Электродвигатели 5АИ 100 S4

Электродвигатели 5АИ 100 S4: технические характеристики, конструкция и область применения

Электродвигатель 5АИ 100 S4 представляет собой асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, соответствующий серии АИР (общепромышленное исполнение) по ГОСТ Р 51689-2000 и международным стандартам IEC 60034. Модель относится к 100-й габариту по высоте оси вращения (100 мм) и имеет исполнение S4, что указывает на режим работы с частыми пусками. Данные двигатели являются основным приводным оборудованием для широкого спектра промышленных механизмов.

Расшифровка обозначения (типоразмер)

Маркировка «5АИ 100 S4» структурирована следующим образом:

• 5 – Габарит (условный номер) по длине станины. В рамках одного габарита по высоте оси вращения (100 мм) может быть несколько установочных размеров по длине (5, 6 и т.д.), влияющих на мощность и момент инерции.
• АИ – Серия асинхронных двигателей (А – асинхронный, И – унифицированное исполнение по ГОСТ).
• 100 – Высота оси вращения вала над плоскостью установки (лапами) в миллиметрах (h = 100 мм).
• S4 – Режим работы по ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1). S4 означает «Периодический режим с частыми пусками», характеризующийся последовательностью идентичных рабочих циков, каждый из которых включает время пуска, время работы при постоянной нагрузке и время остановки. Указывается относительная продолжительность включения (ПВ) и момент инерции нагрузки.

Основные технические параметры и характеристики

Конкретные параметры двигателя (мощность, ток, КПД) зависят от длины сердечника (габарита «5»). Для двигателей 5АИ 100 S4 характерны следующие обобщенные данные.

Таблица 1. Сводные технические характеристики для габарита 5АИ 100 S4

Параметр	Значение / Диапазон	Примечание
Номинальная мощность (P2N)	2.2 – 4.0 кВт	Зависит от длины сердечника (габарита 5)
Синхронная частота вращения	1500 об/мин	Обусловлена количеством полюсов (4)
Номинальная частота вращения (при ном. нагрузке)	≈ 1420 – 1460 об/мин	Зависит от скольжения (обычно 2.7% – 5.3%)
Номинальное напряжение	380 В / 660 В, 50 Гц	Возможны исполнения на другие напряжения
Схема соединения обмоток	«Треугольник» (Δ) / «Звезда» (Y)	Для 220/380 В: Δ/Y; для 380/660 В: Δ/Y
Степень защиты (IP)	IP54 (стандартно), IP55 (опционально)	Защита от пыли и брызг воды
Класс изоляции	F (155°C)	Система изоляции рассчитана на нагрев до 155°C
Режим работы	S4	С указанием ПВ% и момента инерции
КПД (η)	84.5% – 87.5%	Соответствует классу IE2 (Стандартный)
Коэффициент мощности (cos φ)	0.83 – 0.85	При номинальной нагрузке
Кратность пускового тока (Iп/Iн)	6.0 – 7.5	Типовое значение
Кратность пускового момента (Mп/Mн)	2.2 – 2.5	Типовое значение
Кратность максимального момента (Mmax/Mн)	2.8 – 3.0	Типовое значение
Масса	35 – 45 кг	Зависит от мощности и исполнения

Конструктивные особенности

Двигатели серии 5АИ имеют классическую конструкцию, адаптированную для работы в режиме S4.

• Статор: Сердечник набран из изолированных листов электротехнической стали, запрессован в чугунную станину. Обмотка выполнена медным проводом с изоляцией класса F, пропитана термореактивным лаком в вакуумной установке для обеспечения высокой влаго- и вибростойкости.
• Ротор: Короткозамкнутый, типа «беличья клетка». Сердечник также шихтованный, залит алюминиевым сплавом. Конструкция ротора и состав сплава оптимизированы для частых пусков, обеспечивая повышенную механическую прочность и стабильные пусковые характеристики.
• Вал: Изготовлен из углеродистой стали, имеет повышенную жесткость. На конце вала выполнена цилиндрическая или коническая (по запросу) шпоночная канавка. Выходной конец вала вращается на двух подшипниках качения (обычно шариковых, серии 6206 и 6205).
• Подшипниковые щиты и корпус: Литые, из чугуна. Конструкция обеспечивает соосность посадочных мест и надежное удержание подшипников. Ребра охлаждения на станине и щитах увеличивают площадь теплоотдачи.
• Охлаждение: Самовентилируемое (IC 0141). На валу двигателя закреплена крыльчатка, нагнетающая воздух через ребра станины. Режим S4 требует эффективного отвода тепла, генерируемого во время частых пусков.
• Клеммная коробка: Расположена в верхней части станины, может быть повернута на 90°, 180° или 270°. Ввод кабеля – через сальниковые втулки или резьбовые отверстия. Клеммник позволяет осуществлять переключение обмоток со «звезды» на «треугольник».

Режим работы S4 и его влияние на конструкцию

Режим S4 – «Периодический режим с частыми пусками» – предъявляет специфические требования к двигателю. В этом режиме нагрев агрегата происходит не только во время работы под нагрузкой, но и, в значительной степени, в период пуска, когда токи в обмотках максимальны. Ключевые параметры режима S4: количество включений в час (N_ч), относительная продолжительность включения (ПВ%), момент инерции нагрузки (J_нагр).

Для двигателей 5АИ 100 S4 конструкция усилена в следующих аспектах:

• Улучшенная система изоляции обмотки, стойкая к термоциклированию.
• Оптимизированная геометрия ротора, снижающая нагрев при пуске.
• Использование термостойкой смазки в подшипниках, рассчитанной на повышенный температурный режим.
• Расчет вентиляционной системы на эффективный теплоотвод в условиях прерывистого режима.

