Для оценки надежности синхронных генераторов средней мощности (до 100 кВт) с достаточной полнотой использовались статистические методы. Установлено, что вероятность безотказной работы генераторов ЕС и ЕСС в период до 4 тыс. ч описывается законом распределения Вейбулла. В период 4…12 тыс. ч распределение отказов является экспоненциальным. Характеристика отказов этих машин имеет общие черты с отказами крупных генераторов и асинхронных двигателей. Основными узлами, подверженными отказам, являются обмотки ротора и статора, блок регулирования напряжения, подшипниковый узел. Установлено, что среднее время наработки на отказ для различных типов крупных машин составляет 3…5 тыс. ч, а среднее время ремонта 10…35 тыс. ч.

Данные о причинах выхода из строя в период эксплуатации электрических машин постоянного тока как общего, так и специального назначения показывают, что большинство аварий происходят по вине обслуживающего персонала, который не всегда обеспечивает необходимый уход и качественное выполнение текущего ремонта. Среди других причин отказов следует отменить конструкционные недостатки и условия эксплуатации.

Наиболее частыми повреждениями возбудителей синхронных генераторов являются повреждения бандажей обмотки якоря, нарушения пайки петушков и износ коллектора, при этом надежность коллекторно-щеточного узла во много зависит от мощности возбудителя.

В тяговых двигателях электровозов одной из частых причин отказов в работе является возникновение кругового огня на коллекторе. Это вызвано условиями эксплуатации (буксование колесных пар электровозов), невысоким качеством выпрямительного питающего напряжения, повышенными ударами и вибрационными нагрузками.

Для электрических машин постоянного тока общего назначения характерным повреждением является также неисправность коллектора. По статистике выход из строя этих машин из-за повреждений коллектора составляет 20% общего числа отказов. Относительно большое число повреждений коллектора вызывается трением щеток. Скорость износа щеток не является величиной, одинаковой для всех щеток. Она зависит от следующих факторов: неправильной установки щеток, неисправностей щеткодержателей, попадания летучих фракций пропиточных лаков обмотки на коллектор, механических неисправностей коллектора, неправильного выбора марок и конструкции щеток. Механическая нестабильность скользящего контакта приводит также к разрушению щеток и арматуры.

Повреждения коллектора могут проявляться в нарушении цилиндричности поверхности коллектора из-за неравномерного ее износа и нарушений в механических узлах машины. На поверхности коллектора в процессе эксплуатации происходит нарушение полировки из-за подгорания пластин и царапин и неравномерности нажатия отдельных щеток на коллектор. К механическим факторам, влияющим на износ коллектора, относятся давление щеток на коллектор, их вибрация и биение коллектора, высокая окружная скорость вращения. Износ коллектора зависит также от химических факторов, к которым относятся образование контактной пленки на поверхности коллектора, состав и влажность окружающей среды, наличие в среде активных веществ. Среди электрических факторов, влияющих на износ коллектора, следует отметить плотность тока под щетками, сопротивление переходных контактов щеток и коллектора, нарушение коммутации машины, которое приводит к появлению искрения под щетками.

---

Повреждение обмоток якорей машин постоянного тока проявляется в пробое корпусной изоляции между пакетом стали якоря и обмоткой и пробое изоляции между витками в якорях с многовитковыми секциями. В крупных машинах постоянного тока повреждения проявляется в распайке соединительных петушков коллекторных пластин с обмоткой и из-за разрушения проволочных бандажей.

Отказы механических узлов машин постоянного тока определяются, в основном, состоянием шеек вала и подшипников качения и скольжения. Повреждение подшипников скольжения и шее вала выражаются в виде износа вкладышей в гнездах подшипников, вытекания смазки из подшипников при их неисправностях, нарушения работы смазочных колец в подшипниках. Отказы подшипников качения происходят из-за вытекания смазки из подшипников, поломки шариков или роликов между обоймами подшипников, разрушение сепаратора, заклинивания шариков в обоймах подшипников. Другим механическим узлом, который повреждается при эксплуатации электрических машин постоянного тока, является щеточная траверса. Повреждения этого узла проявляется в виде поломки кольца траверсы, закрепляющего ее на подшипниковом устройстве, расстройстве регулировки положения щеткодержателей на кольцах или бракетах траверсы.

