Вся электротехника России без посредников
Причины появления контурных токов в подшипниках электрических машин
При работе генератора неизбежно возникает паразитное напряжение на концах его ротора, что приводит к возникновению токов в подшипниках. Токи замыкаются вокруг генератора валом, подшипниками и корпусом и часто приводят к разрушению слоя скольжения подшипников.
Причины возникновения блуждающих напряжений на валу
Швы и асимметрия сердечника статора вызывают связь переменного магнитного потока с валом, что приводит к пульсации магнитного потока (схема а на рисунке). Если расстояние под разными сторонами ротора неодинаково, то и сопротивление магнитному потоку на пути от центра вала к ярму будет разным с разных сторон. Поэтому возникает пульсирующий магнитный поток, замыкающийся вокруг оси. Пульсация магнитного потока в барабане ротора наводит напряжение на концах вала генератора.
При неравномерном зазоре магнитные линии стремятся смыкаться по пути наименьшего сопротивления и охватывают вал ротора. При вращении ротор пронизывается переменным магнитным потоком и в нем индуцируется ЭДС, вызывающая появление тока в цепи «вал — подшипник — корпус». Роль соединений сердечников могут выполнять также клинья, являющиеся местами ослабления магнитопровода, и соединительные зазоры между активными пучками стали, вызывающие небольшие несимметричные магнитные ослабления и появление высокочастотных волновых ЭДС. Несимметричные нагрузки по фазам и переходные процессы, происходящие в обмотке статора, также вызывают изменение потокосвязи с валом и приводят к созданию ЭДС высокой частоты.
Намагничивание вала генератора.
Если вал генератора (турбины) намагничен, то часть магнитного потока разветвляется в подшипниках и при вращении вала создается эффект униполярного генератора. То есть между разными точками шейки вала и поверхностью скольжения подшипника существует постоянное напряжение (рис. 2), которое пропорционально магнитному потоку, протекающему через вал. Образовавшаяся токовая петля замыкается между поверхностями скольжения внутри подшипника. Продольная намагниченность может возникать в результате действия намагничивания близких к волне производных. Чтобы устранить или уменьшить однополярные индукционные токи, размагничьте вал или переместите выводы. Мера против подшипниковых токов - изоляция подшипника от подшипника - не предотвращает протекание однополярных индукционных токов внутри подшипника.
Причины прохождения магнитного потока через вал и замыкания через подшипники и статор:
- циркулирующий ток вокруг вала, образуемый токосъемником обмотки возбуждения. Включите цепи обмотки ротора.
- Короткое замыкание одного из полюсов явнополюсной машины.
- Круговой ток, образованный межполюсными соединениями в явнополюсных машинах.
- Асимметрия токов в лобовых частях обмотки статора.
- Наличие циркулирующих токов между параллельными ветвями одной из фаз.
Замыкание одной из фаз на нейтраль может создать пульсирующий магнитный поток в валу, когда перемычки и шины образуют замкнутую цепь.
Пути циркулирующего тока
Вихревые токи в системе турбина-генератор могут блокироваться вдоль вала либо подшипниками, уплотнениями ротора турбины, водородными уплотнениями ротора генератора, либо трубопроводами и датчиками контроля вибрации. В сочетании с тем, что большинство турбогенераторов не имеют повреждений ЭДМ на задних изолированных подшипниках и со значительными повреждениями на подшипниках турбин, можно утверждать, что те, что через подшипники являются активно-емкостными . Подшипниковый узел «вкладыш — масляная пленка — вал» представляет собой своеобразный конденсатор, емкость которого составляет около 10—30 нФ, а емкость по гармонике первого порядка Xc = 100—500 кОм (для подшипников силовых установок с мощностью 60-300 МВт). Таким образом, емкостные токи (электрические токи смещения), вызванные переменной частью волны ЭДС, составляют несколько миллиампер и замыкаются через подшипники, не вызывая непосредственного разрыва масляной пленки.
Разрушение происходит под действием постоянной (апериодической) составляющей напряжения на валу. Напряжение пробоя масляной пленки нормально работающего подшипника составляет порядка 20-25 вольт. При снижении качества масла или истончении масляного клина (перекос подшипника) напряжение пробоя падает и может достигать нескольких вольт (5-7 В). Изоляция под стулом представляет собой емкость для периодических токов и бесконечно большое сопротивление для постоянных (апериодических) токов. Следовательно, требуется надлежащая изоляция заднего подшипника, поскольку она разрывает пути тока подшипника из-за постоянной составляющей ЭДС вала и ограничивает петлевые токи из-за переменной составляющей.
Резюме
Токи, вызванные переменной составляющей напряжения на валу, циркулируют постоянно в виде электрических токов смещения через подшипники и вызывают разрыв масляной пленки только при превышении критических значений. Очевидно, что наибольший вклад в создание ЭДС на оси всего турбоагрегата (гидроагрегата) вносят процессы, происходящие в генераторе. Переменное наведенное напряжение на валу генератора, создаваемое переменной потокосцеплением, содержит гармоники основной и более высоких частот. Постоянная (апериодическая) составляющая напряжения незначительна и может возникать как в намагниченном состоянии генераторной и турбоагрегатов, так и в переходных режимах работы генератора.
