Конструкция и эксплуатация главных электрических машин на судне

Главные генераторы и ГЭД, как и все электрооборудование морского исполнения, должны надежно работать в условиях постоянной вибрации корпуса и частых сотрясений при ударах о лед, повышенной температуры и влажности окружающего воздуха, длительной качки судна, крена и дифферента. Значения этих величин, характеризующих условия работы электрооборудования на судах, установлены Правилами Регистра. Исполнение корпуса главных электрических машин должно обеспечивать надежную работу при наличии в окружающем воздухе паров воды, масла и топлива, а также при попадании на корпус брызг.

Главные генераторы постоянного тока в большинстве своем создаются на базе машин серийного исполнения, так как подобные дизель-генераторы устанавливаются на тепловозах. Морское исполнение предусматривает некоторые конструктивные изменения и снижение номинальной мощности для увеличения срока службы.

Сердечники якоря и главных полюсов изготавливают из листовой электротехнической стали, сердечники дополнительных полюсов — из литой стали. На главных полюсах размещается независимая обмотка, которая получает питание от возбудителя. В некоторых случаях на главных полюсах находится размагничивающая обмотка, включенная последовательно с обмоткой якоря.

Эксплуатация и обслуживание электродвигателей в судовых условиях

В процессе эксплуатации электрооборудования проводят работы по обслуживанию, профилактике и уходу за электродвигателями. Эти работы, связанные с включением, пуском в ход, отключением, остановкой, наблюдением за работающими электродвигателями, а также систематические осмотры, профилактические чистки и ремонты направлены на содержание их в хорошем состоянии и постоянной готовности к действию.

При подготовке электродвигателя к пуску осматривают электродвигатель и пусковое устройство. Пусковое устройство должно находиться в положении «Стоп». После пуска двигателя убеждаются в отсутствии ненормальных шумов, искрения под щетками, вибрации. В процессе работы электродвигателя периодически следят: за его нагревом, работой коллектора (контактных колец) и его чистотой; за отсутствием стука и нагрева подшипников; перегревом контактных соединений; вибрацией электродвигателя. 

Классификация рабочих машин и их характеристики

Электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение рабочих органов машины и управления этим движением. Из определения электропривода следует, что он состоит из рабочей машины, по меньшей мере одного электродвигателя, и аппаратуры управления и защиты, служащей для изменения режимов работы и защиты от аварийных ситуаций.

В зависимости от числа электродвигателей и рабочих машин различают групповой, индивидуальный и многодвигательный электроприводы.

При групповом электроприводе (рис. 1, а) от одного электродвигателя М по линиям механической связи ЛМС приводятся исполнительные органы ИО нескольких рабочих машин РМ. Электродвигатель получает питание по линии электрической связи ЛЭС через аппаратуру управления и защиты АУ.

Сварочные генераторы

Сварочные генераторы представляют собой аппараты постоянного тока с крутопадающей внешней характеристикой. Для возможности ведения электродуговой сварки сварочные генераторы должны выдерживать ток короткого замыкания и поддерживать устойчивое горение электрической дуги.

В зависимости от системы возбуждения различают сварочные генераторы с размагничивающей последовательной обмоткой возбуждения, с расщепленными полюсами и с поперечным полем. Промышленность выпускает сварочные генераторы с пределами регулирования сварочного тока от 80 до 1000 А при напряжениях холостого хода 60—65 и полной нагрузки 30—35 В. В качестве примера рассмотрим сварочный генератор с расщепленными полюсами типа СГ-300-М.

Что такое электромашинные усилители?

Электромашинные усилители (ЭМУ) применяют на судах в схемах автоматического регулирования, а также в качестве возбудителей генераторов и двигателей.

Простейшим ЭМУ является генератор постоянного тока с независимым возбуждением, у которого мощность управляющего сигнала в цепи возбуждения Р_у=I_уU_у значительно меньше мощности выходного сигнала на нагрузку Р_н=I_нU_н. Отношение мощности выходного сигнала к мощности управляющего сигнала называется коэффициентом усиления ЭМУ по мощности k_у=P_н/P_у. Коэффициент усиления у простейшего ЭМУ небольшой (80—100), поэтому широкого применения такие ЭМУ не нашли. Наибольшее применение получили многоступенчатые ЭМУ, коэффициенты усиления которых достигают 10—12 тыс.

Что такое вращающиеся преобразователи?

На судах отдельные потребители электроэнергии (радиосвязь, электрорадионавигационные приборы и т. д.) требуют применения специальных ее источников, основные электрические параметры которых (напряжение, род тока, частота) отличаются от аналогичных параметров судовой электростанции. Для преобразования электрических параметров судовой электростанции в требуемые параметры применяют статические и вращающиеся преобразователи.

