Вимірювання температури асинхронних двигунів

При ремонті та експлуатації двигунів вимірювання температури обмотки та інших частин двигуна, а також охолоджуючого повітря роблять термометрами розширення, термопарами та терморезисторами. Для вимірювання температури обмоток часто користуються і непрямим методом - вимірюванням опору при постійному струмі. Термометри розширення застосовують для вимірювання температури доступних місць двигуна - поверхонь корпусу і підшипників, лобових частин обмотки та ін, а також для вимірювання температури навколишнього середовища та навколишнього повітря, що надходить і виходить з двигуна. Застосовують як ртутні, і спиртові термометри. Поблизу сильних змінних магнітних полів слід застосовувати лише спиртові термометри. Застосування ртутних термометрів у випадках протипоказано, оскільки у ртуті наводяться вихрові струми, спотворюють результати виміру. Слід віддати перевагу так званим паличним товстостінним термометрам, що мають циліндричну форму і порівняно невеликі розміри по висоті і, що важливо, по діаметру (6-7 мм). Це уможливлює встановлення цих термометрів у важкодоступних місцях. Не рекомендується користуватися хвостовими термометрами, де ртуть чи спирт поміщаються у тонкому довгому резервуарі з його кінці. Ці термометри дають правильні показання лише за повному зануренні резервуара у середу, температура якої вимірюється (масло, вода, повітря), а чи не при дотику до твердих предметів (корпус двигуна, лобові частини обмотки та інших.). Для кращої передачі тепла від нагрітого місця до термометра резервуар термометра обгортають фольгою (дуже тонким листовим алюмінієм або свинцем) таким чином, щоб вийшла грудка, яку потім щільно притискають до нагрітого місця. Для теплоізоляції термометра поверх фольги накладають шар вати абоповсті, але так, щоб останній не потрапив між термометром і нагрітою частиною електродвигуна. При вимірі температури охолоджуючого повітря (охолоджуючого середовища) термометр слід помістити в закритий металевий стаканчик, заповнений маслом і захищає термометр від променистої теплоти, що випускається навколишніми джерелами тепла і машиною, що найбільше випробовується, і від випадкових потоків повітря. При вимірі температури зовнішнього охолоджуючого середовища кілька термометрів розташовують у різних точках навколо машини, що випробовується, на висоті, що дорівнює половині висоти машини, і на відстані 1-2 м від неї. За температуру середовища, що охолоджує, приймають середнє арифметичне значення показань цих термометрів. Термопари є зручними та широко застосовуваними датчиками (індикаторами) температури. З їх допомогою можна вимірювати як температуру на поверхні нагрітих тіл, так і температуру важкодоступних місць двигуна в сердечниках сталі та в пазовій частині обмотки. Термопару утворюють два ізольовані один від одного дроти з різних матеріалів; матеріали вибирають залежно від значень вимірюваної температури. Для вимірювання температур в електричних машинах зазвичай застосовують мідно-константанові термопари, що складаються з мідного та константанового дроту діаметром близько 0,5 мм. Одна пара кінців термопари спаяна між собою. Місця спаю зазвичай поміщають в ту точку, де хочуть виміряти температуру («гарячий» спай), а іншу пару кінців підключають або безпосередньо до затискачів чутливого мілівольтметра з великим внутрішнім опором, або до перехідної складання затискачів, від якої відходять мідні провідники до вимірювального приладу. У тому місці, де кінець константанового дроту, що не нагрівається, з'єднується з мідним провідником (на клемі вимірювального приладу або на перехіднійклемі), утворюється так званий «холодний» спай термопари. На поверхні контакту двох металів (константану та міді) виникає е. е., пропорційна температурі в місці контакту, причому на константані утворюється мінус (-), а на міді плюс (+). Зрозуміло, що э. д. с. виникає як у «гарячому», і на «холодному» спаї термопари, проте оскільки температури цих спаїв різні, те значення е. д. с. різні, бо в контурі, утвореному термопарою і вимірювальним приладом, ці е. д. с. спрямовані назустріч один одному, то мілівольтметр завжди вимірює різницю е. д. с. «гарячого» та «холодного» спаїв, що відповідає різниці температур. Якщо «гарячий» спай мідно-константанової термопари нагріти до 100°С, а «холодний» помістити в середу, температура якої 0°С, то результуюча е. д. с. становитиме 4,16 мВ. При зменшенні різниці температур е. д. с. буде знижуватися пропорційно цій різниці. З цього випливає, що е. д. с. мідно-константанової термопари становить 0,0416 мВ на ГС різниці температур «гарячого» та «холодного» спаїв. Відповідно, можна відградуювати і шкалу мілівольтметра безпосередньо в градусах Цельсія. Оскільки термопара фіксує лише різницю температур між «гарячим» і «холодним» спаями, то для визначення абсолютної температури «гарячого» спаю слід до показань термопари за мілівольтметром (вираженим у градусах) додати температуру «холодного» спаю, що зазвичай заміряється термометром . Термопари виготовляють зазвичай своїми силами: дроти скручують між собою на довжині 6-8 мм і після їх ретельного зачищення спаюють чистим оловом (без кислоти) або зварюють.

