Электродвигатели с тормозом

Добавлено 30.10.2025

Электродвигатели с тормозом: конструкция, типы, применение и выбор

Электродвигатель с тормозом представляет собой агрегат, состоящий из асинхронного электродвигателя (как правило, трехфазного) и встроенного электромагнитного тормозного устройства. Основное функциональное назначение – обеспечение быстрой остановки вала двигателя после отключения питания, удержание вала в неподвижном состоянии при отсутствии напряжения, а также предотвращение самопроизвольного движения механизма под действием статической нагрузки (например, в подъемных устройствах или наклонных конвейерах). Тормоз является нормально-замкнутым: он растормаживается при подаче напряжения на двигатель и затормаживается при его снятии.

Конструкция и принцип работы тормозного узла

Тормозной узел монтируется на противоположной от рабочего вала стороне двигателя (со стороны заднего подшипникового щита) или интегрируется в корпус. Основные компоненты электромагнитного тормоза:

Якорь тормоза: Подвижная дисковая часть, соединенная с валом двигателя через шлицевое или шпоночное соединение, способная перемещаться вдоль оси вала.
Тормозной диск (фрикционные накладки): Закреплен на якоре. При торможении прижимается к тормозной поверхности.
Электромагнитная катушка: Установлена в корпусе тормоза (статоре тормоза). При подаче на нее напряжения создает магнитный поток, притягивающий якорь.
Пружины (набор тарельчатых или винтовых): Обеспечивают необходимое усилие прижатия тормозного диска к поверхности трения при отключенной катушке.
Регулировочный узел: Позволяет компенсировать износ фрикционных накладок и регулировать момент торможения.
Корпус (магнитопровод): Замыкает магнитный поток катушки.

Принцип работы: При подаче напряжения на электродвигатель напряжение одновременно подается и на катушку тормоза. Электромагнитное поле преодолевает усилие пружин, якорь притягивается к корпусу, тормозной диск освобождается – происходит растормаживание. Вращающий момент свободно передается на вал. При отключении питания катушка обесточивается, магнитное поле исчезает, и пружины с усилием прижимают якорь с тормозным диском к неподвижной поверхности трения. Возникающий тормозной момент быстро останавливает и фиксирует вал двигателя.

Классификация и типы электродвигателей с тормозом

Электродвигатели с тормозом классифицируются по нескольким ключевым параметрам.

1. По типу тормозного механизма:

Стандартный электромагнитный тормоз (пружинный): Описанная выше нормально-замкнутая конструкция. Наиболее распространенный тип.
Тормоз постоянного тока (DC-тормоз): Катушка тормоза питается постоянным током. Часто для этого в тормозном узле или клеммной коробке двигателя устанавливается выпрямительный мост, что позволяет подключать узел к сети переменного тока.
Тормоз переменного тока (AC-тормоз): Катушка рассчитана на прямое подключение к сети переменного тока. Менее распространены из-за большего гула и вибраций.

2. По функциональному назначению:

Стопорный (удерживающий) тормоз: Основная задача – надежная фиксация вала после остановки. Не предназначен для частых включений и работы в режиме торможения вращения. Типичный пример – лифты, подъемники, стрелы кранов.
Тормоз для остановки (быстродействующий): Предназначен для активного торможения вращающегося вала до полной остановки. Имеет меньшую инерционность якоря и рассчитан на более частые срабатывания. Применяется в станках, механизмах подачи.
Тормозной генератор (динамическое торможение): Не является электромагнитным фрикционным тормозом. Торможение осуществляется за счет подачи постоянного тока на обмотки статора, что создает тормозящее магнитное поле. Используется для плавной и быстрой остановки без износа механических частей.

3. По способу управления и коммутации:

С прямым управлением: Катушка тормоза подключается параллельно обмоткам двигателя. Растормаживание и торможение происходят одновременно с пуском и остановкой двигателя. Простая схема, но возможно запаздывание срабатывания.
С независимым управлением: Катушка тормоза имеет отдельные выводы и управляется собственным контактором по команде от системы управления. Это позволяет реализовать задержку растормаживания (тормоз отпускается только после выхода двигателя на номинальные обороты) или задержку торможения (предварительный выбег). Наиболее гибкий и рекомендуемый для сложных механизмов вариант.

Ключевые технические параметры и характеристики

При выборе электродвигателя с тормозом необходимо анализировать следующие параметры:

Номинальный тормозной момент (M_торм): Измеряется в Н·м. Должен с запасом (обычно 1.5-2.0) превышать максимальный статический момент нагрузки на валу. Указывается в паспорте на двигатель.
Напряжение питания катушки тормоза (U_торм): Может отличаться от напряжения питания двигателя (например, двигатель 380В AC, катушка тормоза – 24В DC или 400В AC).
Время растормаживания (t_раст): Время от момента подачи напряжения на катушку до полного отхода якоря. Обычно от 0.03 до 0.15 с.
Время торможения (t_торм): Время от снятия напряжения с катушки до полной остановки вала. Зависит от момента инерции вращающихся масс. Паспортное значение указывается для момента инерции самого двигателя.
Максимальная частота включений тормоза: Количество срабатываний в час, которое тормоз может выдержать без перегрева и чрезмерного износа.
Степень износа фрикционных накладок: Выражается в допустимом уменьшении толщины до необходимости регулировки или замены (обычно 1.0-2.0 мм).
Класс нагревостойкости изоляции катушки: Как правило, класс F (155°C) или H (180°C).

**Примерные параметры тормозов для асинхронных двигателей серии АИР**
Мощность двигателя, кВт	Типоразмер тормоза	Ном. тормозной момент, Н·м	Напряжение катушки (DC/AC), В	Потребляемая мощность катушки, Вт
0.12 — 0.37	BE-012	4 — 10	24 / 400	12 — 16
0.55 — 2.2	BE-032	25 — 40	24 / 400	25 — 30
3.0 — 7.5	BE-080	80 — 160	24 / 400	45 — 70
11 — 22	BE-200	200 — 400	24 / 400	90 — 150

Области применения

Подъемно-транспортное оборудование: Краны, тельферы, лебедки, лифты, подъемные столы. Тормоз обеспечивает удержание груза в подвешенном состоянии.
Обрабатывающие станки: Токарные, фрезерные, сверлильные станки. Обеспечивают быструю остановку шпинделя или механизмов подачи для безопасности и точности.
Пищевая и упаковочная промышленность: Конвейеры с наклонными участками, роторные машины, дозирующие устройства. Фиксируют положение при остановке.
Робототехника и автоматика: Манипуляторы, поворотные устройства. Обеспечивают точное позиционирование и отсутствие «просадки» при остановке.
Ворота и шлагбаумы: Фиксация створок в крайних положениях.

Схемы подключения и особенности эксплуатации

Наиболее распространенная схема – подключение катушки тормоза через выпрямительный мост к двум фазам статора двигателя. В более сложных системах управление осуществляется через промежуточное реле или программируемый логический контроллер (ПЛК), что позволяет:

Обеспечивать задержку отпускания тормоза до набора оборотов двигателем.
Реализовывать задержку торможения для выбега по инерции.
Интегрировать датчики износа тормозных накладок в систему диагностики.

Важные эксплуатационные аспекты:

Регулировка зазора: По мере износа фрикционных накладок зазор между якорем и магнитопроводом увеличивается. Его необходимо регулярно проверять и регулировать согласно инструкции производителя (обычно 0.2-1.0 мм). Увеличенный зазор приводит к снижению тормозного момента и перегреву катушки.
Защита катушки: Рекомендуется использование варисторной или RC-схемы для подавления всплесков напряжения самоиндукции при отключении катушки, продлевающей ее срок службы.
Температурный режим: Перегрев двигателя напрямую влияет на тормозной узел. Необходимо соблюдать режимы работы (S1, S3, S4) и допустимую частоту включений.

Критерии выбора

Определение необходимого тормозного момента: Рассчитывается с учетом момента нагрузки, кинематической схемы, требуемого коэффициента безопасности.
Режим работы (ПВ %): Для повторно-кратковременных режимов (S3, S4) выбираются тормоза с усиленной конструкцией.
Частота включений в час: Сопоставление с паспортной характеристикой тормоза.
Условия окружающей среды: Существуют исполнения с защитой от пыли, влаги (IP54, IP55), для агрессивных сред.
Напряжение управления: Выбор в зависимости от доступной сети и системы управления (24В DC – безопасность, 400В AC – прямое подключение).
Уровень шума: DC-тормоза работают тише AC-тормозов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель с тормозом от двигателя с тормозом-муфтой?

Двигатель с тормозом имеет встроенный тормозной узел, конструктивно объединенный с корпусом двигателя. Тормоз-муфта – это отдельное устройство, устанавливаемое между двигателем и редуктором (или исполнительным механизмом) посредством соединительных муфт. Тормоз-муфта проще в обслуживании и замене, но занимает больше места по длине.

Что произойдет, если тормозной момент окажется меньше момента нагрузки?

Вал двигателя не будет удержан в неподвижном состоянии. Произойдет проскальзывание («пробуксовка») тормозного диска, его интенсивный нагрев и быстрый износ, что в итоге приведет к полному отказу тормоза и неконтролируемому движению механизма. Это недопустимо и опасно.

Как диагностировать неисправность тормоза?

Двигатель не запускается, гудит: Тормоз не отпускается. Причины: обрыв или межвитковое замыкание в катушке, механическое заклинивание якоря, отсутствие напряжения на катушке.
Вал медленно останавливается или проворачивается под нагрузкой: Износ накладок, загрязнение фрикционных поверхностей маслом, ослабление пружин, чрезмерный зазор.
Посторонний шум (гудение, стук) при работе тормоза: Неправильный зазор, ослабление крепления узла, деформация якоря.

Можно ли установить тормоз на стандартный двигатель постфактум?

Да, многие производители предлагают тормозные приставки (backstop) для серийных двигателей. Однако это требует разборки двигателя (снятия заднего щита, установки специального фланца и якоря на вал) и должно выполняться квалифицированным персоналом. Часто экономически и технически целесообразнее изначально выбрать двигатель со встроенным тормозом.

Какова средняя наработка на отказ тормозного узла?

Ресурс определяется в основном износом фрикционных пар и зависит от частоты срабатываний, точности регулировок и условий эксплуатации. При соблюдении регламента обслуживания и нормальных нагрузках ресурс до первой замены накладок может составлять от 500 000 до 1 500 000 циклов «останов-пуск».

Почему для управления тормозом часто используют выпрямитель на диодах?

Выпрямление переменного тока в постоянный для питания катушки решает несколько задач: резко снижает гул и вибрации (отсутствует переменный магнитный поток 50 Гц), увеличивает быстродействие и надежность срабатывания, позволяет использовать более компактные и эффективные катушки постоянного тока.

Электродвигатели с тормозом