Электродвигатели МТКН 312

Электродвигатели МТКН 312: полный технический обзор и сфера применения

Электродвигатели серии МТКН 312 представляют собой асинхронные машины переменного тока с короткозамкнутым ротором, сконструированные для работы в повторно-кратковременном режиме S3. Основное и принципиальное отличие от общепромышленных двигателей серий АИР или А — наличие фазного ротора (контактных колец) и встроенного тахогенератора (в базовом исполнении). Это определяет их узкоспециализированное применение в качестве приводов механизмов, требующих точного контроля скорости и момента в пониженном диапазоне частот вращения, преимущественно в металлургической и тяжелой промышленности.

Конструктивные особенности и принцип действия

Двигатели МТКН 312 являются асинхронными машинами с фазным ротором. В отличие от короткозамкнутого ротора, обмотка фазного ротора выведена на три контактных кольца, что позволяет вводить в роторную цепь дополнительное сопротивление или источник ЭДС.

• Статор: Собирается из листов электротехнической стали, имеет трехфазную обмотку, соединенную, как правило, в «звезду». Статор конструктивно аналогичен общепромышленным двигателям, но рассчитан на работу в повторно-кратковременном режиме.
• Ротор: Фазный ротор. Обмотка ротора также трехфазная, соединена в «звезду», концы которой присоединены к трем медным контактным кольцам. Через щеточный аппарат (графитовые или медно-графитовые щетки) происходит соединение обмотки ротора с внешней цепью.
• Тахогенератор (ТГ): В двигателях МТКН 312 в стандартном исполнении на заднем конце вала соосно установлен тахогенератор постоянного тока (например, типа ПТ). Он выдает напряжение, пропорциональное частоте вращения вала двигателя, которое используется в системах автоматического регулирования скорости (САР) для обратной связи по скорости.
• Корпус и охлаждение: Корпус литой, ребристый, обеспечивает защиту по степени IP23 (защита от капель воды и касания пальцем). Охлаждение самостоятельное, наружное (IC01). Вентилятор расположен на валу двигателя и обдувает ребра корпуса.
• Щеточный аппарат: Щетки установлены в щеткодержателях, которые смонтированы на траверсе. Траверса может иметь механизм фиксации, позволяющий при необходимости поднимать щетки и замыкать кольца накоротко (для работы в режиме, аналогичном короткозамкнутому двигателю, после разгона).

Основные технические характеристики и параметры

Серия МТКН 312 характеризуется рядом ключевых параметров, которые определяют ее применение. Номинальные данные указываются для повторно-кратковременного режима S3 с продолжительностью включения (ПВ) 40%, 60% или 100% для конкретного цикла.

Таблица 1. Основные параметры двигателей МТКН 312 (пример для ПВ 40%)

Типоразмер	Мощность, кВт	Синхронная частота, об/мин	Номинальная частота, об/мин	Номинальный ток статора, А (~380В)	Номинальный ток ротора, А	Напряжение ротора, В	КПД, %	cos φ	Макс. момент, Мmax/Мном
МТКН 312-6	18.5	1000	950	41.5	48	190	84.5	0.78	2.8
МТКН 312-8	14.0	750	700	33.5	48	145	83.0	0.73	2.8
МТКН 312-10	11.0	600	560	28.0	48	118	82.0	0.70	2.8

Расшифровка обозначения: МТКН 312-8. М — модернизированный, Т — с тахогенератором, К — с контактными кольцами (фазный ротор), Н — в нормальном исполнении (IP23), 312 — габарит (высота оси вращения, 315 мм с учетом допусков), 8 — число полюсов.

Режимы работы и механические характеристики

Двигатели МТКН 312 предназначены для работы в повторно-кратковременном режиме S3. Это означает, что работа двигателя состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, каждый из которых включает время работы под нагрузкой, время паузы и время пуска. Важнейшим параметром является продолжительность включения (ПВ) — отношение времени работы под нагрузкой к длительности всего цикла, выраженное в процентах. Номинальные данные двигателя (мощность, ток) гарантируются именно для указанного ПВ (40%, 60%). Работа на этих параметрах при непрерывной нагрузке (S1) приведет к перегреву и выходу из строя.

Наличие фазного ротора позволяет активно влиять на механическую характеристику двигателя (зависимость момента от скольжения). Путем введения в цепь ротора добавочных резисторов (пускорегулирующий реостат) можно:

• Обеспечить плавный пуск с большим пусковым моментом при малом пусковом токе. Введенное сопротивление увеличивает пусковой момент (до максимального) и одновременно снижает ток в роторной и статорной цепи. Это критически важно для тяжелонагруженных механизмов (краны, лифты).
• Осуществлять ступенчатое регулирование скорости вниз от номинальной. Изменяя сопротивление в цепи ротора, можно получить семейство механических характеристик с разной частотой вращения при одном и том же нагрузочном моменте. Однако такой способ регулирования неэкономичен из-за больших потерь в реостате.

Схемы подключения и управления

Типовая схема управления двигателем МТКН 312 включает в себя:

• Цепь статора: Подключается к сети через автоматический выключатель (QF) и контактор (KM1). Для защиты от перегрузок применяются тепловые реле (KK).
• Цепь ротора: Подключается к пускорегулирующему реостату (R), собранному из металлических резистивных элементов. Переключение ступеней реостата для пуска и регулирования осуществляется с помощью контакторов ускорения (KM2, KM3…).
• Цепь тахогенератора: Выводы тахогенератора (T) подключаются к блоку управления системой регулирования скорости, который сравнивает заданное напряжение с напряжением обратной связи от ТГ и воздействует на исполнительные механизмы (например, изменяя сопротивление в цепи ротора или управляя тиристорным преобразователем).

