и повышенной частоте вращения.

Комплексный подход гарантирует высокую надежность и безотказную работу электрооборудования подвижного состава в условиях реальной эксплуатации.

Визуальный и конструктивный контроль тяговых двигателей. При первичной диагностике и осмотре проверяют:
- комплектность электрической машины;
- установку щеткодержателей и качество притирки щеток;
- давление нажимных пальцев на щетки;
- чистоту и биение коллектора;
- надежность крепления силовых и вспомогательных кабелей;
- состояние изоляционного покрытия и отсутствие внешних повреждений.

Испытания тяговых электрических машин на холостом ходу. При проведении испытаний на холостом ходу тяговые двигатели подключают к источнику постоянного тока с напряжением 100–120 В. Главными целями данных испытаний являются:

1. Проверка правильности направления вращения якоря (против часовой стрелки со стороны коллектора).
2. Выявление механических дефектов сборки (заеданий в подшипниковых узлах, задеваний за полюсы).
3. Оценка качества динамической балансировки якоря.
4. Контроль теплового состояния подшипниковых узлов.

Температура нагрева подшипников после 1 часа работы на холостом ходу с номинальной частотой вращения якоря не должна превышать 55 °C. Повышенный нагрев указывает на недостаточный радиальный зазор в подшипниках, перекосы при монтаже, чрезмерное количество смазки или её загрязнение. При правильном монтаже подшипниковые узлы работают практически бесшумно.

Качество динамической балансировки контролируют с помощью виброметров или индикаторов, устанавливаемых в различных точках корпуса машины. Скорость вращения якоря регулируют от нуля до номинальной изменением подводимого напряжения.

Реверсируемые тяговые двигатели испытывают при вращении якоря в обе стороны по 30 минут в каждую сторону. Нереверсируемые вспомогательные машины испытывают при вращении только в рабочем направлении. Контроль частоты вращения якоря осуществляют тахометром.

Для сокращения технологического времени длительность испытаний на холостом ходу часто сокращают до 15–30 минут. Естественно, в этом случае нагрев подшипников проверить не удается, и программа испытаний соответственно сокращается.

Методы нагрузочных испытаний тяговых двигателей. Для проведения испытаний под нагрузкой требуется надежное крепление испытуемых двигателей. Поэтому нагрузочные испытания проводят на специальных стендах, где двигатели жестко крепят на мощных конструкциях, способных воспринимать нагрузки, связанные с их работой.

В практике находят применение две группы методов испытаний (как показано на рис. XIV.8):
- Методы непосредственной нагрузки испытуемого двигателя Д тормозным моментом M_c (рис. XIV.8, а);
- Методы возвратной работы (рис. XIV.8, б, в, г).

При испытании по методу непосредственной нагрузки испытуемый двигатель может нагружаться механическим, гидравлическим и электромагнитным тормозом или генератором, работающим на реостат. Такие схемы нагружения применяют при испытании двигателей небольшой мощности.

При испытании тяговых двигателей испытуемый двигатель Д нагружается генератором, рекуперирующим энергию в сеть.

Рис. XIV.8. Схемы стендов для испытания тяговых электрических машин под нагрузкой

Описание работы схем взаимной нагрузки. Двигатель пускают через пусковой реостат ПР, его скорость регулируется реостатом РР за счет изменения степени шунтировки поля двигателя, а нагрузка (момент сопротивления M_c) — тормозным устройством на валу двигателя. В схеме возвратной работы с ослаблением магнитного поля двигателя (рис. XIV.8, б) испытуемые машины Д и Г, спаренные механически и связанные электрически, пускают от сети через пусковой реостат ПР. В первый момент пуска обе машины работают в режиме двигателя, но по мере роста скорости вращения э. д. с. машины Г растет быстрее. После того как она сравняется с напряжением сети, машина Г переходит в генераторный режим и нагружает машину Д. Нагрузка двигателя регулируется реостатом РР за счет изменения степени шунтировки поля двигателя. Из сети потребляется энергия, покрывающая потери (электрические, магнитные и механические) в машинах Д и Г. Схема отличается простотой управления и минимальной стоимостью необходимого оборудования.

В схеме возвратной работы с линейным генератором и вольтодобавочной машиной (рис. XIV.8, в) питание испытуемых машин Д и Г осуществляется от линейного генератора ЛГ с независимым или параллельным возбуждением. Для обеспечения устойчивости работы машин обмотки возбуждения двигателя ОВД и генератора ОВГ включены в цепь двигателя, как и на рис. XIV.8, б, но без ослабления поля двигателя. Избыточную э. д. с. генератора обеспечивает не шунтировка поля двигателя, а вольтодобавочная машина ВД. Эта схема испытаний наиболее приемлема для ремонтных заводов, так как позволяет проводить полный цикл испытаний машин любого напряжения, что очень важно в тех случаях, когда приходится ремонтировать одновременно и двигатели с номинальным напряжением 550 В, и двигатели с номинальным напряжением 275 В.

В схеме возвратной работы с вольтодобавочной машиной и вспомогательным двигателем (рис. XIV.8, г) роль линейного генератора выполняет вспомогательный двигатель ВМ. При работе машин стенда он покрывает механические потери и потери в стали машин Д и Г, а вольтодобавочная машина ВД — электрические потери.

Испытания на нагревание и измерение сопротивления обмоток. Испытание на нагревание при нагрузочных испытаниях тяговых двигателей продолжается в течение 1 ч при номинальном напряжении и токе по 0,5 ч в режиме двигателя и генератора. Двигатели с независимой вентиляцией во время испытаний работают в номинальном режиме вентиляции. В процессе испытаний проверяют нагрев обмоток катушек и подшипников (поэтому-то и может быть сокращена продолжительность испытаний двигателя на холостом ходу).

