Электродвигатели асинхронные конвейера

Электродвигатели асинхронные конвейера: конструкция, выбор, эксплуатация

Асинхронные электродвигатели являются основным видом приводов для конвейерных систем любого типа и назначения. Их доля в общем количестве приводных механизмов конвейеров превышает 95%. Это обусловлено простотой конструкции, высокой надежностью, низкой стоимостью и простотой эксплуатации. В конвейерной технике применяются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым (АДКЗ) и фазным ротором (АДФР), выбор которых определяется условиями пуска, режимом работы и требуемым диапазоном регулирования скорости.

Конструктивные особенности асинхронных двигателей для конвейеров

Двигатели, предназначенные для работы в составе конвейерных установок, имеют ряд специфических особенностей, отличающих их от общепромышленных серий.

• Повышенный пусковой момент. Для преодоления инерции покоя загруженной ленты и возможного сопротивления движению требуется высокий начальный вращающий момент. У двигателей для конвейеров кратность пускового момента (Kп = Mпуск / Mном) обычно находится в диапазоне 1.8–2.5.
• Устойчивость к перегрузкам. Конвейерные двигатели должны выдерживать кратковременные перегрузки, вызванные неравномерностью подачи груза, заклиниванием роликов или сезонными изменениями характеристик транспортируемого материала (например, смерзание).
• Пыле- и влагозащищенное исполнение. Поскольку конвейеры часто работают в условиях повышенной запыленности (шахты, карьеры, цементные заводы) или влажности, корпуса двигателей выполняются в защищенном (IP54, IP55) или взрывозащищенном (Ex d, Ex e) исполнении.
• Специальные системы охлаждения. Для тяжелых режимов работы (частые пуски/остановки, длительные перегрузки) применяются двигатели с принудительным охлаждением (самостоятельный вентилятор, не зависящий от вала двигателя).
• Конструкция вала и подшипниковых узлов. Валы рассчитаны на восприятие значительных радиальных нагрузок от ременной передачи или соединения с редуктором. Используются подшипники повышенной грузоподъемности и долговечности.

Классификация и выбор двигателя по типу конвейера

Тип и мощность двигателя напрямую зависят от вида конвейера, его длины, производительности и характеристик груза.

Таблица 1. Особенности выбора двигателя для различных типов конвейеров

Тип конвейера	Характер нагрузки	Требования к двигателю	Рекомендуемый тип двигателя
Ленточный стационарный (горизонтальный)	Постоянная, с плавным нарастанием при пуске.	Высокий пусковой момент, постоянная скорость.	АДКЗ с пуском прямым включением или через УПП. Для длинных конвейеров – АДФР или АДКЗ с ЧРП.
Ленточный наклонный/крутонаклонный	Переменная, зависит от степени загрузки и угла наклона. Возможен режим рекуперации.	Устойчивость к перегрузкам, возможность торможения.	АДКЗ с частотным преобразователем для контроля скорости и торможения. Возможен выбор мощности с запасом.
Скребковый, пластинчатый	Значительные пусковые моменты, неравномерность из-за шарнирных цепей.	Очень высокий пусковой момент, высокая перегрузочная способность.	АДФР с пусковыми резисторами для плавного разгона. Либо АДКЗ специального исполнения с усиленной механикой.
Винтовой (шнековый)	Пиковая нагрузка в момент пуска под загрузкой.	Максимальный пусковой момент. Запрещен пуск под полной нагрузкой.	АДКЗ с повышенным пусковым моментом, обязательное применение УПП или ЧРП для плавного пуска.
Рольганг (приводной роликовый)	Распределенная, множественные приводы.	Компактность, синхронность работы нескольких двигателей.	Специальные мотор-барабаны (конвейерные барабаны со встроенным АДКЗ) или малогабаритные АДКЗ с частотным синхронным управлением.

Расчет и определение мощности приводного двигателя

Мощность электродвигателя для конвейера рассчитывается на основе тягового расчета. Основные определяющие факторы: производительность (массовая или объемная), длина и высота подъема конвейера, сопротивление движению ленты или тягового органа, КПД механической передачи (редуктора).

Упрощенная формула для ориентировочного расчета мощности (кВт) на валу двигателя для ленточного конвейера:

P = (C L V (Q H) / 367) + (k Q L

• V) / 367

• P – требуемая мощность на валу двигателя, кВт.
• C – коэффициент, учитывающий сопротивление движению (зависит от типа подшипников роликоопор, состояния трассы).
• L – горизонтальная длина конвейера, м.
• V – скорость ленты, м/с.
• Q – массовая производительность, т/ч.
• H – высота подъема (со знаком «+») или спуска (со знаком «-«), м.
• k – коэффициент, учитывающий сопротивление зачерпыванию груза (для желобчатых лент).
• 367 – переводной коэффициент.

После расчета мощности на валу необходимо учесть КПД редуктора (ηред ≈ 0.94-0.97) и выбрать двигатель из стандартного ряда с номинальной мощностью Pном ≥ P / ηред. Обязательно вводится коэффициент запаса (Kз), который для конвейеров обычно составляет 1.1–1.25, а для тяжелых условий может достигать 1.5.

Способы пуска и регулирования скорости

Выбор системы пуска критически важен для конвейерных приводов, так как определяет динамические нагрузки на механику и электрическую сеть.

