Характеристика испытаний электрических машин и трансформаторов

F=zn,

где z — число лопаток вентилятора; n — частота вращения, об/с.

    Магнитный шум появляется вследствие возникновения вынужденных колебаний статора и ротора электрической машины под действием знакопеременных электромагнитных сил, имеющих периодический характер. Магнитный шум в основном обусловлен радиальными усилиями, пропорциональными квадрату магнитной индукции в воздушном зазоре машины. Из-за сложного характера распределения магнитного поля в воздушном зазоре возникающий магнитный шум является широкополосным.

    Шум подшипников обусловливается главным образом небалансом и неточностью изготовления элементов подшипников качения. Интенсивность шума возрастает с увеличением диаметра подшипника, скорости вращения вала, сил одностороннего магнитного тяжения и неуравновешенности  ротора. Основная частота шума, обусловленного небалансом  подшипников, не превышает частоту вращения ротора, т. е. приходится на нижний диапазон слышимости. Неточность изготовления подшипников приводит к появлению шума с частотой, превышающей частоту вращения ротора и пропорциональной количеству деформированных элементов качения.

    Шум щеток возникает при их скольжении по коллектору и зависит от качества поверхности коллектора, состояния притирки щеток, степени их давления на коллектор. В составляющих шума щеток наиболее выраженные  звуки обусловлены периодическим прохождением коллекторных пластин под щетками (так называемый шум удара). Частота этих звуков пропорциональна частоте вращения и количеству коллекторных пластин, поэтому шум щеток является высокочастотным.

    Шум, возбуждаемый механическими факторами, возникает вследствие распространения вибраций подшипников или внутренних частей машины на большие площади фундаментов или кожухов. Этот структурный шум преобразуется в аэродинамический и излучается в окружающую среду. Если причиной вибрации является плохая балансировка ротора, то шумы в большинстве случаев являются низкочастотными, так как нижняя граница диапазона слышимости 16 Гц соответствует частоте вращения 960 об/мин.

камер является сложной технической задачей, в настоящее время уровень внешних шумов в этих камерах доведен до 18—20 дБ.

    Методы  измерения уровня шума и вибрации при промышленных испытаниях изложены в ГОСТ 11929—87 и 12379—75. Отметим, что эти стандарты не устанавливают методы определения шума и вибраций в нестационарных процессах — пуски, реверсы, торможения и др.

    По  уровню шума электрические машины разделены  на четыре класса. К классу 1 относят машины, к которым не предъявляют требования по ограничению уровня шума, а также машины, разработанные до 1985 г. и доработка которых до класса 2 нецелесообразна; к классу 2 — машины экспортного исполнения и вновь разрабатываемые машины, к классу 3 — малошумные машины с малошумными подшипниками качения и глушителями вентиляционного шума, к классу 4 —особо малошумные машины, в которых дополнительно предусмотрено пониженное использование активных материалов и установка звукоизолирующего кожуха. Предельные значения уровней шума машин классов 2, 3, 4 должны быть ниже уровней шума машин класса 1 на 5, 10 и 15 дБ соответственно.

    При проведении контрольных испытаний  помещение считается пригодным  для измерений шума по методу свободного поля, если средний уровень звука увеличивается не менее чем на 5 дБ при уменьшении вдвое расстояния r₁ от центра источника до точек измерения шума или средний уровень звука уменьшается не менее чем на 4 дБ при удвоении указанного расстояния. В идеальном свободном поле без затухания изменение среднего уровня звука L₂ при увеличении расстояния до r₂=2r₁ составляет 6 дБ в соответствии с выражением

,

где L₁ — известное значение уровня интенсивности звука на расстоянии r₁ от источника.

    Измерение шума в свободном поле. Если пол в испытательном помещении обладает хорошим звукопоглощением (коэффициент звукопоглощения не менее 0,8), машину помещают над центром пола на высоте не менее 1 м над полом и не ближе 1,5 м от потолка. В случае звукоотражающего пола (коэффициент звукопоглощения не более 0,05) испытуемую машину располагают на полу или непосредственно над полом вблизи от его центра. Звукоотражающий пол должен простираться во все стороны за измерительную поверхность так, чтобы линейные размеры звукоотражающей плоскости (пола) были больше проекции измерительной поверхности, образованной измерительными линиями (рис. 4.2). Во время измерений корпус шумомера и другие приборы, а также наблюдатель должны находиться на расстоянии не менее 1 м от микрофона.

    Точки измерения выбирают на измерительных  линиях I и II (см. рис. 8, а, б). При определении размеров l_max, l_min и d не учитывается выходной конец вала, коробка зажимов и другие выступающие детали электрической машины. Для машин горизонтального  исполнения  измерительная  линия  I располагается на

    Рис. 8. Точки измерения шума на виде спереди (а) и виде сверху (б)   испытуемой машины.

высоте  оси вращения машины, для машин  вертикального исполнения — на половине высоты машины, но не менее 0,25 м для звукоотражающего и 1,0 м для звукопоглощающего пола. Измерительная линия II во всех случаях должна находиться в вертикальной плоскости, проходящей через ось машины.

    При контрольных испытаниях измерения  проводят в точках 1, 2, 3, 4, 5 для  машин первой группы   (с l_max≤l  м,  а также 1 м≤l_max≤2 м и l_max/l_min<2)   и в точках 1, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11 для машин   второй   группы (с l_max ≥2 м,   а   также   1 м≤l_max≤2 м и l_max/l_min>2).

    ГОСТ 16372—84 «Машины электрические вращающиеся. Допустимые уровни шума» регламентирует допустимые уровни шума электрических машин при измерении на расстоянии 1 м от наружного контура машины. Поэтому размер d при измерениях принимается равным 1 м.