К вращающимся относятся много- и одноякорные преобразователи электроэнергии. Общим недостатком вращающихся преобразователей является наличие подвижного контакта в коллекторно-щеточном переходе и вращающихся частей, что в значительной степени снижает надежность преобразователей и усложняет обслуживание при эксплуатации.

В настоящее время на судах широко внедряют статические преобразователи, которые лишены указанных недостатков.

Неисправности электрических машин (нагрев, шум, напряжение, вибрация)

На практике приходится встречаться с различными неполадками в работе электрических машин, причем причины одной и той же неисправности в разных случаях могут оказаться разными.

Чтобы установить причину неисправности, требуется известный навык, который приобретается с течением времени в процессе повседневного обслуживания судовых электрических машин и ухода за ними.

Для того чтобы успешно и быстро отыскать причину неисправности в работе машины, надо хорошо знать ее устройство, быть знакомым со всеми частями и деталями данной машины, со всеми ее «слабыми» местами. Для этого надо принимать участие в осмотрах, чистках, промывках и освидетельствованиях машин. Только при этих условиях могут оказаться полезными помещаемые в книгах и наставлениях «Таблицы неисправностей электрических машин», т. е. перечни неисправностей с указанием наиболее вероятных причин каждой из них и рекомендуемых способов устранения. Указывая для одной неисправности целый ряд вероятных причин, такая таблица дает лишь общую ориентировку, а успешное и быстрое отыскание действительной причины неисправности зависит от знаний и навыка электромеханика.

К характерным неисправностям в работе электрических машин надо отнести: искрение на коллекторе, недопустимый нагрев всей машины или отдельных ее частей (подшипников, коллектора, якоря, магнитов), ненормальный шум во время работы, ненормальное напряжение генератора (генератор не развивает напряжения при пуске, дает напряжение меньше или больше нормального при пуске или во время работы), ненормальное число оборотов электродвигателя (двигатель не приходит во вращение при пуске, развивает число оборотов меньше или больше нормального) и чрезмерное потребление тока при пуске.

Хранение электрических машин

Если электрическая машина выводится из действия на продолжительное время, но при этом предусматривается поддержание ее в состоянии готовности к работе, то необходимо провести ее подготовку в следующем порядке:

1) производят внешний и внутренний осмотр машины и устраняют обнаруженные дефекты;
2) машину продувают сухим сжатым воздухом давлением не свыше 2 атм, щеткодержатели, коллектор и контактные кольца протирают чистой, сухой ветошью;
3) после протирки коллектор обвертывают картоном толщиной 0,3—0,5 мм, закрепляемым шпагатом, при этом щетки оставляются в щеткодержателях;
4) открытые части вала машины покрываются лаком № 26 или № 27;
5) все смотровые крышки, а также приемные и выкидные патрубки воздушного охлаждения плотно закрываются.

Приемка из ремонта, опробование и испытания электрических машин

После ремонта каждая электрическая машина должна быть тщательно осмотрена, опробована и испытана в действии.

Если ремонт машины производился силами завода, то приемка производится только при наличии акта отдела технического контроля завода.

При осмотре машины проверяют схему ее электрических соединений, в том числе правильность подсоединения обмоток в клеммной коробке, а также состояние всех контактных соединений.

Кроме того, осматривается состояние щеток, проверяется их марка, нажатие щеток (по динамометру) и состояние щеткодержателей.

Проверяется также состояние подшипников, наличие в них смазки и марка ее.

Кроме осмотра, производят замеры неравномерности воздушного зазора, биения коллектора (контактных колец) и сопротивления изоляции.

Намагничивание электрических машин и способы определения нейтрали

Намагничивание электрических машин (генераторов) приходится производить в тех случаях, когда по тем или иным причинам генератор оказывается либо совершенно размагниченным и при пуске в ход не развивает напряжения, либо перемагниченным, т. е. изменившим полярность на обратную.

Размагничивание или перемагничивание генераторов может произойти вследствие неполадок при параллельной работе генераторов, когда по обмоткам возбуждения может пройти ток обратного направления, ошибок в соединениях обмоток при сборке машин после их чистки или промывки, внезапного короткого замыкания, а также по другим причинам.

Восстановить остаточный магнетизм магнита генератора или придать ему направление, требующееся для восстановления нормальной полярности генератора, можно только намагничиванием.

Намагничивание генератора может производиться от постороннего источника пониженного напряжения (обычно от аккумуляторной батареи) или от судовой сети нормального напряжения, на которую работает другой генератор.

Уход за коллектором и кольцами

Коллектор является ответственной частью электрической машины и требует постоянного, самого тщательного ухода.

