ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТОК

Вторым пунктом испытаний электрических машин всех видов является измерение сопротивлений обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии электрической машины, при котором температура любой ее части отличается от температуры окружающей среды не более чем на ± 3⁰К. От точности измерения сопротивлений обмоток в холодном состоянии зависит правильность определения ряда важнейших параметров. При промышленных испытаниях электрических машин могут находить применение только те способы измерения сопротивлений, которые удовлетворяют следующим требованиям.

Достаточная точность измерения, т.е. способ должен обеспечивать погрешность измерения сопротивления обмотки, не превосходящую той, с которой производится измерение температуры в практически холодном состоянии. Если учесть, что обычно применяемые способы измерения температуры обеспечивают погрешность в пределах ± 1.0 °К, что соответствует изменению температуры в пределах ± 0.4 %, то последнее и должно считаться допускаемой погрешностью измерения сопротивления при приемочных испытаниях. При испытаниях, к которым предъявляются менее высокие требования, погрешность измерения сопротивления может быть допущена до ± 1 %.

Быстрота выполнения измерений, т.е. в ряде случаев момент измерения должен быть четко ориентирован во времени, что невозможно, если измерение требует кропотливых операций.

Подвижность измерительного устройства. Так как измерения приходиться производить в различных местах, то измерительное устройство должно допускать легкую переноску без последующей настройки или регулировки. Применение стационарных измерительных устройств, от которых прокладываются проводники к объектам измерений, удаляет наблюдателя от последних, затрудняет связь и вносит дополнительные погрешности.

Способ обыкновенного моста (Уитстона) имеет тот недостаток, что при нем измеряемому сопротивлению прибавляется сопротивление соединительных проводников и, что еще хуже, их контактов; поэтому его применение допускается для измерений сопротивлений не менее 1 Ом. Появившиеся в последнее время четырехзажимные мосты, при которых к объекту измерения раздельно подключаются два съемных плеча моста и по одному проводнику от источника тока и гальванометра, не исключают полностью влияние контактов при данном способе.

Способ двойного моста (Томпсона) свободен от этого недостатка, но, чтобы получить от него большую точность, нужно применять его с гальванометрами высокой чувствительности, требующими стационарной установки. Кроме того, для измерения малых сопротивлений требуются внешние эталонные сопротивления, которые дороги и неудобны для переносных устройств, а иногда и очень громоздки.

Быстрота измерений при мостовых способах зависит от конструкции аппаратуры: как правило, чем большую быстроту измерений допускает конструкция моста, тем меньшую точность и надежность она обеспечивает. Наконец, стоимость хорошего моста со всеми необходимыми для него принадлежностями весьма значительна.

Способ омметра с логометром прост и обеспечивает быстроту измерения, т.к. его результат прямо указывается стрелкой на шкале, но отличается наименьшей точностью и может быть допущен только при приемосдаточных испытаниях машин массового выпуска с относительно большими сопротивлениями обмоток.

Способ вольтметра и амперметра лучше всего удовлетворяет всем предъявляемым требованиям; при условии применения приборов соответствующего класса он обеспечивает требуемую точность, дает большую быстроту измерений и легко приспосабливается к требованиям подвижности измерительного устройства.

При выборе приборов нужно обратить внимание на то, чтобы они имели как можно меньшую вариацию показаний. Чтобы способ давал достаточно правильные результаты, необходимо соблюдение ряда условий.

Вольтметр должен подсоединяться непосредственно к выводам объекта измерений (рис. 2.1). Если для присоединения используются иглы, то они должны быть хорошо заточенными и изготовленными из закаленной стали, но отнюдь не из латуни или меди, т.к. в этом случае они быстро затупляются и теряют возможность прокалывать пленку окисла на поверхности металлов.

Во избежание нагревания обмотки измерительным током значение последнего следует выбирать по данным обмотки так, чтобы адиабатное повышение температуры обмотки за время измерения не превышало 1 °К. Если же данные обмотки неизвестны, то значение измерительного тока должно быть не выше 20 % номинального тока обмотки, а длительность измерения не более 1 мин.

Значение постоянного тока, регулируемое с помощью реостата при измерении сопротивлений обмоток не должно превышать 20 % номинального тока обмотки при длительности его протекания не более 1 мин. Если известна плотность тока j, протекающего по обмотке при измерении, можно определить скорость адиабатического повышения температуры (Δv/Δt) медной обмотки: ; для алюминиевых обмоток Δv/Δt = j²/86. Эта скорость за время измерения сопротивления не должна превышать 1 °С.

Под адиабатным понимается процесс нагревания обмотки, при котором вся теплота, выделяемая в ней током, идет на повышение ее температуры, т.е. нет никакой отдачи теплоты в окружающую среду, в том числе в изоляцию обмотки.

Пример. Обмотка ротора турбогенератора изготовлена из медного проводника прямоугольного сечения размером 7×28 мм. Номинальный ток обмотки 660А. При испытании на нагревание косвенным методом предполагается нагружать обмотку током не более 2/3 номинального, т.е. 440А.

Требуется определить за какое время можно произвести измерение сопротивления ротора в холодном состоянии при таком токе, чтобы ее температура за это время повысилась не более чем на 1⁰К.

Плотность тока при предполагаемом измерении

А/мм²,

следовательно, повышение температуры обмотки на 1 °К произойдет за время не менее с, что вполне достаточно для измерения.

Δv – достигнутое повышение температуры; j – плотность тока в проводнике; t – время повышения температуры на Δv °К.

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть больше измеряемого сопротивления не менее чем в 100 раз; в противном случае следует ввести поправку в результаты измерения по формуле

,

где r – истинное значение сопротивления обмотки, Ом; U – измеренное падение напряжения, В; I – измеренный ток, А; r_в – сопротивление вольтметра.

При измерении сопротивления обмотки с глухим сопряжением фаз в звезду между каждыми двумя выводами оказываются включенными последовательно две фазы и результат измерения дает сумму их сопротивлений (рис. 2.2).

Пусть R₁, R₂, R₃ – действительные значения сопротивлений фаз, примыкающим к выводам 1, 2, 3, а R₁₂, R₂₃, R₃₁ – результаты измерений, произведенных соответственно между выводами 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1, тогда

,

Решение этой системы относительно неизвестных R₁, R₂, R₃ дает

В случае сопряжения фаз в треугольник, между каждыми двумя выводами при измерении сопротивления оказываются включенными параллельно две ветви, одна из которых состоит из одной фазы, а другая – из двух фаз в последовательном соединении (рис. 2.3).

Сохраняя для действительных сопротивлений фаз прежние обозначения и обозначая через R₁₁, R₂₂, R₃₃ сопротивления, измеренные на выводах этих фаз, можно написать

Решение этой системы относительно искомых сопротивлений R₁, R₂, R₃ и дает

Если расхождение измеренных сопротивлений не превосходит 2% при сопряжении фаз в звезду или 1,5% при сопряжении фаз в треугольник, то сопротивление одной фазы допускается определять упрощенно; при сопряжении фаз в звезду: , при сопряжении фаз в треугольник - , где R – среднее из измеренных значений.