У зв'язку з виникненням у стержнях короткозамкнутих обмоток роторів асинхронних електродвигунів дефектів, в умовах експлуатації необхідно періодично перевіряти технічний стан цих обмоток.
При обривах стрижнів обмоток роторів збільшуються час розгону і додаткові втрати електродвигунів, зменшуються ККД і коефіцієнт потужності, збільшуються споживаний струм і ковзання.
Найбільш шкідливий вплив на роботу електродвигунів надає вібрація, що виникає внаслідок обриву стрижнів короткозамкненою обмотки. В результаті вібрація призводить до виходу електродвигунів з ладу.
У технічній літературі введено поняття коефіцієнта несиметрії, який для випадку обриву одного стержня.
Проведені дослідження впливу обривів стрижнів на характеристики і вібрацію асинхронних електродвигунів показали, що для електродвигунів єдиних серій допускається обрив не більше одного стержня.
Зовнішніми ознаками наявності обривів стрижнів електродвигунів є підвищена вібрація і шум при роботі, що збільшуються з ростом навантаження. Характерним є і те, що вібрація і шум періодично змінюються з частотою, рівній подвоєній частоті ковзання.
Стрілки амперметрів, включених в ланцюг живлення електродвигунів з обривами стержнів короткозамкнених обмоток роторів, також періодично коливаються через періодичних змін ефективних значенні струмів в фазах.
На практиці застосовують кілька способів визначення технічного стану короткозамкнутих обмоток роторів.
Спосіб вимірювання струмів в обмотках статора при провертанні ротора вручну дозволяє встановити наявність обривів стрижнів в короткозамкнених обмотках асинхронних електродвигунів. Відповідно до цього способу одну або дві фази обмотки статора електродвигуна включають на напругу змінного струму, рівне 10-15% номінального, і при повільному провертанні ротора вручну вимірюють струм в ланцюзі харчування (рис. 19).
Мал. 19. Схема для визначення обривів стрижнів короткозамкнених обмоток роторів електродвигунів
Для визначення зміни струму зручно використовувати самопишущий амперметр. Слід зазначити, що вказаний спосіб більш чутливий до обривів стрижнів при подачі напруги на одну фазу обмотки, ніж при подачі напруги на дві фази. Якщо при обертанні ротора струм в обмотці статора не змінюється, обриви в стрижнях обмотки ротора відсутні. Зміна струму при провертанні ротора вказує на наявність обриву стрижнів. У зв'язку з тим, що зміна струму залежить від числа пошкоджених стрижнів і їх взаємного розташування, визначити число обірваних стрижнів по відхиленню стрілки амперметра важко. Після виявлення факту наявності обриву стрижнів електродвигун підлягає розбиранню і точному встановленню числа обірваних стрижнів.
Спосіб контролю стрижнів короткозамкнених обмоток роторів 121 заснований на використанні залежності ковзання електродвигунів від числа обірваних стрижнів. При визначенні числа обірваних стержнів згідно з цим способом вимірюють ковзання електродвигуна при заданому навантаженні і температурі і отриману величину порівнюють з контрольною, виміряної на електродвигуні з ротором, що не мають обривів. Для використання цього способу необхідно мати еталонні криві залежностей ковзання від навантаження для конкретних типів електродвигунів, що обмежує застосування методу при експлуатації електрообладнання.
Визначення технічного стану короткозамкнутих обмоток роторів електродвигунів єдиних серій, в зв'язку з порівняно легким доступом до електродвигунів, не викликає труднощів. Для спеціальних електродвигунів, наприклад, заглибних, визначення технічного стану короткозамкнутих обмоток традиційними способами є досить трудомісткою операцією. Так, для контролю електродвигуни заглибних електронасосів необхідно було піднімати з свердловини на поверхню. У зв'язку з цим в Українському філіалі ГОСНИТИ було розроблено два способи визначення технічного стану короткозамкнутих обмоток роторів електродвигунів, доступ до яких неможливий або утруднений.
Спосіб визначення ступеня пошкодження короткозамкнутих обмоток роторів заглибних асинхронних електродвигунів заснований на положенні, що при нерухомому роторі, що має пошкодження короткозамкненою обмотки, струм у фазах залежить від положення ротора щодо статора.
У електродвигунів занурювальних насосів полюсное розподіл становить 180 °, в зв'язку з чим при обертанні ротора, що має дефекти обмоток, період зміни ефективного значення струму фази відповідає половині обороту ротора. Зміна ефективного значення струму пов'язано зі зміною магнітного опору фази електродвигуна при зміні розташування дефектів обмотки ротора щодо обмотки статора, в якій вимірюють струм. У заглибних електродвигунах це зміна порівняно велика. Так, при обриві чотирьох розташованих поруч стрижнів при повороті ротора на один оборот ефективне значення струму змінюється на 42% середньої величини.
Розроблений спосіб дозволяє визначити ступінь пошкодження короткозамкнутих обмоток роторів без підйому заглибних електродвигунів з свердловини. Спосіб придатний і для контролю інших типів асинхронних електродвигунів, доступ до валів яких важко або взагалі неможливо. Для визначення технічного стану стержнів за допомогою збудження фаз обмотки статора ротор електродвигуна повертають на певні кути (крокові обертання). Після кожного повороту обмотку статора підключають до постійного напругою змінного струму і самопишущим амперметром записують струм. Крокові обертання продовжують до тих пір, поки ротор зробить один оборот.