Сразу же после остановки машины измеряют перегрев коллектора и обмотки якоря:
- Перегрев коллектора не должен превышать 95 °C.
- Перегрев подшипников — 55 °C.

Для определения перегрева обмоток замеряют их омическое сопротивление в холодном (R_х) и горячем (R_г) состояниях. Перегрев рассчитывают по формуле:

τ = [(R_г - R_х) / R_х] × (235 + t₀),

где t₀ — температура окружающего воздуха.

Омическое сопротивление малоомных обмоток якоря, катушек последовательного возбуждения главных полюсов и катушек добавочных полюсов измеряют двойным мостом или методом амперметра — вольтметра, причем в последнем случае амперметр нужно включать так, чтобы он показывал общий ток обмотки и параллельно подключенного к ней вольтметра. При измерении сопротивления обмотки якоря щупы моста подсоединяют к коллектору на расстоянии полюсного шага. Пластины коллектора, к которым нужно подключать щупы, целесообразно заранее накернить.

Омическое сопротивление катушек параллельного возбуждения определяют одинарным мостом или методом амперметра — вольтметра. Вольтметр при этом должен быть включен параллельно катушке и амперметру, включенным последовательно. Величина R_г обмоток возбуждения может быть определена точно в момент отключения машины.

Сопротивление обмотки якоря измеряют уже после остановки машины, когда ее охлаждение наиболее интенсивно. Для точного определения R_г обмотки якоря в момент остановки машины включают секундомер, сопротивление ее измеряют 2–3 раза и по этим данным строят зависимость R_г(t). Продолжая ее к моменту t = 0, получают точное значение R_г в момент остановки машины.

Предельно допустимый перегрев обмотки якоря составляет:
- с изоляцией класса A не должен превышать 100 °C;
- с изоляцией класса B — 120 °C;
- перегрев обмоток катушек соответственно 100 и 130 °C.

Сопротивление изоляции, измеренное мегомметром у нагретых двигателей немедленно после испытания в часовом режиме, должно быть не менее 3 Мом.

Скоростные характеристики и допустимые расхождения. Скоростные характеристики двигателей при испытаниях обычно полностью не строят, но обязательно определяют число оборотов якоря при номинальном напряжении и токе в прямом и обратном направлениях вращения.

Однако при этом условии расхождение характеристик двигателей на вагоне может достигать 8%, что связано с недоиспользованием их мощности, возможной перегрузкой и соответствующим уменьшением коэффициента использования сцепного веса. Поэтому перед передачей тяговых двигателей на сборку вагона их необходимо подбирать по характеристикам так, чтобы общее расхождение характеристик двигателей вагона не превышало 2–3%.

Проверка механики и коммутационных процессов. Испытание двигателя при повышенной (до 1,2 от максимальной) скорости вращения (в течение 2 мин) имеет целью проверку надежности бандажировки обмотки якоря и запрессовки коллектора. В машине при этой проверке не должно наблюдаться ненормальной вибрации и повреждений. Механические испытания при двойном часовом токе позволяют убедиться в достаточной прочности вала якоря и крепления обмоток.

Рис. XIV.9. Определение: а — разрыва a и притирания b - a контактов (1 — неподвижный контакт; 2 — подвижный контакт; 3 — держатель подвижного контакта); б — конечного давления контактов при небольших усилиях (1 — полоска бумаги; 2 — динамометр; 3 — контактный палец; 4 — сегмент); в — конечного давления контактов при больших усилиях (5 — тяга; 6 — рычаг; 7 — опора рычага)

Оценка качества коммутации. Очень важное значение в комплексе испытаний тяговых двигателей имеет проверка коммутации, так как надежная коммутация предупреждает загрязнение и повреждения в эксплуатации наиболее слабого узла машины — ее коллектора. Коммутацию машины проверяют при работе двигателя в режиме номинальной мощности, при номинальном напряжении и двойном часовом токе (в течение 30 сек в обоих направлениях вращения), при повышенном напряжении и максимальной скорости вращения. Во всех случаях коммутация должна быть нормальной.

Допустимая степень искрения под щетками по шкале степеней искрения ГОСТ 183—41:
- в номинальном режиме работы двигателя не должна превышать 1,5;
- при двойном часовом токе — 2.

Искрообразование на коллекторе может быть следствием неправильной установки щеток, загрязнения, ослабления запрессовки, биения или плохой продорожки коллектора, неправильной полярности и замыкания в обмотках дополнительных полюсов, междувиткового замыкания или пробоя изоляции полюсных катушек на корпус, нарушения пайки секций в петушках коллектора, эксцентричности или динамической неуравновешенности якоря, неравномерности воздушного зазора под полюсами и других причин.

При выявлении причин искрообразования прежде всего необходимо убедиться в том, что щетки имеют соответствующую марку и размеры, установлены без перекосов на геометрической нейтрали, хорошо пришлифованы и не менее чем на 75% прилегают к поверхности коллектора, имеют нормальный зазор в корпусе щеткодержателя, механизм нажатия на щетки работает без заеданий и обеспечивает равномерное и нормальное их нажатие.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Д. И. Бондаревский, В. М. Кобозев.

Источник: Эксплуатация и ремонт подвижного состава городского электрического транспорта

Даный материал будет полезен студентам высших технических учебных заведений специальности «Городской электрический транспорт», инженерно-техническим работникам, а также специалистам по проектированию, эксплуатации и ремонту трамвайных и троллейбусных депо.