• Прямой пуск (DOL). Применяется для двигателей малой и средней мощности (обычно до 30-55 кВт, в зависимости от возможностей сети). Характеризуется высокими пусковыми токами (5-7 Iном) и рывковым моментом. Подходит для коротких и средних конвейеров с небольшой приведенной массой.
• Пуск с переключением «звезда-треугольник». Позволяет снизить пусковой ток в 2-3 раза, но и пусковой момент падает в 2-3 раза. Применяется только для двигателей, рассчитанных на работу в схеме «треугольник», и для механизмов с вентиляторным характером нагрузки, где момент сопротивления растет с квадратом скорости. Для конвейеров с постоянным моментом нагрузки на валу часто неприменим из-за недостаточного момента для разгона.
• Устройство плавного пуска (УПП, софтстартер). Наиболее распространенное решение для конвейеров. Плавно увеличивает напряжение на статоре, обеспечивая контролируемый разгон двигателя и ленты. Резко снижает пусковые токи (до 2-3 Iном) и механические удары, увеличивая срок службы редукторов, лент и роликов. Позволяет реализовать и плавное торможение.
• Частотный преобразователь (ЧРП, инвертор). Оптимальное, но более дорогое решение. Обеспечивает максимально плавный пуск и точное регулирование скорости в широком диапазоне. Позволяет оптимизировать энергопотребление, реализовать рекуперативное торможение на спускных конвейерах и точно синхронизировать несколько приводов. Для длинных и мощных конвейеров – практически обязателен.
• Пуск с фазным ротором (АДФР). Исторически основное решение для тяжелых конвейеров. В цепь ротора вводится ступенчатый пусковой реостат, что позволяет получить высокий пусковой момент при ограниченном токе. Недостатки: сложность, наличие щеточного аппарата, потери в реостатах. В современных проектах часто заменяется связкой АДКЗ + ЧРП.

Эксплуатация, диагностика и обслуживание

Надежная работа конвейерного привода зависит от соблюдения регламентов технического обслуживания (ТО).

• Контроль вибрации. Регулярные замеры виброскорости и виброускорения на подшипниковых узлах позволяют выявить дисбаланс ротора, ослабление креплений, дефекты подшипников на ранней стадии.
• Термоконтроль. Встроенные датчики температуры (термосопротивления Pt100) в обмотках статора и подшипниках для двигателей средней и большой мощности. Превышение температуры – первый признак перегрузки, ухудшения условий охлаждения или деградации изоляции.
• Анализ состояния изоляции. Периодическое измерение сопротивления изоляции мегомметром (испытательное напряжение 500-2500 В в зависимости от напряжения двигателя). Тренд на снижение сопротивления указывает на увлажнение или старение изоляции.
• Контроль состояния подшипников. Смазка строго по регламенту производителя. Использование рекомендованной смазки и контроль ее чистоты. Пересмазка так же вредна, как и недосмазка.
• Проверка центровки. Неправильная центровка вала двигателя и входного вала редуктора приводит к повышенным вибрациям, износу уплотнений и быстрому выходу из строя подшипников.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Что лучше для длинного ленточного конвейера: один мощный двигатель или несколько распределенных приводов?

Распределенный привод (2, 3 или более двигателей на одну ленту) позволяет снизить натяжение ленты, особенно на длинных трассах, что дает возможность использовать менее прочную и дорогую ленту. Также снижаются требования к мощности каждого отдельного двигателя и редуктора. Однако такая система требует сложной системы синхронизации (чаще всего на базе ЧРП с общим задающим сигналом и обратными связями по току или скорости) для равномерного распределения нагрузки.

2. Почему двигатель конвейера перегревается при нормальной нагрузке?

Возможные причины: ухудшение условий охлаждения (загрязнение ребер корпуса и вентиляционных каналов, отказ собственного вентилятора), повышенное напряжение питающей сети (рост потерь в стали), несимметрия фазных напряжений (перекос фаз), высокая окружающая температура, частые пуски/остановки, неправильная центровка с редуктором, износ подшипников.

3. Как выбрать между двигателем с алюминиевой и чугунной станиной?

Двигатели с чугунной станиной обладают большей массой, лучшим теплоотводом и повышенной виброустойчивостью. Рекомендуются для стационарных конвейеров, работающих в тяжелых режимах и условиях. Двигатели с алюминиевой станиной легче и дешевле, их часто используют в мобильных или модульных конвейерных установках, где важна масса, а также для приводов малой и средней мощности.

4. Нужен ли для конвейера двигатель с повышенным скольжением?

Двигатели с повышенным скольжением (например, серии АИРС) имеют более «мягкую» механическую характеристику. Они обеспечивают несколько меньшую скорость при нагрузке, но лучше переносят кратковременные перегрузки, так как при увеличении момента нагрузки их ротор «проседает» по скорости, а ток растет не так резко. Это может быть полезно для конвейеров с возможными кратковременными технологическими перегрузками (например, при подаче крупнокускового материала).

5. Как правильно рассчитать мощность для реверсивного конвейера?

Для реверсивных конвейеров расчет мощности ведется аналогично, но с учетом работы в обоих направлениях. Особое внимание уделяется системе торможения, так как необходимо обеспечить остановку в заданной позиции. Чаще всего применяется ЧРП с заданием времени замедления или УПП с функцией торможения. Мощность двигателя выбирается по наихудшему режиму (подъем в одну из сторон).

Заключение

Выбор и эксплуатация асинхронного электродвигателя для конвейерного привода – комплексная инженерная задача. Она требует учета механических характеристик конвейера, режимов его работы, условий окружающей среды и экономических факторов. Современный тренд – переход от простых схем прямого пуска и двигателей с фазным ротором к интеллектуальным системам на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, управляемых частотными преобразователями или устройствами плавного пуска. Это обеспечивает не только надежный и плавный разгон, но и значительную энергоэффективность, диагностику состояния привода и интеграцию в системы автоматизированного управления технологическим процессом. Правильный расчет, монтаж и системное техническое обслуживание являются залогом многолетней бесперебойной работы конвейерного транспорта.