Электродвигатели закрытые силовые

Электродвигатели закрытые силовые: конструкция, типы, применение и эксплуатация

Закрытые силовые электродвигатели представляют собой класс электрических машин, конструкция которых исключает свободный обмен воздухом между внутренней полостью двигателя и окружающей средой. Это ключевое отличие от двигателей открытого или защищённого исполнения обеспечивает их высокую устойчивость к воздействию внешних факторов: пыли, влаги, химически активных веществ и взрывоопасных сред. Принцип действия основан на преобразовании электрической энергии в механическую за счет взаимодействия магнитных полей статора и ротора. В зависимости от типа питающей сети и требований к характеристикам, закрытые двигатели выпускаются как асинхронные (с короткозамкнутым или фазным ротором), так и синхронные, а также двигатели постоянного тока.

Конструктивные особенности и система охлаждения

Основная особенность закрытых двигателей — герметизация корпуса. Внутренняя полость, содержащая активные части (обмотки статора и ротор), изолирована. Отвод тепла, выделяемого в процессе работы, осуществляется через внешнюю поверхность корпуса. Для этого корпус выполняют ребристым, что значительно увеличивает площадь теплообмена. В двигателях малой и средней мощности (примерно до 100 кВт) применяется система охлаждения IC 411 (ранее обозначавшаяся как TEFC — Totally Enclosed Fan Cooled). На валу двигателя со стороны, противоположной выходному концу, устанавливается внешний вентилятор, закрытый защитным кожухом. Этот вентилятор прогоняет воздух вдоль ребер корпуса, обеспечивая принудительное охлаждение.

Для двигателей большей мощности, где тепловыделение существенно, используется система охлаждения IC 416 (TEFV — Totally Enclosed Fan Ventilated). В этом случае охлаждение осуществляется независимым вентилятором с отдельным приводом (например, электродвигателем), что позволяет регулировать интенсивность охлаждения независимо от скорости вращения основного двигателя. В самых мощных и высоконагруженных исполнениях может применяться система IC 81W (CACA — Closed Air Circuit, Air Cooled), где внутренний контур воздуха охлаждается через воздухо-воздушный или воздухо-водяной теплообменник, установленный на корпусе двигателя.

Классификация по степени защиты (IP) и климатическому исполнению

Закрытые двигатели соответствуют высоким степеням защиты по ГОСТ (ГОСТ IEC 60034-5) и международной классификации IP (Ingress Protection). Наиболее распространены:

• IP54: Защита от попадания пыли в количестве, нарушающем работу, и от брызг воды со всех направлений. Применяется в пыльных и влажных цехах.
• IP55: Полная защита от пыли и защита от струй воды с любого направления. Для работы под дождем, мойкой.
• IP65/IP66: Полная пыленепроницаемость и защита от сильных струй (IP65) или мощных водяных струй (IP66). Для особо жестких условий.

Климатическое исполнение (по ГОСТ 15150) указывает на стойкость к атмосферным условиям: У (умеренный), ХЛ (холодный), Т (тропический), О (общеклиматическое) и др. Категория размещения (1, 2, 3, 4, 5) определяет условия эксплуатации: на открытом воздухе, в помещении без регулирования климата, в помещении с искусственным климатом и т.д.

Классификация по взрывозащите

Для работы во взрывоопасных зонах закрытые двигатели изготавливаются в специальном исполнении. Маркировка взрывозащиты осуществляется по стандартам ATEX (Европа) и ГОСТ Р МЭК 60079-1. Основные виды:

• Взрывонепроницаемая оболочка (Ex d): Корпус двигателя способен выдержать внутренний взрыв горючей смеси без повреждения и не передать воспламенение во внешнюю среду. Фланцевые соединения имеют лабиринтовые уплотнения большой длины (щели взрывобезопасности).
• Искробезопасная цепь (Ex i): Ток в обмотках и цепях управления ограничен до уровня, недостаточного для воспламенения. Часто комбинируется с другими видами защиты.
• Заполнение или продувка оболочки (Ex p): Внутренняя полость заполнена инертным газом или находится под избыточным давлением, что исключает попадание горючей смеси внутрь.
• Защита вида «е» (Ex e): Повышенная безопасность — конструктивные меры для предотвращения возникновения дуги, искрения и опасных перегревов в нормальном режиме и при стандартных отклонениях.