Наряду со статистической обработкой данных эксплуатации для оценки надежности электрических машин используются также определительные и контрольные испытания. Определительные испытания проводят для определения сравнительных показателей надежности, контрольные — для контроля соответствия показателей требованиям стандартов или технических условий [8].

Для определительных испытаний объем выборки (количество машин, случайным образом отобранных из партии или серии, подлежащих испытаниям) составляет 20…30 машин. Испытания проводятся до отказа всех машин выборки, что позволяет построить кривую вероятности безотказной работы в функции наработки.

Контрольные испытания проводят либо для одного уровня (риск заказчика ), либо для двух (риск заказчика и риск изготовителя ). Для соответствующих значений и определяется объемом выборки, необходимый для подтверждения требуемого значения вероятности безотказной работы. После испытания машин в случае, если число отказавших во время испытаний машин не превышает некоторое число с — так называемого приемочного числа, требуемый уровень вероятности безотказной работы подтверждается. В противном случае гипотеза о соответствии надежности партии машин требуемому уровню отклоняется.

Испытания на надежность, как определительные, так и контрольные, весьма длительные и дорогостоящие. Кроме того, данные испытаний зачастую запаздывают и не могут дать оперативной коррекции при конструировании и совершенствовании технологии. Сокращение времени испытаний решается проведением форсированных испытаний на надежность. В этом случае испытания электрических машин проводятся в специальных условиях, характеризующихся повышенным уровнем некоторых воздействующих факторов: температура окружающей среды, вибрации, номинальных частоты вращения и нагрузки, числа пусков, влажности, удельного нажатия и плотности тока под щеткой, запыленности.

---

Ускоренным испытаниям данного типа машин определенной мощности или диапазона мощностей предшествуют испытания по определению коэффициента ускорения. Коэффициент ускорения есть отношение времени, в течение которого вероятность безотказной работы машины в номинальном режиме составляет , ко времени, в течение которого та же вероятность будет в режиме форсировки. Необходимо соблюдение адекватности законов распределения в форсированном и нормальном режиме. Это, в свою очередь, означает, что при форсированных испытаниях не должна нарушаться физика старения и износа материалов и конструкции электрической машины. Количество факторов форсировки обычно варьируется от двух до четырех. Электрические машины могут быть испытаны с коэффициентом ускорения 10—15, что значительно сокращает время испытаний [8,16].

1.6. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Проектирование электрических машин включает электромагнитные, тепловые, вентиляционные, механические и другие расчеты с одновременным выбором конструкции, удовлетворяющей технологическим требованиям ее изготовления при минимальных затратах материалов, большей надежности и меньшей стоимости. Все эти требования противоречивы, и необходим расчет многих вариантов геометрии активной части и изменения конструкции машины.

Задание на курсовой проект содержит основные данные проектируемой машины, указания о режиме ее работы, конструктивном исполнении, в виде защиты от окружающей среды и системе вентиляции. Кроме того, могут быть заданы дополнительные требования, например диапазон регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока, наименьшие допустимые значения кратности пускового и максимального моментов асинхронных двигателей и т. п. Проектируемая машина должна удовлетворять соответствующим ГОСТ.

Наименование разделов курсового проекта и их примерный объем в процентах приведены в тал. 1.5. Отдельные разделы проекта должны быть выполнены и представлены для проверки руководителю в установленные сроки.

Таблица 1.5. Основные разделы курсового проекта, их относительный объем

Наименование разделов проектов	Объем раздела, %
Выбор главных размеров	5
Электромагнитный расчет	35
Разработка конструкции (выполнение чертежей общих видов в тонких линиях)	30
Механические расчеты	5
Вентиляционный расчет	5
Тепловой расчет	5
Экономический расчет	5
Завершение чертежей и оформление пояснительной записки	10

В табл. 1.5 объем разделов курсового проекта указан ориентировочно и при индивидуальном задании корректируется в зависимости от темы проекта.

