ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА И ПОТЕРЬ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, НАЧАЛЬНОГО ПУСКОВОГО ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА И НАЧАЛЬНОГО ПУСКОВОГО ТОКА

5.1. Ток и потери короткого замыкания определяют из опыта короткого замыкания.

Начальный пусковой вращающий момент и начальный пусковой ток определяют из опыта короткого замыкания, из опытов пуска или снятия кривой момента по разд. 8.

За начальный пусковой вращающий момент принимается наименьшее значение вращающего момента, а за начальный пусковой ток — наибольшее значение пускового тока из измеренных различными методами.

(Измененная редакция, Изм. № 2)

5.2. Опыт короткого замыкания следует выполнять при заторможенном роторе (обмотка ротора двигателей с фазным ротором должна быть накоротко замкнута на кольцах). Перед затормаживанием ротора должно быть проверено направление вращения двигателя методом пробного включения. К обмотке статора двигателя подводят практически симметричное напряжение номинальной частоты. В процессе опыта одновременно измеряют линейные напряжения, линейные токи, подводимую мощность, а для двигателей мощностью до 100 кВт и вращающий момент. Непосредственно после отключения измеряют сопротивление обмотки статора между двумя линейными выводами. Подводимую мощность рекомендуется измерять по схеме двух ваттметров или трехфазным ваттметром. Если источник питания обеспечивает отклонение линейных напряжений не более 1 %, то допускается измерять два линейных тока и одно линейное напряжение.

Вращающий момент при опыте короткого замыкания измеряют динамометром, весами или торсиометром. При измерении вращающего момента ротор должен быть заторможен в таком угловом положении, при котором пусковой момент минимален. Это положение определяется путем 8—10 измерений момента при напряжении, указанном в табл. 2, при различных угловых положениях ротора. Для двигателей мощностью свыше 100 кВт вращающий момент при опыте короткого замыкания измеряют или рассчитывают по электромагнитной мощности (п. 5.4).

(Измененная редакция, Изм. № 2)

5.3. Опыт короткого замыкания следует начинать в практически холодном состоянии машины или после опыта холостого хода. Двигатель включают на напряжение, указанное в табл. 2, и производят первый отсчет.

Таблица 2

Для двигателей, номинальные напряжения которых отличаются от указанных в табл. 2, напряжение короткого замыкания следует определять по формуле

Второй отсчет проводят при напряжении (100±10) % номинального для двигателей мощностью до 100 кВт (f_н = 50 Гц) и не менее 40 % номинального для двигателей мощностью до 100 кВт (f_н ¹ 50 Гц) и для двигателей мощностью свыше 100 кВт. При этом рекомендуется включить двигатель на напряжение меньше вышеуказанного, затем напряжение быстро поднять до требуемого значения. При испытании двигателей мощностью выше 100 кВт и вертикальных двигателей после снятия отсчета при наивысшем напряжении следует измерить сопротивление обмотки статора.

Остальные 3—5 отсчетов выполняют при разных значениях подводимого напряжения. Отсчеты по приборам при каждом значении подведенного напряжения производят за время не более 10 с во избежание чрезмерного нагрева обмотки током короткого замыкания.

Сразу после отсчета двигатель отключают.

Для двигателей мощностью до 100 кВт рекомендуется для определения пускового момента снять точку в нагретом состоянии при температуре близкой к рабочей при номинальном напряжении. Эту точку можно не снимать, если пусковой момент определяют по статической кривой момента. Для двигателей мощностью свыше 100 кВт допускается измерять пусковой момент в холодном состоянии.

При испытаниях короткозамкнутых двигателей мощностью свыше 1000 кВт (если определение пускового тока проводят из опыта пуска) ток короткого замыкания должен быть не менее 2-кратного от номинального. Для двигателей с фазным ротором при построении круговой диаграммы ток короткого замыкания должен быть не менее 2,5-кратного от номинального.

5.4. Коэффициент мощности короткого замыкания определяют по формуле

,

где U_к — линейное напряжение короткого замыкания, В;

I_к — линейный ток короткого замыкания, А;

P_к — подводимая мощность короткого замыкания, кВт.

Результаты опыта следует представить в виде зависимостей тока I_к, потерь P_к, коэффициента мощности cosj_к и момента M_к от напряжения U_к в табличной или графической форме.

Для двигателей мощностью свыше 100 кВт вращающий момент при коротком замыкании M_к в Н·м определяют по формуле

,

где n_с —синхронная частота вращения, мин^-1.