Современные системы управления часто заменяют реостаты на тиристорные преобразователи, вводимые в цепь ротора, что позволяет осуществлять более плавное и экономичное регулирование (системы типа «тиристор в цепи ротора» или каскадные схемы с возвратом энергии в сеть).

Область применения

Двигатели МТКН 312 находят применение в приводах механизмов, работающих в циклическом режиме с частыми пусками, остановами и реверсами, где требуется высокий пусковой момент и регулирование скорости в ограниченном диапазоне.

• Подъемно-транспортное оборудование: Приводы механизмов подъема, передвижения и поворота мостовых, козловых, башенных кранов.
• Металлургическая промышленность: Приводы кантователей, механизмов передвижения слитков, кранов-завалочных машин, лифтов в сталеплавильных цехах.
• Шахтные подъемные машины (лебедки).
• Приводы экскаваторов и других тяжелых машин.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокий пусковой момент при относительно низком пусковом токе.
• Возможность плавного пуска и ступенчатого регулирования скорости вниз от номинала.
• Наличие встроенного тахогенератора для точной обратной связи по скорости.
• Высокая перегрузочная способность и надежность конструкции, адаптированной к тяжелым условиям эксплуатации.

Недостатки:

• Более высокая стоимость и сложность по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором.
• Наличие изнашиваемого щеточного аппарата, требующего периодического обслуживания (замена щеток, чистка контактных колец).
• Потери в добавочных сопротивлениях при реостатном регулировании, снижающие общий КПД системы.
• Ограниченный диапазон регулирования скорости (вниз от синхронной) при реостатном способе.

Техническое обслуживание и диагностика

Регламентное обслуживание двигателей МТКН 312 включает:

• Визуальный осмотр: Проверка состояния контактных колец, щеток, щеткодержателей.
• Обслуживание щеточного аппарата: Замена изношенных щеток, притирка новых, регулировка давления пружин. Очистка контактных колец от графитовой пыли и полировка при наличии следов подгара.
• Контроль изоляции: Измерение сопротивления изоляции обмоток статора, ротора и тахогенератора мегаомметром (500 В или 1000 В).
• Проверка подшипниковых узлов: Контроль уровня шума и вибрации, замена смазки.
• Проверка тахогенератора: Контроль выходного напряжения и его линейности в зависимости от скорости.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем двигатель МТКН принципиально отличается от обычного асинхронного двигателя серии АИР?

МТКН имеет фазный ротор с контактными кольцами и щеточным аппаратом, а также встроенный тахогенератор. Он рассчитан на работу в повторно-кратковременном режиме (S3), в то время как АИР предназначен для длительного режима (S1). Это двигатели разного назначения: АИР — для непрерывной работы на одной скорости, МТКН — для циклической работы с регулированием скорости и частыми пусками.

Можно ли использовать двигатель МТКН 312 в продолжительном режиме работы (S1)?

Нет, в номинальном режиме — нельзя. Его изоляционная система и система охлаждения рассчитаны на периодические паузы, во время которых происходит охлаждение. Работа в режиме S1 на номинальной мощности, указанной для ПВ 40%, приведет к перегреву и сокращению срока службы. Для работы в S1 мощность должна быть существенно снижена (на 30-40%) или должен быть обеспечен принудительный обдув.

Что делать, если вышел из строя тахогенератор? Можно ли работать без него?

Работа двигателя без тахогенератора механически возможна, если отключить его цепь. Однако система автоматического регулирования скорости (САР), если она используется, лишится обратной связи и будет работать некорректно или отключится. Двигатель можно будет использовать с ручным реостатным управлением. Рекомендуется произвести ремонт или замену тахогенератора.

Как правильно подобрать сопротивление пускорегулирующего реостата для МТКН 312?

Подбор реостата осуществляется на основе каталожных данных двигателя: номинального тока ротора, напряжения ротора и требуемых ступеней пуска/регулирования. Расчет ведется по формуле Rдоб = (U2ном / (√3 I2ном)) (s / (1-s)), где s — требуемое скольжение на данной ступени. Рекомендуется использовать типовые расчетные таблицы или специализированное ПО. Неправильный подбор приведет к ухудшению пусковых характеристик или перегреву реостата.

Какие современные аналоги существуют у двигателей МТКН 312?

Прямыми функциональными аналогами являются крановые двигатели с фазным ротором других серий (МТF, МТКН нового исполнения). Однако современной тенденцией является замена связки «двигатель МТКН + реостат» на систему «асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором + частотный преобразователь (ЧП)». ЧП позволяет получить значительно лучшие характеристики регулирования, высокий КПД и отсутствие щеточного аппарата. Но для ударных и высокомоментных циклических нагрузок традиционные схемы с МТКН все еще остаются надежным и проверенным решением.

Какой график смазки подшипников для двигателя МТКН 312?

График зависит от типа подшипников (как правило, шариковые) и условий эксплуатации. В стандартных условиях для подшипников с консистентной смазкой (типа Литол-24) интервал замены или пополнения смазки составляет примерно 2000-4000 часов работы. Необходимо следовать указаниям в паспорте на конкретный двигатель. Переполнение смазкой так же вредно, как и ее недостаток, так как приводит к перегреву подшипника.