Электродвигатели Силовые машины

Электродвигатели Силовые машины: классификация, конструкция, применение и эксплуатация

Электродвигатели, производимые под брендом «Силовые машины», представляют собой высоковольтные асинхронные и синхронные машины большой мощности, спроектированные и изготовленные для работы в составе критически важного оборудования в энергетике и тяжелой промышленности. Эти двигатели характеризуются высокой надежностью, адаптированы к суровым условиям эксплуатации и соответствуют строгим международным и российским стандартам. Основные производственные мощности и компетенции сосредоточены на предприятиях группы, таких как «Электросила» и «Новосибирский завод «Сибэлектротяжмаш».

Классификация и типы электродвигателей

Номенклатура электродвигателей «Силовые машины» охватывает диапазон мощностей от сотен киловатт до десятков мегаватт и напряжений от 6 до 10 кВ и выше. Основная классификация строится по принципу действия и конструктивному исполнению.

1. Синхронные электродвигатели (СД)

Синхронные двигатели используются для привода механизмов с постоянной скоростью и высокими требованиями к перегрузочной способности и регулировке коэффициента мощности (cos φ). Ротор вращается с частотой, строго равной частоте вращения магнитного поля статора.

• С явновыраженными полюсами: Применяются при сравнительно низких скоростях вращения (как правило, до 1000 об/мин). Имеют массивный ротор, способный выдерживать значительные механические нагрузки. Типичное применение – привод шаровых, полусамоизмельчающих (ПСИ) и рудоизмельчающих мельниц, шахтных вентиляторов главного проветривания (ВГД), компрессоров.
• С неявновыраженными полюсами (синхронные турбодвигатели): Конструкция ротора – цилиндрическая, рассчитанная на высокие скорости вращения (3000 об/мин и более). Используются для привода нагнетателей природного газа, центробежных компрессоров, насосов высокого давления.

2. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (АД)

Наиболее распространенный тип для приводов, не требующих регулирования скорости в широком диапазоне. Отличаются простотой конструкции, высокой надежностью и низкими эксплуатационными затратами.

• Серии АЗ, А4, АК4: Высоковольтные двигатели общего промышленного назначения. Исполнения с разной степенью защиты (IP23, IP44, IP54) и способами охлаждения (IC01, IC81W, IC611).
• Специальные исполнения: Взрывозащищенные (Ex), с повышенным скольжением, крановые, для работы в частотно-регулируемом приводе (ЧРП).

3. Асинхронные электродвигатели с фазным ротором (АДФР)

Применяются для тяжелых пусковых условий, когда необходимо ограничить пусковой ток и обеспечить высокий пусковой момент. Регулирование скорости возможно, но связано со значительными потерями в роторной цепи.

• Основное применение: Приводы мельниц, дробилок, конвейеров большой длины, копров, подъемных машин (электрические лебедки).

Конструктивные особенности и системы

Система изоляции

Обмотки статора высоковольтных двигателей «Силовые машины» используют современную термореактивную изоляцию на основе слюдосодержащих материалов (микаленты) и эпоксидных компаундов. Класс нагревостойкости – не ниже F (155°C), с рабочим перегревом по классу B (130°C), что обеспечивает значительный запас по термостойкости и увеличивает срок службы. Изоляция подвергается пропитке под вакуумом и давлением (VPI-технология), что обеспечивает высокую механическую прочность, влагостойкость и отличные теплопередающие свойства.