Коллектор должен быть всегда чистым. Особенно вредна металлическая или угольная пыль. Смешиваясь с брызгами масла, эта пыль образует на коллекторе грязь, что вызывает искрение между щетками и пластинами коллектора.

На поверхность коллектора не должны выступать слюдяные (миканитовые) прокладки, отделяющие одну пластину от другой. Коллектор должен иметь гладкую, полированную и строго цилиндрическую поверхность.

Чистка коллектора производится сухими полотняными тряпками. Во время остановки машины или при холостом ее ходе угольный налет можно счищать тряпками, смоченными бензином или спиртом. Во время хода нагруженной машины пользоваться тряпкой, смоченной бензином или спиртом, запрещается; в этом случае для удаления жирного угольного налета применяют стеклянную бумагу или пемзу.

Промывка и сушка электрических машин

Промывку электрических машин производят либо в случае сильного загрязнения обмоток машины маслом, топливом и пр., либо после попадания на обмотки морской воды.

В первом случае промывку обмоток и вентиляционных каналов якоря или ротора производят четыреххлористым углеродом, трихлорэтиленом или бензином Б-70.

Промывка осуществляется с помощью распылителя или путем протирки обмоток кистью, смоченной моющей жидкостью.

Сразу же после промывки следует продуть машину и обмотки сухим сжатым воздухом, давлением не выше 2 атм. При такой обдувке запрещается пользоваться шлангами с металлическим наконечником.

После продувки воздухом, если это необходимо, производят сушку машины.

При пользовании четыреххлористым углеродом или трихлорэтиленом следует соблюдать особые меры предосторожности, так как оба этих моющих вещества сильно ядовиты.

Главнейшие из мер предосторожности сводятся к следующим: работы, связанные с применением указанных веществ, могут производиться только в помещениях, оборудованных принудительной вентиляцией при непрерывной работе вентиляции; лица, непосредственно занятые промывкой, должны работать в шланговых противогазах с механической подачей воздуха только в резиновых перчатках и в комбинезоне из плотной водонепроницаемой ткани; время непрерывного пребывания в атмосфере с содержанием паров четыреххлористого углерода или трихлорэтилена не должно превышать 30 мин и т. д.

Разборка и сборка электрических машин

Последовательность операций разборки и сборки электрических машин обычно указывается в инструкциях завода-изготовителя.

Если заводской инструкции нет, то при разборке электрической машины надо придерживаться следующего порядка:

1) осмотреть и, если необходимо, восстановить маркировку (пометки) на подходящих к машине и находящихся внутри нее проводах, на соединительных шинках (перемычках) между катушками главных и добавочных полюсов, а также пометки, указывающие правильное положение траверсы;
2) отсоединить машину от привода, т. е. разнять муфту, соединяющую генератор с первичным двигателем или электродвигатель с приводимым им в движение механизмом;
3) отсоединить от машины провода или кабели, соединяющие ее с сетью;
4) вылить масло из подшипников;
5) открепить машину от фундамента (если при разборке машина должна быть с него снята);
6) очистить машину от пыли, грязи и масла;
7) отсоединить кабели и провода внутри машины от клеммного щитка и от щеточного устройства;
8) поднять щетки в щеткодержателях.

Далее, в зависимости от того, имеет ли машина шарико- или роликоподшипники или подшипники с кольцевой смазкой, следует выполнить ряд мероприятий.

Профилактические осмотры и освидетельствования электрических машин

При определении сроков производства профилактических осмотров «Правила технической эксплуатации судового электрооборудования» разделяют все электрические машины на три группы:

1) машины, имеющие щеточный аппарат и работающие длительно;
2) машины, имеющие щеточный аппарат, но работающие периодически, а также машины без щеточного аппарата, работающие длительно;
3) машины без щеточного аппарата, работающие периодически.

Для машин первой группы профилактический осмотр и чистка без разборки должны производиться не реже одного раза в месяц, осмотр и чистка с частичной разборкой — не реже одного раза в 3 — 6 месяцев.

Для машин второй группы осмотр без разборки производится не реже одного раза в 2 месяца и с частичной разборкой — не реже одного раза в 6—12 месяцев.

Для машин третьей группы профилактический осмотр без разборки должен производиться не реже одного раза в 6 месяцев.

При этом низшие пределы сроков осмотра относятся к наиболее ответственным и быстрозагрязняющимся машинам.

Планово-предупредительный ремонт электрических машин должен производиться в сроки от одного до трех лет и приурочиваться к ремонту механизмов или систем, обслуживаемых этими машинами.