Мал. 1. Зварювання кінців термопари. а - процес зварювання; б - головка термопари; I - плоскогубці із ізольованими ручками;2 - дроти термопари; 3 - скручування; 4 - вугільний електрод. При зварюванні (рис. 1,а) скручені та зачищені кінці захоплюють плоскогубцями з ізольованими ручками. Напруга від трансформатора 12 підводять до губки плоскогубців і до вугільного електрода. При дотику електрода до скручування кінці дротів оплавляються, утворюючи кулькову голівку, як зазначено на рис. 1,6. При необхідності цю голівку в гарячому вигляді проковують легкими ударами молотка, при цьому утворюється плоска головка лопатообразная термопари. Такі термопари застосовують для вимірювання температури сердечників сталі, для чого листи сердечника розсувають ножем і в щілину, що утворилася, щільно вставляють головку термопари. Місце закладання термопари має бути надійно захищеним від конвекційних потоків повітря. Для вимірювання температури в пазовій частині обмотки термопари закладають при двошаровій обмотці між верхніми і нижніми сторонами котушок, а при одношаровій обмотці між клином і котушкою. У першому випадку при укладанні обмоток термопару поміщають у міжшарову пазову прокладку, у другому випадку - у жолобок, вирізаний у внутрішній стороні пазового клину. Часто в двигун закладають кілька термопар для вимірювання температури різних частин двигуна, які по черзі підключають до одного мілівольтметра за допомогою перемикача або штепсельної вилки (рис. 2). Конструкція перемикача повинна забезпечувати відсутність контакту між термопарами під час переходу від однієї термопари до іншої; в іншому випадку стрілка мілівольтметра відчуватиме сильні поштовхи.

1 Відповідно до ГОСТ 11828-75 для електричних машин потужністю до 10 кВт (кВ-А) встановлюють один термометр або температурний індикатор, для машин потужністю від 10 до 100 кВт (кВ-А) включно — не менше двох, для машинвід 100 до 1000 кВт (кВ А) - не менше трьох і для машин потужністю понад 1000 кВт (кВ-А) - не менше чотирьох.

