Электродвигатели асинхронные ЗВИ

Электродвигатели асинхронные ЗВИ: конструкция, особенности и область применения

Электродвигатели асинхронные серии ЗВИ представляют собой трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором, предназначенные для привода механизмов, требующих повышенных пусковых моментов и перегрузочной способности. Аббревиатура «ЗВИ» расшифровывается как «Защищенного исполнения с Высоким Пусковым Моментом». Данные двигатели являются продукцией завода «Электродвигатель» (г. Сызрань) и ряда других предприятий, выпускавших их по единой унифицированной серии. Они разработаны для работы в продолжительном (S1) и повторно-кратковременном (S3) режимах в условиях повышенного момента на валу при пуске.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструктивно двигатели ЗВИ соответствуют общепромышленным асинхронным двигателям, но с ключевыми отличиями в параметрах обмотки и ротора. Основные узлы: статор с трехфазной обмоткой, уложенной в пазы, короткозамкнутый ротор типа «беличья клетка», корпус, подшипниковые щиты, вентилятор и вентиляционный кожух. Отличия от базовых серий (например, АИР) заключаются в применении ротора с двойной клеткой или клеткой со скошенными пазами, а также в специальном расчете обмотки статора. Это обеспечивает повышенный пусковой момент при относительно низком пусковом токе.

Принцип действия основан на создании вращающегося магнитного поля статором, которое индуцирует токи в обмотке ротора. Взаимодействие магнитного поля статора с токами ротора создает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Специальная конструкция клетки ротора обеспечивает эффект вытеснения тока (скин-эффект) при пуске, увеличивая активное сопротивление роторной цепи в начальный момент, что и приводит к росту пускового момента.

Основные технические характеристики и параметры

Двигатели ЗВИ выпускались на стандартные напряжения 220/380, 380/660 В (частота 50 Гц) и реже на 660/1140 В для рудничного исполнения. Степень защиты стандартно IP23 (защита от попадания капель воды и твердых тел диаметром более 12.5 мм), что подразумевает наличие жалюзи на корпусе для вентиляции. Класс нагревостойкости изоляции обмотки – В или F. Коэффициент полезного действия и cos φ у двигателей ЗВИ несколько ниже, чем у двигателей общего назначения аналогичной мощности, что является платой за высокие пусковые характеристики.

Ключевым параметром является кратность пускового момента (Kп = Mп / Mн). Для серии ЗВИ этот показатель существенно выше, чем у обычных двигателей.

Модификации и варианты исполнения

Серия ЗВИ включала в себя несколько модификаций, адаптированных для различных условий эксплуатации:

• ЗВИ (основная серия): Защищенное исполнение IP23, монтажное исполнение IM1081, IM2081 (лапы).
• ЗВИР (Рудничное): Предназначены для привода механизмов в шахтах и рудниках. Имеют усиленную изоляцию, взрывозащищенное исполнение (например, РВ, РВ1) для работы в средах с метаном или угольной пылью. Часто на напряжение 660/1140 В.
• ЗВИМ (Модернизированный): Улучшенные массогабаритные показатели и энергетические характеристики при сохранении высокого пускового момента.
• По способу монтажа: Выпускались в лапах (IM1081, IM2081), комбинированном (лапы + фланец, IM2181) и фланцевом (IM3081) исполнениях.
• По климатическому исполнению: У, УХЛ (для умеренного и холодного климата), Т (тропическое).

Область применения и типовые приводы

Двигатели серии ЗВИ находят применение там, где механизм запускается под нагрузкой или требует значительного момента для преодоления сил трения покоя и инерции.

• Привод компрессоров и поршневых насосов: Высокий момент необходим для преодоления противодавления в цилиндрах.
• Конвейеры, транспортеры, элеваторы: Особенно протяженные или загруженные, где пуск происходит под загрузкой.
• Дробильное и мельничное оборудование: Требуется преодоление инерции массивных рабочих органов.
• Приводы вентиляторов с тяжелым пуском (дымососы, главного проветривания в шахтах).
• Подъемно-транспортные механизмы (лебедки, краны) в повторно-кратковременном режиме S3-S5.
• Оборудование металлургической промышленности (прокатные станы, рольганги).

Особенности выбора, монтажа и эксплуатации

При выборе двигателя ЗВИ необходимо, в первую очередь, убедиться, что его механическая характеристика M(s) соответствует нагрузочной характеристике механизма, особенно в точке пуска. Важно проверить соответствие режима работы (S1, S3) и продолжительности включения ПВ%. При замене двигателя общего назначения на ЗВИ необходимо пересчитать параметры пусковой и защитной аппаратуры, учитывая меньший пусковой ток.

Монтаж осуществляется на ровное жесткое основание с центровкой по полумуфте. Обязательна проверка уровня вибрации и радиального биения. Эксплуатация требует регулярного контроля: чистки вентиляционных каналов (из-за открытого исполнения IP23), проверки состояния подшипникового узла (замена смазки), измерения сопротивления изоляции мегаомметром. Перегрев, повышенный шум или вибрация – признаки неисправности.