K_мп = 0,9 — коэффициент, учитывающий возможное уменьшение M_к, обусловленное добавочными потерями;

P_эк — электромагнитная мощность, кВт;

P_эк = P_к – P_м1к – P_ст,

где P_м1к — потери в обмотке статора, кВт, при опыте короткого замыкания;

P_ст — потери в стали, кВт, взятые из опыта холостого хода при напряжении, равном напряжению короткого замыкания.

Потери в обмотке статора P_м1к в кВт при опыте короткого замыкания определяют по формуле

,

где R_1лк —сопротивление обмотки статора, Ом, при постоянном токе, измеренное между линейными выводами непосредственно после снятия точки короткого замыкания при наибольшем токе.

Если опыт короткого замыкания при номинальном (или близком к нему) напряжении не проводился, то для определения тока и вращающего момента при номинальном напряжении вводят поправку на насыщение путей потоков рассеяния, которая состоит в том, что дальнейшее возрастание тока короткого замыкания предполагается по касательной к кривой (черт. 1), изображающей зависимость тока от напряжения.

Черт 1

Ток короткого замыкания I_кн при номинальном напряжении, называемый начальным пусковым током, определяют по формуле

,

где I_к и U_к — соответственно, наибольшие ток, А и напряжение, В, по кривой (черт. 1);

U_н — номинальное напряжение, В;

 — напряжение, В, соответствующее отрезку, отсекаемому на оси абсцисс касательной к кривой, изображающей зависимость тока от напряжения (черт. 1).

Начальный пусковой вращающий момент при коротком замыкании M_кн, соответствующий номинальному напряжению, определяют по формуле

.

где M_к — вращающий момент, Н·м, измеренный или рассчитанный при наибольшем напряжении опыта короткого замыкания.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2)

5.5. При приемосдаточных испытаниях ток и потери короткого замыкания определяют только при напряжении, указанном в табл. 2 или отличающемся от указанного в табл. 2 не более чем на ±15 % с последующим приведением результатов к регламентированному значению напряжения. При этом ток пересчитывают пропорционально первой степени напряжения, а мощность — пропорционально квадрату напряжения.

ИСПЫТАНИЕ НА НАГРЕВАНИЕ

6.1. Испытание на нагревание следует проводить методом непосредственной нагрузки при номинальном напряжении и номинальной отдаваемой мощности или номинальном токе по ГОСТ 11828.

Для двигателей мощностью свыше 100 кВт и вертикальных машин допускается проводить испытания методом непосредственной нагрузки при номинальном напряжении и токе меньшем номинального, при пониженном напряжении и токе близком к номинальному, а также методом двух частот или методом наложения постоянного тока.

(Измененная редакция, Изм. № 1)

6.2. Условия проведения испытания, методы и средства измерения температуры — по ГОСТ 11828. Измерения температуры бандажей и контактных колец производят после остановки двигателя или во время его работы, если это возможно. Для оценки температуры элементов ротора допускается применение термокрасок, если температура при пуске не превышает температуру в установившемся режиме. Для двигателей мощностью до 100 кВт при проведении испытаний методом непосредственной нагрузки температура обмотки ротора может быть оценена по изменению скольжения в холодном и нагретом состояниях. Для уменьшения погрешности рекомендуется производить пуск двигателя со стороны нагрузочной машины. Превышение температуры обмотки ротора DJ_рот, °С, определяется по формуле

,

где S_г — скольжение, измеренное в нагретом состоянии машины;

S_х — скольжение, измеренное в холодном состоянии машины;

a — температурный коэффициент сопротивления материала обмотки в диапазоне температур от 0 до 100 °С. Для медных обмоток принимается 1/a = 235; при применении обмоток из других материалов величина дроби 1/a определяется подстановкой температурного коэффициента сопротивления для данного материала;

J_ох —температура окружающей среды при опыте определения S_х;

J_ог — температура окружающей среды при опыте определения S_г.

Допускается определять превышение температуры обмотки ротора по измеренному активному сопротивлению рабочего контура схемы замещения с одним контуром на роторе. Способ определения этого сопротивления указан в разд. 9.

(Измененная редакция, Изм. № 2)

6.3. Испытание методом непосредственной нагрузки при номинальном напряжении и токе меньшем номинального следует проводить при токах I₀ и I₁₁. Значение тока I₁₁ определяют по формуле

,

где I₀ — ток холостого хода, А, при номинальном напряжении;

I_н —номинальный ток, А.

По результатам этих испытаний следует определить превышение температуры обмотки статора. Потери в обмотке статора Р_м11 в кВт определяют по формуле

,

где R_1л — сопротивление обмотки статора, Ом, измеренное между двумя линейными выводами при испытании на нагревание;

I₁₁ — ток статора, А.

По результатам испытаний при I₁₁ и I₀ следует определить линейную зависимость превышения температуры обмотки статора от потерь в обмотке статора Р_м1.

;

;

,

где DJ₁ и Р_м11 —превышение температуры обмотки статора, К, и потери в обмотке статора, кВт, при токе I₁₁;

DJ₀ и Р_м10 — превышение температуры обмотки статора, К, и потери в обмотке статора, кВт, при токе I₀.

Превышение температуры обмотки статора при номинальном токе определяется по формуле

,

где Р_м1н (J₀) — потери в обмотке статора, кВт, рассчитанные для номинального тока и сопротивления, приведенного к температуре окружающей среды при опыте J₀.

Превышение температуры стали статора следует определять по формуле

,

где  и k_с — величины, определенные по измеренным превышениям температуры стали в двух вышеуказанных режимах.

Аналогично могут быть найдены превышения температуры других частей машины.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2)

6.4. Испытание методом непосредственной нагрузки при токе, близком к номинальному и пониженном напряжении допускается проводить на двигателях с током холостого хода не более 0,4 номинального при скольжении, не превышающем критического. При этом следует провести три тепловых режима: при пониженном напряжении и токе близком к номинальному (не менее 0,9 номинального); при пониженном напряжении и холостом ходе; при номинальном напряжении и холостом ходе. По данным первых двух режимов следует определить по п. 6.3 коэффициент k, далее, используя третий опыт — , потом — превышение температуры обмотки статора DJ_1н, а затем — превышение температуры стали статора DJ_сн.

(Измененная редакция, Изм. № 2)

6.5. Испытание на нагревание методом двух частот (черт. 2) проводят на холостом ходу при питании от источника основной частоты, обеспечивающего номинальное напряжение двигателя, и от дополнительного источника питания частотой на 5—10 Гц меньше основной с напряжением, обеспечивающим эффективное значение суммарного измеряемого тока равное номинальному. Испытуемый двигатель следует запустить от источника основной частоты, установить частоту дополнительного источника на 5—10 Гц меньше основной, а затем регулировать напряжение дополнительного источника до получения номинального тока.

Метод может применяться также для машин с фазным ротором как для обмотки статора, так и для обмотки ротора. На машинах, в которых нагрев ротора существенно влияет на нагрев статора (например, с охладителями вида «воздух-воздух»), может быть получен завышенный результат.

М — испытуемый двигатель; Т —последовательный трансформатор;

G — дополнительный генератор; U₁ —линейное напряжение на выводах двигателя;

f₁ — частота основного источника питания (номинальная частота);

I₁ —ток статора двигателя; U₂ — дополнительное напряжение питания;

f₂ — частота дополнительного источника питания;

1, 2, 3 — точки подсоединения вольтметра, амперметра и ваттметра

Черт. 2

Примечания:

1. Направления следования фаз основного и дополнительного источника должны быть одинаковы.

2. Обычно напряжение дополнительного источника составляет 10—20 % напряжения основного источника.

3. При наличии в качестве основного источника питания синхронного генератора с 6 выводными концами последовательный трансформатор может быть включен в нейтраль основного источника питания. При этом снижаются требования к изоляции последовательного трансформатора.

4. При наличии дополнительного генератора с шестью выводными концами и номинальными током и напряжением не меньшими, чем у испытуемой машины, испытание может быть выполнено без последовательного трансформатора. При этом дополнительный генератор включается между основным источником питания и испытуемым двигателем как вольтодобавочный.

5. В качестве источника основной частоты следует использовать либо синхронный генератор, либо несколько параллельно соединенных синхронных генераторов.

В первом случае мощность, во втором — суммарная мощность должны быть не менее чем в 2 раза больше мощности испытуемого асинхронного двигателя.

Применение индукционных регуляторов не рекомендуется.

6.5а. Испытание методом эквивалентной нагрузки (метод модуляции частоты) проводят на холостом ходу при питании двигателя от источника переменного тока, частота которого модулируется вокруг среднего значения.

Двигатель нагружается вследствие повторяющихся ускорений и замедлений, поскольку частота увеличивается, а затем уменьшается.