Причины возникновения блуждающих напряжений на валу
Швы и асимметрия сердечника статора вызывают связь переменного магнитного потока с валом, что приводит к пульсации магнитного потока (схема а на рисунке). Если расстояние под разными сторонами ротора неодинаково, то и сопротивление магнитному потоку на пути от центра вала к ярму будет разным с разных сторон. Поэтому возникает пульсирующий магнитный поток, замыкающийся вокруг оси. Пульсация магнитного потока в барабане ротора наводит напряжение на концах вала генератора.
При неравномерном зазоре магнитные линии стремятся смыкаться по пути наименьшего сопротивления и охватывают вал ротора. При вращении ротор пронизывается переменным магнитным потоком и в нем индуцируется ЭДС, вызывающая появление тока в цепи «вал — подшипник — корпус». Роль соединений сердечников могут выполнять также клинья, являющиеся местами ослабления магнитопровода, и соединительные зазоры между активными пучками стали, вызывающие небольшие несимметричные магнитные ослабления и появление высокочастотных волновых ЭДС. Несимметричные нагрузки по фазам и переходные процессы, происходящие в обмотке статора, также вызывают изменение потокосвязи с валом и приводят к созданию ЭДС высокой частоты.
Намагничивание вала генератора.
Если вал генератора (турбины) намагничен, то часть магнитного потока разветвляется в подшипниках и при вращении вала создается эффект униполярного генератора. То есть между разными точками шейки вала и поверхностью скольжения подшипника существует постоянное напряжение (рис. 2), которое пропорционально магнитному потоку, протекающему через вал. Образовавшаяся токовая петля замыкается между поверхностями скольжения внутри подшипника. Продольная намагниченность может возникать в результате действия намагничивания близких к волне производных. Чтобы устранить или уменьшить однополярные индукционные токи, размагничьте вал или переместите выводы. Мера против подшипниковых токов - изоляция подшипника от подшипника - не предотвращает протекание однополярных индукционных токов внутри подшипника.
Причины прохождения магнитного потока через вал и замыкания через подшипники и статор:
- циркулирующий ток вокруг вала, образуемый токосъемником обмотки возбуждения. Включите цепи обмотки ротора.
- Короткое замыкание одного из полюсов явнополюсной машины.
- Круговой ток, образованный межполюсными соединениями в явнополюсных машинах.
- Асимметрия токов в лобовых частях обмотки статора.
- Наличие циркулирующих токов между параллельными ветвями одной из фаз.
Замыкание одной из фаз на нейтраль может создать пульсирующий магнитный поток в валу, когда перемычки и шины образуют замкнутую цепь.
Пути циркулирующего тока
Вихревые токи в системе турбина-генератор могут блокироваться вдоль вала либо подшипниками, уплотнениями ротора турбины, водородными уплотнениями ротора генератора, либо трубопроводами и датчиками контроля вибрации. В сочетании с тем, что большинство турбогенераторов не имеют повреждений ЭДМ на задних изолированных подшипниках и со значительными повреждениями на подшипниках турбин, можно утверждать, что те, что через подшипники являются активно-емкостными . Подшипниковый узел «вкладыш — масляная пленка — вал» представляет собой своеобразный конденсатор, емкость которого составляет около 10—30 нФ, а емкость по гармонике первого порядка Xc = 100—500 кОм (для подшипников силовых установок с мощностью 60-300 МВт). Таким образом, емкостные токи (электрические токи смещения), вызванные переменной частью волны ЭДС, составляют несколько миллиампер и замыкаются через подшипники, не вызывая непосредственного разрыва масляной пленки.
Разрушение происходит под действием постоянной (апериодической) составляющей напряжения на валу. Напряжение пробоя масляной пленки нормально работающего подшипника составляет порядка 20-25 вольт. При снижении качества масла или истончении масляного клина (перекос подшипника) напряжение пробоя падает и может достигать нескольких вольт (5-7 В). Изоляция под стулом представляет собой емкость для периодических токов и бесконечно большое сопротивление для постоянных (апериодических) токов. Следовательно, требуется надлежащая изоляция заднего подшипника, поскольку она разрывает пути тока подшипника из-за постоянной составляющей ЭДС вала и ограничивает петлевые токи из-за переменной составляющей.
Резюме
Токи, вызванные переменной составляющей напряжения на валу, циркулируют постоянно в виде электрических токов смещения через подшипники и вызывают разрыв масляной пленки только при превышении критических значений. Очевидно, что наибольший вклад в создание ЭДС на оси всего турбоагрегата (гидроагрегата) вносят процессы, происходящие в генераторе. Переменное наведенное напряжение на валу генератора, создаваемое переменной потокосцеплением, содержит гармоники основной и более высоких частот. Постоянная (апериодическая) составляющая напряжения незначительна и может возникать как в намагниченном состоянии генераторной и турбоагрегатов, так и в переходных режимах работы генератора.