Современные аналоги и тенденции замены

В настоящее время серия ЗВИ в ее классическом виде снимается с производства. Ее функциональными аналогами выступают:

• Двигатели серии АИР с повышенным скольжением (АИРС): Обозначаются индексом «С» в конце (например, АИР160S4С). Обеспечивают повышенный пусковой момент (Kп до 2.6-2.8) и лучшее энергопотребление, чем ЗВИ.
• Двигатели с фазным ротором (АИР, 4АР): Позволяют плавно регулировать пусковой момент за счет введения резисторов в цепь ротора, но имеют более сложную и дорогую конструкцию.
• Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) с асинхронным двигателем общего назначения: Наиболее современное решение. ЧРП позволяет получить максимальный пусковой момент при минимальном токе, обеспечивает плавный пуск и энергосбережение. Однако стоимость системы выше.

Сравнение пусковых характеристик различных решений для тяжелого пуска

Тип двигателя / Системы	Кратность пускового момента (Kп)	Кратность пускового тока (Kі)	Стоимость	Сложность
АИР (общего назначения)	1.8 – 2.2	6.0 – 7.5	Низкая	Низкая
ЗВИ (классический)	2.8 – 3.2	5.0 – 6.0	Средняя	Низкая
АИРС (с повышенным скольжением)	2.4 – 2.8	5.5 – 6.5	Средняя	Низкая
АИР с фазным ротором + ПР	До 2.5 (регулируемо)	2.0 – 2.5 (с резисторами)	Высокая	Высокая
АИР + Частотный преобразователь	До 1.5-2.0 (на низкой частоте)	1.0 – 1.5 (от сети)	Наибольшая	Средняя/Высокая

• При использовании ЧРП момент на валу при пуске может быть равен номинальному моменту двигателя на данной скорости, что достаточно для большинства механизмов при правильно рассчитанном ускорении.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем двигатель ЗВИ принципиально отличается от обычного асинхронного двигателя (АИР)?

Основное отличие – в конструкции короткозамкнутого ротора (двойная или глубокая клетка) и параметрах обмотки статора. Это обеспечивает повышенный пусковой момент (в 1.5-1.7 раза выше) при одновременном ограничении пускового тока. Механическая характеристика ЗВИ более «крутая», максимум момента расположен ближе к номинальной частоте вращения.

Можно ли использовать двигатель ЗВИ для длительной работы в режиме S1?

Да, двигатели ЗВИ рассчитаны на продолжительный режим работы S1. Однако необходимо учитывать, что их КПД и cos φ несколько ниже, чем у двигателей общего назначения. При постоянной работе в номинальном режиме это приведет к повышенному потреблению электроэнергии.

Что означает маркировка, например, «5ЗВИ200М2У3»?

• 5 – номер серии (габарит).
• ЗВИ – тип двигателя (защищенный, с высоким пусковым моментом).
• 200 – высота оси вращения в мм.
• М – установочный размер по длине станины (короткий, средний, длинный).
• 2 – число полюсов (2 полюса ≈ 3000 об/мин при 50 Гц).
• У3 – климатическое исполнение (У – умеренный климат, категория размещения 3).

Какой пускатель или автомат нужен для двигателя ЗВИ?

Выбор аппаратуры осуществляется по номинальному току двигателя (указан на шильдике). Благодаря пониженному пусковому току, требования к коммутационной и защитной аппаратуре могут быть несколько мягче, чем для двигателя АИР той же мощности. Однако тепловой расцепитель автомата или тепловое реле пускателя настраивается строго по номинальному току двигателя.

Чем можно заменить устаревший двигатель ЗВИ сегодня?

Оптимальной прямой заменой по характеристикам являются двигатели серии АИР с повышенным скольжением (АИРС). При модернизации привода стоит рассмотреть вариант установки частотно-регулируемого электропривода с двигателем общего назначения АИР. Это даст не только плавный пуск, но и возможности регулирования скорости и экономии энергии.

Почему двигатель ЗВИ после ремонта (перемотки) может потерять свои пусковые характеристики?

Пусковые характеристики напрямую зависят от строгого соответствия параметров обмотки статора (сечения провода, числа витков, шага) и конструкции ротора оригинальным. При перемотке необходимо использовать идентичные данные и паспорт обмотки. Использование провода другого сечения или изменение числа витков приведет к изменению электромагнитных параметров и, как следствие, к снижению пускового момента.

Каковы основные неисправности двигателей ЗВИ и их диагностика?

• Перегрев: Причины – перегруз, ухудшение условий охлаждения (загрязнение), межвитковое замыкание, несимметрия напряжения.
• Повышенная вибрация: Несоосность, износ подшипников, дисбаланс ротора, ослабление крепления.
• Гул и повышенный ток: Межвитковое замыкание в обмотке статора. Требуется проверка мегомметром и измерителем индуктивности по фазам.
• Искрение в районе ротора (для ЗВИР): Может указывать на нарушение взрывозащиты.