В качестве основного пособия для проектирования электрических машин общего назначения может быть использована настоящая книга. Однако для полноты проработки материала необходимо использовать также и другие источники. Так, при разработке конструкции машины следует обратиться к заводским чертежам аналогичных машин, близких по габаритам к заданной в проектном задании, каталогам и справочникам на электрические машины [16]. Примеры общей компоновки машин и конструкции их отдельных узлов и деталей, технология изготовления основных деталей и сборки, конструкция изоляции и изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах различных назначений, рассмотрены в [2,16].

---

При работе над проектом следует использовать конструктивные исполнения, принятые в электрических машинах современных серий.

Расчеты машин проводят в последовательности, изложенной в соответствующих главах данной книги. Вначале выбирают главные размеры и выполняют электромагнитный расчет, в процессе которого определяют обмоточные данные и размеры машины. Электромагнитные расчеты заканчивают построением основных характеристик [6].

После электромагнитного расчета должны быть выполнены в тонких линиях чертежи машины. В процессе конструирования проверяются выбранные ранее размерные соотношения деталей и узлов.

Вентиляционный, тепловой и механические расчеты выполняют исходя из размеров, полученных в расчете и на чертеже. Содержание и объем этих расчетов определяются руководителем проекта в зависимости от требования технического задания.

Экономический расчет при учебном проектировании является заключительным. Его объем и методика проведения определяются кафедрой, ведущей проектирование. Вопросы экономики учитывают в течение всей работы над проектом.

К защите проекта представляются чертежи спроектированной машины и пояснительная записка.

Пояснительная записка ¹ должна содержать окончательные варианты расчетов всех разделов проекта. Если в процессе работы выявилась необходимость изменения каких-либо первоначально принятых размеров или рассчитанных данных, потребовавшая пересчета ряда позиций, то первоначальные варианты расчета в текст пояснительной записки не включаются. К принятому окончательному варианту необходимо сделать краткое пояснение.

¹ При оформлении пояснительной записки и графической части проекта рекомендуется использовать книгу Александрова К.К., Кузьминой Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. М.: Энергоатомиздат, 1990.

В тексте записки необходимые по ходу расчета пояснения и обоснования следует излагать кратко и ясно. При записи расчетов нужно обязательно привести расчетную формулу в общем виде, затем ту же формулу с заменой символов соответствующими числами и, наконец, численный результат с указанием единицы полученной величины. Результаты промежуточных вычислений могут быть опущены. Все расчеты проводят в системе СИ.

Текст пояснительной записки должен сопровождаться достаточным количеством иллюстраций – эскизов, графиков, в полной мере поясняющих принятые в расчете обозначения размеров и полученные размерные соотношения. Все рисунки должны быть выполнены с точным соблюдением масштаба, что позволяет вовремя заметить возможные ошибки в расчете. Пояснительная записка выполняется на стандартных листах писчей бумаги формата 11. Текст пишется чернилами. Оборотная сторона листа не используется. Страницы записки необходимо пронумеровать, рисунки выполнить на отдельных листах чертежей или миллиметровой бумаге того же формата и сброшюровать вместе с текстом.

---

Графическая часть проекта обычно состоит из двух-трех листов чертежей формата 24. Она содержит чертежи общих видов машин с необходимыми для пояснения конструкции разрезами и нескольких деталей, поперечные размеры пазов с расположенными в них проводниками и изоляцией обмотки, схему обмотки и основные характеристики спроектированной машины. Объем и содержание графической части проекта корректируются в зависимости от требований технического задания и времени, отведенного в учебных планах на выполнение курсового проекта.

---

Смотрите также файлы

• Глава 3 Конструкция и схемы обмоток электрических машин.doc

• ГЛАВА 4 Магнитная цепь.doc

• ГЛАВА 5 Параметры ЭМ.doc

• ГЛАВА 6 Потери и КПД.doc

• Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин.doc