Мал. 2. Вимірювання температури термопарами. а - за схемою з перемикачем; б - за схемою зі штепсельною вилкою. Порядок градуювання мілівольтметра з термопарами має важливе значення для точності вимірювання. Необхідно пам'ятати, що відхилення стрілки мілівольтметра залежить від внутрішнього опору та падіння напруги в контурі термопари. Коли мілівольтметр приєднують лише до однієї термопари, його градуювання не викликає труднощів і робиться, як зазначено нижче. Якщо до мілівольтметра приєднують через перемикач кілька термопар, які часто мають різні внутрішні опори, градуювання ускладнюється. У цьому випадку доводиться або градуювати мілівольтметр з кожною термопарою окремо і будувати для кожної термопари свою кривувальну криву, або зрівнювати внутрішні опори термопар, щоб отримати єдине градуювання. Для рівності опору всіх термопар, що підключаються до одного мілівольтметра, необхідно виготовити їх з однієї партії дроту з рівною довжиною кінців. Крім цього, термопари мають бути вивірені між собою. Для взаємної вивірки всі «гарячі» спаї термопар занурюють у закриту посудину з нагрітою до 70—80°З трансформаторним маслом і швидким перекладом ручки перемикача визначають, яка термопар дає максимальні показання на мілівольтметрі; цю термопару приймають за контрольну. Після цього кінці термопар, показання яких менші, вкорочують таким чином, щоб показання від них на милливольтметре зрівнялися з показанням контрольної термопари. Для градуювання термопар з мілівольтметром їх гарячі спаї занурюють у посудину з маслом, нагрітим до 100°С. Для вимірутемператури олії в посудину занурюють також термометр. «Холодні» спаї термопар занурюють у посудину з льодом, що тане. При повільному охолодженні масла через кожні 5-10 ° С записують показання мілівольтметра доти, поки температура олії в посудині не зрівняється з температурою повітря, що охолоджує. На підставі записів температури олії та показань мілівольтметра будують градуювальну криву. Для забезпечення точності вимірювання необхідно вибирати мілівольтметр з великим внутрішнім опором. Бажано, щоб внутрішній опір мілівольтметра не менше ніж у 100 разів перевищував опір контуру термопари, включаючи з'єднувальні дроти. Крім того, необхідно забезпечити хороші контакти у всьому контурі, так як при поганих контактах показання мілівольтметра знижуються. Коли при вимірі прагнуть визначити не абсолютну температуру в тих місцях, де закладені гарячі спаї термопар, а перевищення їх температури над температурою охолоджуючого повітря, доцільно помістити холодні спаї термопар в зоні або камері охолоджуючого повітря. У цьому випадку показання мілівольтметра безпосередньо визначають перевищення температури, що шукається, і поправку на температуру «холодного» спаю не вносять. Іноді застосовують штучні схеми безпосереднього визначення абсолютних температур без необхідності внесення поправок на температуру «холодного» спаю. Одна з таких схем представлена на рис. 3; мідні дроти всіх термопар позначені жирними лініями, а константанові — тоншими. У схему включена додаткова (контрольна) термопара, спай якої поміщений у посудину з льодом, що тане. За наведеною схемою перевіряють також термопари за сумнівів у правильності їх показань. Для цього в посудину наливають масло і поміщають термометр. При повільному нагріваннімасла показання мілівольтметра дорівнюватиме нулю, коли термометр покаже температуру, що збігається з температурою «гарячого» спаю термопари, що перевіряється, закладеної в двигун.

Мал. 3. Схема вимірювання температури з контрольною термопарою.

Терморезистори.

Спосіб вимірювання температури за допомогою терморезисторів заснований на загальновідомій властивості металів - збільшенні їхнього опору при постійному струмі при підвищенні температури. Спосіб зручний тим, що дозволяє визначити безпосередньо абсолютну температуру нагрітого місця. Терморезистори являють собою тонкий мідний дріт, намотаний на смужці або циліндричній підставі. Опір дроту при постійному струмі при температурі 0°З підбирають зазвичай рівним 53 Ом. Значення опору цього дроту за інших температур наведені в табл. 1. Опір вимірюють або мостом постійного струму, або до опору підключають постійну або випрямлену напругу і спеціальним точним приладом магнітоелектричної системи - логометром (ЛПБ-46) вимірюють струм. Шкала логометра градує безпосередньо в градусах Цельсія. Напруга живлення становить 4 В. На відміну від схеми з термопарами погані контакти контурі терморезисторів збільшують показання логометра. Терморезистори закладають у різних частинах двигуна і по черзі підключають до логометра перемикачем. Цей перемикач відрізняється від того, що застосовується при вимірюванні термопарами тим, що в ньому при переході з одного контакту на інший відбувається розрив ланцюга живлення. В іншому випадку в момент замикання та розмикання контактів перемикача мали б місце кидки струму, що шкідливо впливають на рухому систему логометра. Таблиця 1