Материалы и покрытия корпусов

Корпуса закрытых двигателей изготавливаются преимущественно из чугуна (серого или с шаровидным графитом) или алюминиевых сплавов. Чугун обеспечивает лучшую механическую прочность, вибропоглощение и защиту от электромагнитных помех. Алюминий легче и обладает лучшей теплоотдачей. Для работы в агрессивных средах (химическая, морская, пищевая промышленность) корпуса покрываются специальными составами: эпоксидными или полиуретановыми красками, порошковыми напылениями, цинкованием. Для пищевой и фармацевтической отраслей применяются двигатели с корпусами из нержавеющей стали (AISI 304, AISI 316).

Области применения

Закрытые двигатели универсальны и применяются практически во всех отраслях промышленности, где требуется надежная работа в неблагоприятных условиях:

• Нефтегазовая и химическая промышленность: Привод насосов, компрессоров, вентиляторов, мешалок во взрывоопасных зонах (исполнение Ex).
• Горнодобывающая промышленность: Привод конвейеров, дробилок, вентиляторов главного проветривания в запыленных условиях.
• Металлургия: Привод рольгангов, подъемных механизмов, насосов гидросбива окалины в условиях высокой температуры и влажности.

Пищевая промышленность: Привод мешалок, дозаторов, транспортеров, требующих частой мойки (исполнение из нержавеющей стали, высокая степень защиты IP69K).

• Водоочистка и водоснабжение: Привод насосов в сырых и влажных помещениях насосных станций.
• Общепромышленное применение: Станки, вентиляционные установки, генераторы в условиях обычной производственной запыленности.

Сравнительные характеристики закрытых и защищенных двигателей

Параметр	Закрытый двигатель (TEFC, IP54-IP66)	Защищенный двигатель (IP23, IC 01)
Обмен воздухом с окружающей средой	Отсутствует	Свободный, через вентиляционные отверстия
Защита от твердых тел и воды	Высокая (IP54 и выше)	Умеренная (защита от капель, от проникновения пальцев)
Защита от пыли	Полная или частичная	Отсутствует
Система охлаждения	Наружная, через ребра корпуса	Внутренняя, обмотки обдуваются наружным воздухом
Склонность к загрязнению внутренностей	Минимальная	Высокая, требуется регулярная чистка
Габариты и масса при одинаковой мощности	Больше (из-за ребер и массивного корпуса)	Меньше
КПД	Несколько ниже из-за ухудшенного теплоотвода	Выше
Стоимость	Выше	Ниже
Типовые условия применения	Пыльные, грязные, влажные, взрывоопасные зоны	Чистые, сухие, вентилируемые помещения

Ключевые параметры выбора

• Номинальная мощность (P_N, кВт): Определяется нагрузочной диаграммой механизма. Необходим запас 10-15%.
• Синхронная частота вращения (об/мин): 3000, 1500, 1000, 750. Выбирается исходя из требуемой скорости приводимого механизма и типа редуктора.
• Напряжение и способ подключения: 220/380 В, 380/660 В, 3000 В, 6000 В. Соединение «звезда» или «треугольник».
• КПД (η, %): Современные двигатели соответствуют классам IE2 (высокий), IE3 (премиум), IE4 (сверхпремиум) согласно МЭК 60034-30-1.
• Коэффициент мощности (cos φ): Важен для оценки реактивной нагрузки на сеть.
• Пусковой момент (M_п/M_N), момент максимальный (M_max/M_N): Критичны для механизмов с тяжелым пуском (мельницы, дробилки, поршневые компрессоры).
• Класс изоляции: F или H. Указывает на стойкость изоляции обмоток к температуре. Фактический перегрев обычно соответствует классу B (для двигателей с классом изоляции F), что обеспечивает большой запас по температуре и увеличенный срок службы.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж должен производиться на ровное, жесткое основание с точной центровкой по полумуфтам (недопустимо использование вала двигателя в качестве рычага для перемещения). Двигатели с принудительным охлаждением (IC 411) требуют обеспечения свободного притока и оттока воздуха вокруг корпуса (минимальные расстояния указаны в паспорте).

Техническое обслуживание включает:

• Регулярный контроль вибрации и температуры подшипниковых узлов (термометрия, виброметрия).
• Периодическая проверка состояния изоляции обмоток (мегомметром).
• Чистка наружных ребер корпуса от загрязнений, ухудшающих теплоотдачу.
• Через 8-10 тыс. часов работы — замена смазки в подшипниках качения строго по типу и количеству, указанному заводом-изготовителем. Пересмазка ведет к перегреву и выходу из строя.
• Для двигателей постоянного тока — контроль и обслуживание щеточно-коллекторного узла.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается закрытый двигатель (TEFC) от двигателя в защищенном исполнении (IP23)?

Главное отличие — в конструкции системы охлаждения и степени герметизации. У защищенного двигателя охлаждающий воздух проходит через внутреннюю полость, обдувая обмотки, что требует вентиляционных отверстий. Закрытый двигатель имеет герметичный корпус, а охлаждение происходит снаружи через оребренную поверхность. Это делает его невосприимчивым к внутреннему загрязнению и воздействию внешней среды.

Можно ли использовать закрытый двигатель в помещении с высокой температурой окружающей среды (+50°C и выше)?

Да, но с обязательной дератизацией (снижением) мощности. Каждый двигатель рассчитан на работу при номинальной температуре окружающей среды, обычно +40°C. При более высокой температуре эффективность охлаждения падает. Необходимо либо выбирать двигатель с запасом по мощности, либо использовать специальное исполнение с повышенным температурным классом, либо применять дополнительное принудительное охлаждение (например, независимый вентилятор IC 416).

Как правильно выбрать степень защиты IP для конкретных условий?

Руководствуйтесь стандартом МЭК 60529 (ГОСТ 14254). Для умеренно пыльных цехов достаточно IP54. Для улицы, где возможен косой дождь, — IP55. Для установок, подвергающихся мойке под давлением, — IP65/IP66. Для пищевой промышленности с прямой мойкой горячей водой и паром — IP69K. Всегда учитывайте не только нормальные, но и аварийные условия (разлив жидкости, повышенная запыленность).

Почему закрытый двигатель одной и той же мощности имеет большие габариты и массу по сравнению с защищенным?

Увеличение массы и габаритов обусловлено двумя факторами: наличием массивного ребристого корпуса для эффективного отвода тепла без обмена воздухом и, как правило, применением более длинного магнитопровода (статора) для компенсации несколько более низкого КПД и улучшения теплоотдачи.

Требуют ли закрытые взрывозащищенные двигатели (Ex d) особых условий монтажа и подключения?

Да. Критически важна целостность взрывонепроницаемой оболочки. Запрещается сверление дополнительных отверстий, повреждение фланцевых соединений. Кабельный ввод должен осуществляться только через сертифицированные взрывозащищенные сальники или коробки ввода. Затяжка болтовых соединений крышек должна производиться с моментом, указанным в документации, для обеспечения заданной длины щели взрывобезопасности. Обслуживание (например, замена подшипников) должно проводиться персоналом, имеющим соответствующую подготовку по взрывозащите.

Как часто необходимо проводить замену смазки в подшипниках закрытого двигателя?

Периодичность замены смазки — строго индивидуальный параметр, указанный в руководстве по эксплуатации конкретного двигателя. Она зависит от типа подшипника, скорости вращения, рабочей температуры и марки смазки. Типовой интервал — 8 000 – 10 000 часов работы. Крайне важно использовать именно ту марку смазки, которую рекомендует производитель, и заполнять полость подшипника не более чем на 1/2 – 2/3 для шарикоподшипников, чтобы избежать перегрева от избыточного трения.

Заключение

Закрытые силовые электродвигатели являются основным приводным оборудованием для работы в сложных и агрессивных условиях. Их конструкция, ориентированная на максимальную защиту активных частей, определяет специфику в области охлаждения, монтажа и обслуживания. Правильный выбор по степени защиты IP, классу взрывозащиты, системе охлаждения и мощности напрямую влияет на надежность, долговечность и энергоэффективность всей технологической линии. Современные тенденции направлены на повышение КПД (классы IE3, IE4), внедрение встроенных датчиков температуры и вибрации для систем предиктивного обслуживания, а также оптимизацию материалов корпусов для снижения массы при сохранении прочностных и тепловых характеристик.