Электродвигатели подъемные трехфазные
Электродвигатели подъемные трехфазные: конструкция, характеристики и применение
Подъемные трехфазные электродвигатели представляют собой специализированный класс асинхронных машин, спроектированных для привода механизмов подъема и передвижения грузов в крановом, подъемно-транспортном и шахтном оборудовании. Их ключевое отличие от общепромышленных двигателей заключается в оптимизации под повторно-кратковременный режим работы (S3-S5) с частыми пусками, реверсами и механическими перегрузками. Основные сферы применения: мостовые, козловые, консольные краны, тельферы (электротали), шахтные подъемные машины, лифты.
Классификация и основные серии
В Российской Федерации и странах СНГ наиболее распространены двигатели, разработанные по ГОСТ. Основные серии включают:
- MTF, MTKF (крановые с фазным ротором): Двигатели с контактными кольцами, позволяющие осуществлять пуск и регулирование скорости за счет введения резисторов в цепь ротора. Обладают высоким пусковым моментом при умеренном пусковом токе. Применяются в приводах подъема и передвижения кранов средней и большой мощности.
- MTН, MTHK (крановые с короткозамкнутым ротором): Более простые и надежные двигатели «беличьей клетки». Отличаются повышенным скольжением, что обеспечивает лучшие пусковые характеристики. Применяются в механизмах передвижения и вспомогательных механизмах подъема.
- 4MTK, 5MTK (модернизированные крановые): Современные серии, сочетающие улучшенные энергетические показатели (КПД, cos φ) с традиционной крановой надежностью. Выпускаются как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором.
- АИР (общепромышленные в крановом исполнении): Для механизмов с менее интенсивным режимом работы (например, передвижение тележки) могут применяться двигатели серии АИР в исполнении с повышенным скольжением (АИРС) и в специализированном климатическом и конструктивном исполнении (например, для работы на открытом воздухе).
- Корпус и каркас: Выполняются из чугуна или сварной стали повышенной прочности для восприятия вибрационных и ударных нагрузок. Распространено исполнение с лапами (IM1001) или комбинированное крепление (лапы + фланец, IM3001).
- Изоляция обмоток: Применяется изоляция класса нагревостойкости F или H, что позволяет двигателю работать при повышенных температурах без потери ресурса. Обмотки пропитываются влагостойкими и виброустойчивыми компаундами.
- Подшипниковые узлы: Используются подшипники качения повышенной грузоподъемности (чаще всего шариковые радиально-упорные), рассчитанные на значительные радиальные и осевые нагрузки, возникающие при работе редукторов.
- Ротор: У двигателей с фазным ротором на валу крепится изолированная трехфазная обмотка, выводы которой соединены с медными контактными кольцами. У короткозамкнутых двигателей ротор выполняется литым из алюминиевого сплава или сварным из меди (для улучшения характеристик).
- Вентиляция: Преимущественно независимая (вентилятор на валу двигателя, закрытый защитным кожухом) или естественное охлаждение (для малых мощностей). Это предотвращает засорение внутренностей двигателя пылью и влагой.
- Для двигателей с фазным ротором: Классическая схема — пуск и регулирование с помощью ступенчатого реостата в цепи ротора, коммутируемого контакторами или кулачковым контроллером. Это позволяет снизить пусковой ток и плавно изменять скорость в широком диапазоне, что критически важно для точного позиционирования груза.
- Для двигателей с короткозамкнутым ротором: Применяется прямой пуск от сети (для малых мощностей) или пуск с помощью устройств плавного пуска (УПП). УПП ограничивают пусковой ток и момент, снижая динамические нагрузки на механическую часть.
- Частотное регулирование: Современный и наиболее эффективный метод. Применение трехфазных частотных преобразователей (ЧП) позволяет осуществлять плавный пуск, точное регулирование скорости в широком диапазоне (1:10 и более) и торможение двигателя. Для крановых механизмов используются специализированные ЧП с крановыми макропрограммами, поддерживающие работу с тормозным электромагнитом и датчиками обратной связи.
- По способу защиты от попадания твердых тел и воды (IP): IP44 (защита от брызг и частиц >1 мм), IP54 (пылезащищенные), IP55 (защищенные от струй воды). Для наружной установки предпочтительно IP54/IP55.
- По климатическому исполнению: У1, У2, У3 — для умеренного климата; ХЛ1, ХЛ2 — для холодного; Т1, Т2 — для тропического. Категория размещения: 1 (на открытом воздухе), 2 (под навесом), 3 (в закрытых помещениях без регулирования климата).
- Мощность и момент: Определяются массой груза, КПД механизма, диаметром барабана или ходового колеса, требуемой скоростью подъема/передвижения.
- Режим работы (ПВ%): Анализируется график работы механизма. Неправильный выбор ПВ ведет к перегреву или недогрузке двигателя.
- Частота включений в час (В/ч): Крановые двигатели рассчитаны на определенное число пусков. Превышение этого значения сокращает ресурс.
- Тип ротора: Для главных подъемов с регулированием скорости — фазный ротор или короткозамкнутый с ЧП. Для вспомогательных подъемов и передвижения — короткозамкнутый ротор.
- Напряжение и частота сети: Стандартно 380В, 50Гц. Для мощных кранов — 660В или 3000В.
- Способ монтажа и присоединения: Габариты, тип крепления (лапы/фланец), расположение коробки выводов.
- 100%. Необходимо проанализировать типовой рабочий цикл механизма. Если цикл непостоянный, берется эквивалентный цикл за 10-минутный период. Выбор двигателя с завышенным ПВ% (например, 60% вместо требуемых 25%) приведет к неоправданному увеличению стоимости и габаритов. Выбор с заниженным ПВ% — к хроническому перегреву.
- Ежесменный контроль: Проверка температуры корпуса и подшипниковых узлов на ощупь или пирометром, отсутствие постороннего шума и вибрации.
- Периодическое ТО (раз в 1-6 месяцев): Контроль и подтяжка электрических соединений. Для двигателей с фазным ротором — проверка и замена щеток, зачистка контактных колец. Контроль состояния изоляции мегомметром (сопротивление изоляции должно быть не менее 1 МОм).
- Капитальное ТО (раз в 1-3 года): Чистка внутренних полостей от пыли, замена смазки в подшипниках (тип и объем смазки — по паспорту), при необходимости перепрессовка подшипников.
- MTKF: Серия (М — модернизированный, Т — трехфазный, К — крановый, F — с фазным ротором).
- 411: Габарит (4 — номер сердечника статора, 11 — длина сердечника).
- 6: Число полюсов (синхронная частота вращения ~1000 об/мин).
- У1: Климатическое исполнение (У — для умеренного климата, 1 — для работы на открытом воздухе).
Конструктивные особенности
Конструкция подъемных двигателей адаптирована к тяжелым условиям эксплуатации.
Режимы работы и характеристики
Номинальный режим работы крановых двигателей — повторно-кратковременный (ПВ — продолжительность включения). ПВ выражается в процентах и показывает отношение времени работы под нагрузкой к длительности полного цикла (работа + пауза). Стандартные значения: 15%, 25%, 40%, 60%. Например, ПВ=25% означает, что двигатель рассчитан на работу под номинальной нагрузкой в течение 2.5 минут из каждых 10 минут цикла.
| Параметр | MTKF (фазный ротор) | MTH (короткозамкнутый ротор, повышенное скольжение) |
|---|---|---|
| Пусковой момент, Мп/Мн | 2.5 – 3.2 | 2.2 – 2.8 |
| Пусковой ток, Iп/Iн | 1.5 – 2.5 (при использовании пускового реостата) | 4.5 – 6.5 (прямой пуск) |
| Максимальный момент, Мmax/Мн | 2.8 – 3.5 | 2.7 – 3.2 |
| Диапазон регулирования скорости | До 1:3 (плавное, реостатное) | Практически не регулируется |
| КПД при номинальной нагрузке | Низже (на 2-5%) из-за потерь в реостате | Выше |
| Надежность и стоимость | Сложнее, дороже из-за щеточного узла и реостата | Проще, дешевле, не требует обслуживания щеток |
Схемы управления и пуска
Выбор схемы управления определяется типом ротора и требованиями к механизму.
Климатические и защитные исполнения
Подъемные двигатели производятся в различных исполнениях по ГОСТ 15150 и ГОСТ IEC 60034-5:
Критерии выбора двигателя для подъемного механизма
Выбор осуществляется на основе инженерного расчета, учитывающего:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем крановый двигатель принципиально отличается от общепромышленного, например, серии АИР?
Крановый двигатель оптимизирован под повторно-кратковременный режим (S3-S5) с частыми пусками/остановами и перегрузками. Он имеет усиленную механическую конструкцию (корпус, подшипники), изоляцию классов F/H, повышенный пусковой момент и скольжение. Общепромышленный двигатель (S1) рассчитан на длительную работу под постоянной нагрузкой и не выдержит крановых циклов, быстро перегреется и выйдет из строя.
Как определить необходимую продолжительность включения (ПВ%) для двигателя?
ПВ% рассчитывается по формуле: ПВ% = (Время работы под нагрузкой / (Время работы + Время паузы))
Можно ли заменить двигатель с фазным ротором на двигатель с короткозамкнутым ротором и частотным преобразователем?
Да, такая модернизация является современным трендом. Она позволяет получить более широкий и плавный диапазон регулирования скорости, повысить КПД системы и снизить расходы на обслуживание (отсутствуют щетки и реостат). Однако это капитальные затраты. Необходимо убедиться, что выбранный ЧП имеет крановый профиль управления, а двигатель рассчитан на работу с ШИМ-сигналом от преобразователя (обычно требуется изоляция обмоток с повышенной стойкостью к импульсным перенапряжениям).
Почему при пуске двигателя с фазным ротором нельзя выводить все сопротивление роторной цепи сразу?
Постепенный вывод сопротивлений пускового реостата позволяет поддерживать высокий электромагнитный момент при разгоне, близкий к максимальному (Мmax), при этом ограничивая ток в роторной и статорной цепи. Резкое замыкание колец привело бы к броску пускового тока, аналогичного току короткозамкнутого двигателя, но при этом момент оказался бы низким (в области минимального значения на механической характеристике), и двигатель мог бы не тронуться с места под нагрузкой.