Мал. 20. Схема для визначення ступеня пошкодження короткозамкнутих обмоток роторів заглибних електродвигунів
На рис. 20 зображена схема для визначення пошкоджень короткозамкнутих обмоток роторів заглибних електродвигунів. Для крокової переміщення ротора статор електродвигуна М включають в мережу змінного струму через діоди Д1, Д2 і Д3. Включенням і вимиканням перемикачів В1 і В2, які включені послідовне діодами, здійснюється перемикається ротора. Для крокової переміщення ротора можна застосовувати і інші схеми, наприклад, з керованими вентилями. Вимірювальна частина схеми складається з самописного амперметра А, реєструючого струм через трансформатор струму Тm. Після кожного переміщення ротора обмотки статора відключають від електричної мережі, на два висновки електродвигуна вимикачем В3 подають стабілізовану напругу і амперметром А записують значення струму в обмотках.
При відсутності ушкоджень в короткозамкненою обмотці ротора струм буде однаковим при всіх положеннях ротора. Якщо короткозамкнутая обмотка ротора має обриви стрижнів, струм буде залежати від положення ротора щодо обмоток статора, при цьому зміна струму буде тим більше, чим більше число стрижнів мають пошкодження. За зміною струмів при різних положеннях ротора в межах одного обороту оцінюють технічний стан короткозамкненою обмотки.
Ступінь пошкодження обмотки ротора при локальному (місцевому) розміщенні дефектів визначають за формулою
де γ - ступінь пошкодження обмотки,%; RR - коефіцієнт конструктивних особливостей електродвигуна; Iмакс. Iмін - найбільше та найменше значення виміряних струмів, А.
Експериментальні дані показують, що для заглибних електродвигунів (RR = 1), обмотка ротора яких має 24 стрижня, при обриві двох γ = 9,8%, а при обриві чотирьох γ = 28%. Допустиме значення у для цих електродвигунів складає 10%.
Спосіб визначення технічного стану короткозамкнутих обмоток роторів, розроблений в Українському філіалі ГОСНИТИ для електродвигунів, доступ до валів яких важко або взагалі неможливо, дозволяє визначити число пошкоджених стрижнів незалежно від їх взаємного розташування. Спосіб не вимагає зупинки електродвигуна. Спосіб заснований на визначенні зв'язку між частотою модуляції струмів електродвигунів, у яких короткозамкнутая обмотка має дефекти, і залежністю ковзання електродвигунів від навантаження і числа пошкоджених стрижнів.
У електродвигунів, що мають пошкодження стрижнів, в зв'язку з періодичною зміною магнітного опору фаз під час обертання ротора, має місце модуляція струмів, споживаних з електричної мережі. Значення модуляції струмів залежить від числа пошкоджених стрижнів і від їх взаємного розташування, а частота модуляції визначається тільки значенням ковзання.
Мал. 21. Осцилограми струмів, споживаних занурювальним електродвигуном ПЕДВ-8-140, при відсутності обривів стрижнів ротора (а) і при обриві чотирьох стрижнів (б).
На рис. 21 показані осцилограми струмів, споживаних занурювальним електродвигуном для випадків, коли стрижні ротора не мають пошкоджень і при обриві стрижнів. Значення ковзання електродвигунів залежить від навантаження і стану короткозамкнутих обмоток роторів (числа стрижнів з обривами і ослаблениями). Ковзання електродвигунів збільшується зі збільшенням числа пошкоджених стрижнів. Залежно ковзання заглибних електродвигунів ПЕДВ-8-140 від споживаної потужності для випадків, коли стрижні не мають обривів і при обриві двох, чотирьох і шести стрижнів ротора зображені на рис. 22.
Мал. 22. Залежність ковзання електродвигунів ПЕДВ-8-140 від споживаної потужності і стану стержнів короткозамкненою обмотки ротора:
1 - обриви стрижнів відсутні; 2 - при обриві двох стрижнів; 3 - при обриві чотирьох стрижнів; 4 - при обриві шести стрижнів.
З наведених на малюнку кривих видно, що при певній потужності при збільшенні числа обірваних стрижнів ковзання збільшується. Так, при споживаної потужності 8 кВт при обриві двох, чотирьох і шести стрижнів ковзання збільшується відповідно на 8,17 і 41%. Заштрихована частина малюнка відповідає допустимим значенням ковзання заглибних електродвигунів ПЕДВ-8-140.
Схему для визначення технічного стану короткозамкнутих обмоток роторів за допомогою описаного вище способу ілюструє рис. 23.
Мал. 23. Схема для визначення технічного стану коротко-замкнутих обмоток роторів
У працюючого від мережі двигуна М вимірюють споживану потужність ваттметром W і частоту модуляції струму приладом Hz. На графіку (рис. 22) знаходиться точка, відповідна отриманими результатами вимірювання. Якщо точка розміщена в заштрихованої зоні, електродвигун можна залишати працювати. В іншому випадку електродвигун підлягає ремонту. Користуючись кривими рис. 22, по розміщенню точки можна визначити число дефектних стрижнів короткозамкненою обмотки ротора. Заглибні електродвигуни, що мають 24 стрижня короткозамкненою обмотки, допускають роботу при обриві не більше двох стержнів.
Для зручності користування цим способом в умовах експлуатації, доцільно виготовити універсальну номограмму для визначення допустимого числа обірваних стрижнів для всього діапазону потужностей певного типу електродвигунів (наприклад, заглибних).