Источником модулированного питания может быть генератор переменного тока с низкой частотой возбуждения f_ех:

f_ех = df sin (2pFt)

где df — амплитуда модуляции частоты, Гц;

F — частота модуляции, Гц;

t — время, с.

Выходная частота генератора f определяется уравнением

f = f_rot + f_ex,

где f_rot — частота, определяемая вращением вала.

Средняя величина момента T_av рассчитывается по формуле

T_av = 2JdwF,

где J — момент инерции двигателя;

dw — амплитуда вариации угловой частоты.

При синусоидальной модуляции максимальное мгновенное значение момента T_max равно:

T_max = p/2·T_av.

Максимальное мгновенное значение момента при модуляции должно быть ниже максимального момента двигателя для того, чтобы двигатель работал на устойчивой части нагрузочной характеристики. Этот метод наиболее пригоден для двигателей с высокой инерцией, поскольку чем выше инерция, тем меньше требуется амплитуда модуляции и частота (обычно 1-2 Гц). Для двигателей с малой инерцией может возникнуть необходимость повысить инерцию при помощи дополнительной маховой массы на валу.

Двигатель пускается от генератора переменного тока при напряжении основной частотой f с амплитудой и частотой модуляции равными нулю. Амплитуда модуляции и частота затем увеличиваются до получения тока статора, равного полному номинальному нагрузочному току. Ток возбуждения генератора устанавливается так, чтобы получить номинальное напряжение статора.

(Введен дополнительно, Изм. № 2)

6.6. Испытание методом наложения постоянного тока проводят на холостом ходу при соединении обмотки статора испытуемого двигателя в звезду с выведенной нейтральной точкой. В качестве источника переменного тока применяют синхронный генератор, который имеет обмотку статора, соединенную в звезду с выведенной нейтральной точкой, и обеспечивает номинальное напряжение при токе, близком к номинальному току двигателя. Между нейтральными точками включают источник постоянного тока на ток, близкий к 3-кратному значению номинального тока (черт. 3). Синхронный генератор равной (или большей) мощности и напряжения включают непосредственно или через трансформатор стержневого типа; в последнем случае необходимая мощность генератора определяется лишь потерями в испытуемом двигателе и трансформаторе.

М — испытуемый двигатель; G₁ — источник питания переменного тока;

G₂ —источник питания постоянного тока; 0, 0' —нулевые выводы обмотки;

ТТ — трансформаторы тока

Черт. 3

Для измерений применяются трансформаторы тока шинного типа, при этом первичный ток образуется суммой токов двух фаз — одного в прямом, другого в обратном направлении. В результате измеряется переменный ток, равный  тока фазы.

При тепловом режиме со стороны питания переменным током измеряют три тока, три мощности и со стороны питания постоянным током — потребляемый ток. Последний выбирают таким образом, чтобы суммарный ток был равен заданному.

,

где I_пер — переменный ток, А, равный среднему из трех показаний;

I_пост — постоянный ток, А, измеренный при опыте.

Проводят не менее двух тепловых режимов при номинальных напряжениях на холостом ходу (I_пост = 0) и при токе I, равном номинальному.

Превышение температуры обмотки статора при токе I определяется по формуле, содержащей поправку на потери в контурах ротора в режиме испытания и при работе под непосредственной нагрузкой

,

где DJ' — измеренное превышение температуры обмотки статора, К, в режиме при токе I;

DJ_во, DJ_в — разность температур выходящего и входящего охлаждающего воздуха, К, в режимах холостого хода и при токе I;

Р₀ и Р₁ — мощности, кВт, измеренные при холостом ходе и при токе I, среднее по трем ваттметрам;

Р_м2 — потери в контурах роторах, кВт, при токе I, определенные методами, указанными в п.7 настоящего стандарта;

P_доб.v — высокочастотные добавочные потери, кВт, при данном токе, определенные экспериментально по п. 11;

P_пост = 1/3· ·R₁ — потери в обмотке статора, кВт, определяемые током I_пост;

R₁ — сопротивление одной фазы обмотки статора, Ом, измеренное после теплового режима при токе I.

Аналогично определяется превышение температуры сердечника статора. В случае, если ток статора при этом испытании менее номинального, то превышения температур обмотки статора и сердечника статора могут быть определены по п. 6.3.

(Измененная редакция, Изм. № 2)

6.7. Определение превышения температуры обмоток статора и ротора в зависимости от времени при номинальном напряжении и заторможенном роторе следует проводить по ГОСТ 27223.