Области применения

Двигатели 5АИ 100 S4 применяются в качестве привода механизмов с повторно-кратковременным режимом работы и частыми пусками:

• Приводы металлорежущих станков (токарные, фрезерные).
• Подъемно-транспортное оборудование: тельферы, тали, краны-балки малой грузоподъемности.
• Приводы конвейеров с частыми остановками и реверсами.
• Насосные и вентиляторные установки с регулируемым графиком работы.
• Испытательные стенды и технологическое оборудование.

Сравнение с другими режимами и выбор защитной аппаратуры

В отличие от двигателей для режима S1 (продолжительный), двигатели S4 имеют меньшую номинальную мощность при одинаковых габаритах, так как их тепловой расчет ведется с учетом потерь при пуске. При выборе аппаратуры управления (пускателей, частотных преобразователей, устройств плавного пуска) необходимо учитывать повышенный пусковой ток и частоту коммутаций. Рекомендуется использование устройств плавного пуска (УПП) или частотных преобразователей (ЧП) для снижения тепловых и механических нагрузок при частых пусках, что продлевает ресурс двигателя и механизма.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж осуществляется на ровную, жесткую фундаментную плиту через лапы двигателя. Обязательна центровка вала двигателя с валом рабочей машины. Допустимое биение радиального усилия на валу – не более 245 Н для данного габарита. Эксплуатация должна вестись в соответствии с параметрами, указанными в паспорте (напряжение, частота, ПВ%). Техническое обслуживание включает:

• Периодический контроль вибрации и температуры подшипниковых узлов.
• Чистку наружных поверхностей от загрязнений, препятствующих охлаждению.
• Через 8-10 тыс. часов работы – проверку и замену подшипниковой смазки.
• Контроль состояния изоляции обмоток (сопротивление мегомметром).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем двигатель 5АИ 100 S4 принципиально отличается от 5АИ 100 L4?

Основное отличие – в режиме работы. Индекс «L4» (или его отсутствие, что подразумевает S1) указывает на продолжительный режим работы (S1). Двигатель S4 конструктивно рассчитан на частые пуски и термоциклирование, что при прочих равных (габарит, мощность) может выражаться в использовании более термостойких материалов и ином тепловом расчете. Номинальная мощность двигателя S4 для одного и того же габарита может быть ниже, чем у двигателя S1.

Как определить допустимое количество включений в час для данного двигателя?

Точное количество допустимых включений в час (N_ч) зависит от трех факторов: мощности двигателя, момента инерции приводимого механизма (J_нагр) и относительной продолжительности включения (ПВ%). Эти данные приводятся в каталожных таблицах завода-изготовителя для конкретной модели. Например, двигатель 5АИ 100 S4 мощностью 3.0 кВт при ПВ=40% и J_нагр/J_дв=1 может допускать 120-150 включений в час. Превышение этих значений ведет к перегреву и выходу из строя.

Можно ли использовать двигатель S4 в режиме S1 (постоянной работы)?

Да, можно. Двигатель, рассчитанный на более тяжелый тепловой режим S4, будет работать в облегченном режиме S1 с запасом по нагреву. Однако это может быть неоправданно с экономической точки зрения, так как двигатели для S1 обычно дешевле при той же выходной мощности на валу.

Как правильно подключить обмотки двигателя к сети 380В 50Гц?

При питании от трехфазной сети 380В/50Гц обмотки статора двигателя 5АИ 100 S4, как правило, должны быть соединены по схеме «звезда» (Y). Необходимо свериться с табличкой на двигателе. Стандартное обозначение: «Δ/Y 220/380V» или «380/660V Δ/Y». Для напряжения 380В используется схема «звезда». Переключение выполняется в клеммной коробке путем установки соответствующих перемычек между зажимами.

Каков класс энергоэффективности двигателей 5АИ 100 S4?

Большинство двигателей серии 5АИ 100 S4 стандартного исполнения соответствуют классу энергоэффективности IE2 (Стандартный) по ГОСТ Р 54413-2011 (МЭК 60034-30-1). По специальному заказу могут изготавливаться двигатели класса IE3 (Повышенный). Использование двигателей более высокого класса (IE3, IE4) в режиме S4 требует отдельного согласования с производителем, так как особенности их конструкции (например, использование магнитов) могут накладывать ограничения на частые пуски.

Что делать, если двигатель перегревается в штатном режиме работы S4?

Перегрев в штатном режиме указывает на одну из возможных проблем:

• Фактические параметры режима (число пусков, ПВ%, момент инерции) превышают паспортные для данного двигателя.
• Повышенное напряжение питающей сети (более +10% от номинала), ведущее к росту токов и потерь.
• Ухудшение условий охлаждения (загрязнение ребер станины, высокая ambient-температура).
• Проблемы с механической частью (перетянутые подшипники, несоосность, повышенное трение в приводном механизме).

Необходимо провести контроль режимных параметров, условий эксплуатации и состояния сопряженного оборудования.

Заключение

Электродвигатель 5АИ 100 S4 является специализированным приводным устройством, оптимизированным для работы в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками и остановками. Его конструктивные особенности, включая усиленную изоляцию и систему охлаждения, обеспечивают надежность и долговечность в условиях повышенного теплового и механического циклирования. Правильный выбор, монтаж и эксплуатация данного двигателя с учетом специфики режима S4 являются ключевыми факторами для обеспечения безотказной работы технологического оборудования в различных отраслях промышленности.