Система охлаждения

В зависимости от мощности и исполнения применяются различные схемы охлаждения по МЭК 60034-6:

Код IC	Тип охлаждения	Описание	Типичное применение
IC01	Свободная циркуляция воздуха	Двигатель с открытым исполнением, охлаждается окружающим воздухом за счет собственного вентилятора на валу.	Двигатели в чистых помещениях (машинные залы).
IC611	Замкнутый цикл с воздушно-воздушным охладителем	Внутренний воздух циркулирует через ребристый корпус статора и воздухо-воздушный теплообменник, обдуваемый внешним вентилятором.	Наиболее распространенная схема для двигателей средней и большой мощности в запыленных условиях.
IC81W	Замкнутый цикл с водяным охладителем (воздухо-водяным)	Внутренний воздух охлаждается в водяном охладителе (калорифере), встроенном в корпус двигателя. Требует подвода и отвода охлаждающей воды.	Двигатели особо больших мощностей (свыше 5-7 МВт), установленные в помещениях с ограниченным воздухообменом или высокими температурами окружающей среды.
IC416	Принудительная вентиляция от независимого вентилятора	Охлаждающий воздух подается внешним, не связанным с валом двигателя, вентилятором. Позволяет регулировать расход воздуха.	Специальные исполнения, часто для двигателей в частотном приводе.

Система возбуждения синхронных двигателей

Для синхронных двигателей «Силовые машины» применяются современные тиристорные или транзисторные системы возбуждения (СВ) статического типа. Они обеспечивают:

• Автоматическую подачу возбуждения в момент запуска (асинхронный пуск).
• Автоматическое регулирование тока возбуждения для поддержания заданного cos φ или напряжения на шинах.
• Гашение поля при аварийном отключении.
• Защиту ротора от перегрева и перенапряжений.
• Цифровой интерфейс для интеграции в АСУ ТП.

Сферы применения и типовые приводы

Отрасль	Типовой механизм	Предпочтительный тип двигателя	Диапазон мощностей, МВт	Особые требования
Горно-обогатительная промышленность	Мельницы (ПСИ, шаровые, стержневые)	СД явнополюсный, АДФР	3 – 15+	Высокий пусковой момент, ударные нагрузки, работа в запыленной среде (IP54/IP55).
Нефтегазовый комплекс	Нагнетатели газоперекачивающих агрегатов (ГПА), насосы	СД неявнополюсный (турбодвигатель), высокоскоростной АД	5 – 32	Высокая частота вращения (3000-8000 об/мин), взрывозащита (Ex), работа с ЧРП.
Металлургия	Вентиляторы дымоудаления, газоочистки, дутьевые (ВД, ВГД, Д)	СД, АД	1 – 10	Регулирование производительности (часто с ЧРП), работа при высоких температурах газов.
Энергетика	Циркуляционные, питательные, конденсатные насосы ТЭС и АЭС	АД, СД	1 – 12	Высокая надежность, соответствие нормам ядерной и радиационной безопасности (для АЭС).
Цементная промышленность	Вентиляторы печей обжига и мельниц, дробилки	АД, АДФР, СД	0.5 – 8	Высокая запыленность, абразивный износ.

Ключевые аспекты выбора и проектирования

При выборе электродвигателя «Силовые машины» для конкретного привода необходимо проработать следующие параметры:

• Режим работы (S1-S10 по ГОСТ/МЭК 60034-1): Определяет тепловой расчет. Для механизмов с повторно-кратковременными или периодическими нагрузками (S4-S5) важен учет моментов инерции и числа включений в час.
• Пусковые характеристики: Момент сопротивления механизма, допустимый момент на валу, допустимый пусковой ток с точки зрения влияния на сеть. Для тяжелых пусков часто выбирается СД или АДФР.
• Регулирование скорости: При необходимости регулирования производительности механизма рассматривается вариант установки ЧРП. Двигатель должен быть предназначен для работы с преобразователем частоты (усиленная изоляция, специальная система смазки подшипников, защита от bearing currents).
• Климатические и environmental условия: Высота над уровнем моря, температура окружающей среды, степень защиты (IP), категория размещения.
• Система диагностики и мониторинга: Современные двигатели оснащаются встроенными датчиками температуры обмоток и подшипников, вибродатчиками, датчиками влажности и утечки масла. Интеграция этих систем в АСУ ТП позволяет перейти к обслуживанию по фактическому состоянию.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Базовые требования к эксплуатации изложены в руководстве по эксплуатации (РЭ) на конкретный двигатель. Ключевые процедуры включают:

• Контроль вибрации: Регулярные вибродиагностические измерения на установленных точках контроля. Сравнение с базовыми значениями и нормами ГОСТ ИСО 10816.
• Контроль температуры: Мониторинг температуры обмоток статора (по встроенным термосопротивлениям) и подшипников. Анализ трендов.
• Состояние изоляции: Измерение сопротивления изоляции мегомметром, тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ), проведение испытаний повышенным напряжением промышленной частоты в соответствии с графиком ППР.
• Система охлаждения: Проверка чистоты воздушных фильтров и теплообменников, контроль температуры и расхода охлаждающей воды (для IC81W), проверка работы внешних вентиляторов.
• Система возбуждения (для СД): Проверка параметров настройки, состояния силовых тиристоров/транзисторов, работоспособности системы гашения.
• Механическая часть: Контроль уровня и состояния смазки в подшипниках (как правило, жидкая циркуляционная смазка), проверка состояния муфты и центровки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем основное различие между синхронным и асинхронным двигателем «Силовые машины» для привода мельницы?

Синхронный двигатель (СД) обеспечивает постоянную скорость вращения независимо от нагрузки, позволяет компенсировать реактивную мощность в сети (работа с опережающим cos φ), имеет более высокий КПД на номинальном режиме и, как правило, больший воздушный зазор, что повышает его надежность в условиях вибрации. Асинхронный двигатель с фазным ротором (АДФР) проще по конструкции (отсутствует система возбуждения), но его скорость зависит от нагрузки (имеет скольжение), а регулирование скорости связано с потерями в роторной цепи. Выбор зависит от требований сети к реактивной мощности, условий пуска и экономического обоснования.

2. Можно ли использовать двигатель «Силовые машины» с частотным преобразователем, и какие необходимы доработки?

Да, можно. Для этого при заказе необходимо указать опцию «исполнение для работы с ЧРП». Конструктивные доработки включают: применение усиленной изоляции обмоток статора для защиты от перенапряжений с крутым фронтом (du/dt); установку токопроводящих подшипников или изолирующих втулок/прокладок для защиты от подшипниковых токов (bearing currents); возможное использование принудительной независимой вентиляции (IC416) для обеспечения охлаждения на низких скоростях; использование терморезисторов класса PTC или PT100 для точного контроля температуры.

3. Какой тип системы охлаждения выбрать для двигателя, устанавливаемого в пыльном помещении?

Для запыленных условий категорически не рекомендуется исполнение IC01. Оптимальным выбором является исполнение IC611 (замкнутый цикл с воздухо-воздушным охладителем). В этой схеме внутренний контур воздуха изолирован от внешней среды, а тепло отводится через теплообменник, который обдувается внешним воздухом. Для предотвращения загрязнения ребер теплообменника обязательна установка фильтров на входе внешнего воздуха и их регулярная очистка.

4. Каковы типовые причины повышенной вибрации у высоковольтных двигателей?

Основные причины: нарушение центровки с рабочим механизмом; дисбаланс ротора (возможна потеря балансировочного груза или загрязнение); ослабление крепления двигателя к фундаменту; повреждение подшипников качения (выкрашивание, борозды); износ подшипников скольжения; неравномерный воздушный зазор из-за износа подшипников или деформации станины; ослабление активной стали статора; электромагнитная несимметрия (обрыв стержня «беличьей клетки» у АД, межвитковое замыкание). Диагностика требует системного подхода с анализом спектра вибрации.

5. Как часто необходимо проводить капитальный ремонт двигателя?

Строго регламентированных сроков нет. Периодичность капитального ремонта (КР) определяется техническим состоянием, условиями эксплуатации и результатами постоянного мониторинга. На основе данных виброконтроля, контроля температуры и состояния изоляции строится прогноз и планируется ремонт. В среднем, для двигателей ответственных приводов в тяжелых условиях межремонтный период может составлять 6-10 лет. Ремонт должен выполняться на специализированных предприятиях, имеющих стенды для динамической балансировки роторов, установки для пропитки изоляции (VPI) и испытательные стенды высокого напряжения.