    После измерения уровней шума в указанных  точках обрабатывают результаты измерений.

    Вычисляют¹ эквивалентный радиус r_s (м) для машин первой и второй групп соответственно по формулам

      и ,    

где d= 1 м; размеры а, b, с (в метрах) в соответствии с рис. 8.

    Определяют  площадь эквивалентной сферы  и корректированный уровень звуковой мощности по шкале А:

,

где L_a — измеренный средний уровень звука по шкале A, дБ; k — постоянный коэффициент, k=0 и 3 соответственно для звукоотражающего и звукопоглощающего пола, S=2πr_s².

    Определяют  уровень звуковой мощности в частотных  полосах по формуле 

,

где L — измеренный уровень звукового давления в частотной полосе, дБ.

    Вычисляют приведенный уровень звука по шкале А на опорном радиусе 3 м по формуле

,

    Измеренные  и рассчитанные при испытаниях величины сопоставляются с требованиями по допустимым уровням шума.

    Методы  оценки вибрации. При оценке вибрации электрических машин основной измеряемой величиной является эффективное значение вибрационной скорости v_эф, измеренное в диапазоне от рабочей частоты до 2000 Гц. Для электрических машин с рабочей частотой вращения до 3000 об/мин допускается измерение v_эф в диапазоне частот до 1000 Гц.

    Определение эффективного значения вибрационной скорости допускается проводить по данным спектрального анализа в указанном диапазоне частот

,

где v_iэф — эффективное значение вибрационной скорости, полученное при спектральном анализе для i-й полосы фильтра, причем первая и п-я полосы должны включать в себя нижнюю и верхнюю границы заданного диапазона частот соответственно.

    Напомним, что для оценки вибрации собранных  электрических машин устанавливается восемь классов: 0,28; 0,45; 0,70; 1,10; 1,80; 2,80; 4,50; 7,00. Индексы классов соответствуют максимально допустимой для данного класса эффективной вибрационной скорости в мм/с.

    При контроле вибрации электрических машин  их располагают на упругом основании, причем дополнительная масса упругого основания не должна превышать 10% массы испытуемой машины.

    

    Рис. 9. Точки   измерения   вибрации   в электрических   машинах   исполнения IP44

    Вибродатчики  должны жестко крепиться к самой машине или к дополнительной массе. При испытаниях электрическая машина должна иметь такое же положение, как и при нормальной эксплуатации.

    Помехи  от внешней вибрации в принятых точках измерения (рис. 9) не должны превышать 25% нормируемой величины v_эф.доп, а при измерении уровня вибраций в децибелах —8—10 дБ соответственно.

    При периодических и типовых испытаниях вибрацию необходимо измерять на подшипниковых щитах по вертикальной и горизонтальной осям, а также в направлении оси вращения, как можно ближе к последней. Кроме того, измеряется вибрация на лапах или на фланце машины в направлении, перпендикулярном опорной поверхности, в точках, находящихся вблизи мест крепления. Рекомендуемые точки измерения вибрации и ее направления приведены на рис. 9.

    Допустимые значения среднего уровня звука и методы его измерения при промышленных испытаниях изложены в ГОСТ 12.2.024 — 76. Этот стандарт распространяется на силовые масля ные трансформаторы общего назначения мощностью от 100 кВА и выше и напряжением до 750 кВ включительно. По заказу потреби теля трансформаторы должны изготавливаться мощностью 16.. 200 MB-А с уровнем звука, пониженным не менее чем на 10 дБ по сравнению с указанным в стандарте.

    Как правило, при испытаниях трансформаторов  заглушённые камеры не используются. Поэтому для проведения испытаний необходимо выбирать время суток, когда внешние шумы минимальны. Кроме того, можно использовать передвижные звукопоглащающие стены, играющие роль экранов, поскольку главной излучающей шум поверхностью трансформатора является вертикальная. Стены устанавливаются с той стороны, с которой производятся измерения.

    Во  время измерений необходимо, чтобы  вибрации не передавались от трансформатора полу, а возможные акустические отражающие поверхности находились не ближе 3 м от точек измерения. При проведении испытаний следует исключить влияние внешних электромагнитных полей на результаты измерений. Поэтому при испытаниях рекомендуется применять конденсаторные микрофоны. 
 
 
 

        11. Защита персонала  от шума и вибрации 

    Задачей защиты человека от окружающих вредных  производственных факторов (ОВПФ) является снижение уровня вредных факторов до уровней, не превышающих ПДУ (ПДК), и риска появления опасных факторов до величин приемлемого риска.

    Основным  и наиболее перспективным методом зашиты является совершенствование конструкций машин и технологических процессов, их замена на более современные и прогрессивные, обладающие минимальным уровнем опасности, выделения вредных веществ, излучений.

    Если  же исключить наличие ОВПФ при работе нельзя, используют следующие приемы защиты:

    • удаление человека на максимально возможное  расстояние от источника ОВПФ;

    • уменьшение времени пребывания в зоне ОВПФ;

    • применение средств индивидуальной защиты. 

    Защита  от вибрации 

    Амплитуда скорости вибрации (виброскорости) v_m может быть определена по формуле

    

,

    где F_m – амплитуда возмущения виброскорости, Н; μ – коэффициент сопротивления, Н∙с/м; f – частота вибрации, Гц; m – масса системы, кг; с - коэффициент жесткости системы, Н/м.

    На  основании анализа формулы можно  сделать следующие выводы: для  уменьшения виброскорости v_m необходимо снижать силу F_m (снижать виброактивность машины) и увеличивать знаменатель, а именно – повышать сопротивление системы μ и не допускать, чтобы 2πf = с/2πf. При равенстве эти членов наступает явление резонанса, и уровень вибрации резко возрастает.