Неисправности электрических машин постоянного тока

1. Генератор не возбуждается

Причина неисправности:

а) Генератор размагничен (потерял остаточный магнетизм)
б) Неправильное соединение параллельной обмотки возбуждения с якорем
в) Обрыв или плохой контакт в цепи обмотки возбуждения
г) Щетки смещены с нейтрального положения
д) Большое переходное сопротивление между коллектором и щетками
е) Неправильное чередование полярности главных полюсов вследствие неправильного соединения катушек
ж) Параллельная обмотка имеет соединение с обмоткой дополнительных полюсов или с последовательной обмоткой; параллельная обмотка зашунтирована
з) Межвитковое соединение в секции обмотки якоря, короткое замыкание одной или нескольких секций, соединение обмотки якоря с корпусом в двух местах
и) Шунтовой регулятор неправильно включен в цепь возбуждения
к) Обрыв или плохой контакт в цепи возбуждения, загрязнение контактов регулятора

Принимаемые меры:

а) Намагнитить машину от постороннего источника постоянного тока. Проверить полярность
б) Изменить полярность обмотки возбуждение
в) Проверить исправность цепи возбуждения
г) Установить щетки в нейтральное положение по заводской метке на траверсе
д) Очистить коллектор, проверить величину нажатия щеток
е) Проверить полярность главных и дополнительных полюсов, соединить параллельные обмотки согласно заводской схеме
ж) Проверить сопротивление изоляции параллельной обмотки относительно корпуса, дополнительных полюсов и последовательной обмотки. Устранить найденное соединение
з) Тщательно осмотреть коллектор, удалить заусенцы. Проверить и устранить замыкание «петушков». Если замыкание имеет место в самой обмотке якоря, определить по обгоранию коллекторных пластин неисправные секции и отсоединить их
и) Проверить по схеме соединение шунтового регулятора с генератором и произвести необходимое присоединение
к) Отыскать обрыв или плохой контакт и устранить повреждение. Осмотреть и очистить регулятор возбуждения

Неисправности электрических машин переменного тока

1. Перегрев обмотки статора синхронной машины

Причина неисправности:

а) Перегрузка генератора по току
б) Межвитковое соединение, короткое замыкание между фазами или заземление в двух местах обмотки статора (междуфазовые напряжения неодинаковы)

Принимаемые меры:

а) Проверить нагрузку, не допускать перегрузки
б) Неисправную катушку перемотать или заменить новой. При последовательном соединении всех катушек одной фазы и соединении фаз «звездой» можно временно выключить поврежденную катушку, разрезав и заизолировав ее. При этом количество витков не должно превышать 10% общего числа витков одной фазы. При параллельном соединении катушек или при включении фаз «треугольником» необходимо отключить соответствующее количество катушек и в других фазах или параллельных группах

2. Перегрев обмотки возбуждения (ротора)

Причина неисправности:

а) Повышенный ток возбуждения
б) Пониженная частота вращения первичного двигателя
в) Низкий коэффициент мощности нагрузки
г) Межвитковое соединение или замыкание на корпус в двух местах обмотки возбуждения, что иногда сопровождается вибрацией

Принимаемые меры:

а) Уменьшить ток возбуждения
б) Проверить и повысить частоту вращения
в) Снизить реактивную нагрузку. Принять меры к улучшению коэффициента мощности
г) Найти и устранить межвитковое соединение или соединение с корпусом

Неисправности электрических машин переменного и постоянного тока

В данной статье рекомендуем ознакомиться с наиболее распространёнными неисправностями электрических машин переменного и постоянного тока.

1. Понижение сопротивления изоляции обмоток

Причина неисправности:

а) Загрязнение машины токопроводящей пылью в результате износа щеток, а также загрязнение обмоток маслом или маслянистой пылью
б) Отсыревание обмоток или попадание воды в машину

Принимаемые меры:

а) Продуть и очистить машину и фильтры. Проверить соответствие марок щеток указанным в формуляре; отрегулировать нажатие щеток, проверить исправность щеткодержателей и поверхности коллектора (колец)
б) Просушить машину

2. Недопустимая вибрация

Причина неисправности:

а) Нарушение центровки в результате неисправности соединительной муфты
б) Ослабление болтов крепления к фундаменту

Принимаемые меры:

а) Проверить центровку, устранить неисправность муфты
б) Поджать крепежные болты

Законы электротехники, поясняющие принцип действия электрических машин

Работа любой электрической машины и трансформатора, основана на единстве закона электромагнитной индукции М. Фарадея и закона электромагнитного взаимодействия
Био-Савара-Лапласа.

Закон М. Фарадея, М. Максвелла:
ψ - потокосцепление, Ф - магнитный поток, Вб, W - число витков обмотки якоря.

Знак минус отражает закон Ленца, по которому создаваемый индуктируемой ЭДС ток всегда стремится воспрепятствовать изменению магнитного потока контура.

Величина ЭДС, наведенная в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур.