Электродвигатели МТН с лапами S3: конструкция, режим работы и технические характеристики
Электродвигатели серии МТН с лапами представляют собой асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, предназначенные для трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц. Буквенное обозначение серии расшифровывается как «МТ» – мотор трехфазный, «Н» – защищенного исполнения (IP23). Ключевой особенностью данной модификации является наличие монтажных лап для установки и специфический режим работы S3 – перемежающийся (повторно-кратковременный). Эти двигатели нашли широкое применение в приводах промышленного оборудования, работающего в циклическом режиме с частыми пусками и остановами: металлорежущих станках, подъемно-транспортных механизмах (краны, тельферы), прессах, манипуляторах.
Конструктивные особенности двигателей МТН с лапами
Конструкция двигателя МТН с лапами базируется на классической схеме асинхронной машины, но с рядом важных отличий, обусловленных режимом работы S3 и исполнением.
- Статор: Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали для снижения потерь на вихревые токи. Обмотка статора выполняется из медного провода с теплостойкой изоляцией класса F или H, что критически важно для работы в повторно-кратковременном режиме с повышенным тепловыделением. Обмотка пропитывается термореактивными лаками для улучшения теплоотдачи и защиты от влаги и вибрации.
- Ротор: Короткозамкнутый ротор типа «беличья клетка». Изготавливается методом литья под давлением из алюминиевых сплавов или, для двигателей большей мощности и лучших пусковых характеристик, из меди. Пазы ротора часто выполняются скошенными для уменьшения магнитного шума и вибраций.
- Корпус и система охлаждения: Двигатели исполнения IP23 (защищенные) имеют корпус с перфорационными отверстиями, обеспечивающими эффективный приток воздуха к обмоткам и активным частям. Отверстия спроектированы таким образом, чтобы капли жидкости, падающие под углом до 60° от вертикали, не попадали внутрь. Охлаждение самостоятельное вентиляционное (IC01). На валу ротора установлена крыльчатка вентилятора, нагнетающая воздух через внутренние каналы двигателя. Это отличает МТН от двигателей закрытого обдуваемого исполнения (IP54, серии АИР), где вентилятор закрыт кожухом.
- Подшипниковые щиты и узлы: Двигатель оснащен двумя подшипниковыми щитами, в которых установлены роликовые или шариковые подшипники качения. Тип и размер подшипника зависят от мощности и габарита двигателя. Наличие лап позволяет жестко закрепить двигатель на фундаменте или раме механизма.
- Клеммная коробка: Расположена, как правило, в верхней части корпуса. Имеет уплотнения для защиты от попадания пыли и капель. Внутри находится клеммник для подключения питающего кабеля. Обмотки статора могут соединяться в «звезду» или «треугольник» в зависимости от напряжения сети.
- 100%.
- Определение требуемой мощности: Рассчитать мощность на валу с учетом всех потерь в механизме. Подобрать двигатель с номинальной мощностью (для указанного ПВ, например, 40%), равной или превышающей расчетную.
- Проверка по режиму работы: Убедиться, что фактический цикл работы оборудования соответствует или легче (меньшее ПВ) паспортного режима S3 двигателя. Если ПВ отличается, необходимо пересчитать допустимую мощность.
- Проверка по пусковому моменту: Для механизмов с тяжелым пуском (например, подъемники) необходимо убедиться, что пусковой момент двигателя превышает момент сопротивления механизма в момент трогания.
- Проверка по частоте вращения: Выбрать двигатель с требуемой синхронной частотой (3000, 1500, 1000, 750 об/мин), учитывая необходимую скорость привода и возможности редуктора.
- Установка производится на ровную, жесткую, виброустойчивую поверхность через монтажные лапы.
- Обязательная центровка вала двигателя с валом рабочей машины (редуктора, насоса) с использованием щупов или лазерного центровщика. Несоосность приводит к вибрациям, перегреву подшипников и выходу из строя.
- Обеспечение свободного притока и оттока охлаждающего воздуха. Запрещается закрывать вентиляционные отверстия.
- Правильное подключение к сети согласно схеме на шильдике двигателя («звезда»/«треугольник»).
- Обязательное заземление корпуса.
- Регулярный контроль температуры корпуса (термометром или термопарой). Превышение температуры может указывать на перегрузку, ухудшение условий охлаждения или неисправность.
- Контроль уровня вибрации и шума. Повышение уровня может свидетельствовать об износе подшипников, ослаблении крепления или нарушении центровки.
- Периодическая проверка состояния изоляции обмоток мегомметром (сопротивление изоляции должно быть не менее 1 МОм для напряжений до 660В).
- Чистка внутренних полостей от пыли и загрязнений, ухудшающих теплоотдачу (только при отключенном питании).
- Через 10-15 тыс. часов работы – проверка и замена смазки в подшипниках в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
- Оптимизированы для циклических режимов работы с частыми пусками.
- Более высокая удельная мощность в сравнении с двигателями для S1 при одинаковых габаритах (для заданного ПВ).
- Хорошая перегрузочная способность и пусковые характеристики.
- Защищенное исполнение (IP23) обеспечивает эффективное охлаждение.
- Унификация и широкий типоразмерный ряд.
- Непригодность для продолжительной работы (S1) без значительного снижения нагрузки.
- Защищенное исполнение IP23 не подходит для очень пыльных, влажных или взрывоопасных сред (требуются двигатели IP54, IP55 или взрывозащищенные).
- Относительно высокий уровень шума из-за открытой системы вентиляции.
- Требовательность к условиям охлаждения (необходимость поддержания чистоты вентиляционных каналов).
- sqrt(ПВ1 / ПВ2), где P1 – мощность при известном ПВ1, P2 – искомая мощность при новом ПВ2. Однако данный метод является оценочным. Для точного подбора необходимо использовать нагрузочные диаграммы или консультироваться с производителем, так как нагрев зависит не только от ПВ, но и от длительности цикла.
Режим работы S3: перемежающийся (повторно-кратковременный)
Это ключевая характеристика данных двигателей. Режим S3 предполагает работу двигателя последовательными идентичными циклами, каждый из которых состоит из периода работы с постоянной нагрузкой и периода останова. В течение цикла двигатель не успевает достичь установившейся температуры, но за время паузы не успевает полностью охладиться до температуры окружающей среды.
Важнейшим параметром для режима S3 является продолжительность включения (ПВ или ПР – продолжительность работы). Она выражается в процентах и рассчитывается по формуле: ПВ = (Время работы / (Время работы + Время паузы))
Для двигателей МТН с лапами номинальные параметры (мощность, момент, ток) указываются для конкретного значения ПВ, чаще всего S3 40%. Это означает, что двигатель рассчитан на работу в циклах, где время под нагрузкой составляет 40% от общей длительности цикла. Если такой двигатель использовать в режиме S1 (продолжительный), его мощность должна быть значительно снижена, чтобы не допустить перегрева и повреждения изоляции.
| Режим (по ГОСТ/МЭК) | Название | Описание | Применение для МТН |
|---|---|---|---|
| S1 | Продолжительный | Работа при постоянной нагрузке достаточно долго для достижения установившейся температуры. | Не является штатным. Требует снижения мощности. |
| S2 | Кратковременный | Работа под нагрузкой в течение короткого времени, после которого двигатель останавливается и охлаждается до температуры окружающей среды. | Возможно, но не типично. |
| S3 | Перемежающийся (Повторно-кратковременный) | Последовательность идентичных циклов, включающих время работы с постоянной нагрузкой и время останова. Пусковые токи не оказывают значительного влияния на нагрев. | Основной, штатный режим работы для данной серии. |
Основные технические параметры и характеристики
Технические характеристики двигателей МТН с лапами S3 регламентируются ГОСТами (например, ГОСТ 183-74, более современные аналоги — серии АИР). Параметры варьируются в зависимости от габарита (высоты оси вращения) и мощности.
| Типоразмер (высота оси, мм) | Мощность, кВт (при S3 40%) | Синхронная частота, об/мин | КПД, % (ориентировочно) | cos φ (ориентировочно) | Пусковой ток / Ном. ток (Iп/Iн) |
|---|---|---|---|---|---|
| 112 | 3.0 — 4.0 | 1500, 3000 | 84 — 86 | 0.84 — 0.86 | 6.0 — 7.0 |
| 132 | 5.5 — 7.5 | 1000, 1500 | 86 — 88 | 0.86 — 0.88 | 6.5 — 7.5 |
| 160 | 11 — 15 | 750, 1000, 1500 | 88 — 90 | 0.87 — 0.89 | 6.5 — 7.5 |
| 180 | 18.5 — 22 | 750, 1000, 1500 | 89 — 91 | 0.88 — 0.90 | 6.5 — 7.5 |
Механическая характеристика
Двигатели МТН обладают «жесткой» механической характеристикой: при изменении нагрузки в широких пределах скорость вращения изменяется незначительно. Пусковой момент обычно в 1.8 — 2.2 раза превышает номинальный, максимальный (критический) момент – в 2.0 — 2.8 раза. Это обеспечивает уверенный пуск под нагрузкой и устойчивую работу при кратковременных перегрузках.
Выбор, монтаж и эксплуатация
При выборе двигателя МТН с лапами для режима S3 необходимо выполнить следующий расчет и проверку:
Монтаж
Эксплуатация и обслуживание
Преимущества и недостатки двигателей МТН с лапами S3
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается двигатель МТН для режима S3 от обычного двигателя для режима S1?
Основное отличие – в тепловом расчете и конструкции обмотки. Двигатель для S3 рассчитан на работу с недовыходом на установившуюся температуру. Его обмотка может быть выполнена с использованием изоляции более высокого температурного класса (F вместо B), что позволяет ей выдерживать более высокие рабочие температуры в течение коротких циклов. Номинальная мощность для S3 (например, при 40%) будет выше, чем мощность того же двигателя в режиме S1.
Можно ли использовать двигатель МТН S3 40% в режиме S1 (постоянной работы)?
Да, но с обязательным снижением нагрузки. Мощность, которую можно снять с вала в режиме S1, будет существенно ниже, чем указанная на шильдике для S3 40%. Точное значение необходимо рассчитывать, исходя из тепловых характеристик, или запрашивать у производителя. Эксплуатация на мощности, указанной для S3, в режиме S1 приведет к перегреву и быстрому выходу из строя.
Как пересчитать мощность двигателя при изменении ПВ?
Приближенный пересчет можно выполнить по формуле, основанной на постоянстве потерь: P2 = P1
Что означает маркировка IP23 на двигателе МТН?
IP23 – это класс защиты корпуса по международному стандарту (Ingress Protection). Первая цифра (2) – защита от проникновения твердых тел (пальцы, инструменты диаметром более 12.5 мм). Вторая цифра (3) – защита от воды: защита от дождя, капли падают под углом до 60° от вертикали. Таким образом, двигатель защищен от случайного прикосновения и от дождя, но не является пыле- и водонепроницаемым.
Какие системы пуска рекомендуются для двигателей МТН S3?
Ввиду частых пусков в циклическом режиме, для снижения пусковых токов и механических ударов рекомендуется применять устройства плавного пуска (софтстартеры) или частотные преобразователи. Прямой пуск (DOL) допустим при наличии соответствующей запаса по мощности питающей сети и при условии, что ударный момент не вредит механической части привода. Пуск «звезда-треугольник» также может применяться для снижения пускового тока.
Как часто нужно обслуживать подшипники двигателя МТН?
Периодичность обслуживания (очистка, проверка, замена смазки) зависит от условий эксплуатации, типа подшипников и смазки. В стандартных условиях для двигателей с литиевыми или полимочевинными смазками интервал может составлять 10 000 – 15 000 часов работы. В условиях высокой температуры, вибрации или запыленности интервал необходимо сокращать. Точные рекомендации указаны в паспорте двигателя.
Почему двигатель МТН в режиме S3 может перегреваться даже при нагрузке меньше номинальной?
Возможные причины: 1) Фактическое ПВ превышает паспортное (циклы работы стали длиннее или паузы короче). 2) Ухудшение условий охлаждения: загрязнение вентиляционных каналов, высокая температура окружающей среды (>40°C), отсутствие притока воздуха. 3) Частые пуски сверх расчетного количества в час. 4) Повышенное напряжение сети, приводящее к росту потерь в стали. 5) Неисправность вентилятора. 6) Проблемы с центровкой или повышенное трение в механизме.