Электродвигатели 180S4

Электродвигатели 180S4: технические характеристики, конструкция и область применения

Электродвигатель 180S4 представляет собой асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, соответствующий серии АИР (или аналогичным общепромышленным сериям по ГОСТ). Цифровое обозначение в типоразмере расшифровывается следующим образом: «180» — высота оси вращения вала от установочной поверхности в миллиметрах, «S» — установочный размер по длине станины (средняя длина), «4» — количество полюсов, что соответствует синхронной частоте вращения 1500 об/мин. Данный двигатель относится к наиболее востребованным в промышленности благодаря оптимальному сочетанию мощности, габаритов и скорости.

Конструктивные особенности и стандарты

Двигатель 180S4 выполнен в соответствии с международными стандартами IEC 60034 и ГОСТ Р 51689-2000 (стандарты на вращающиеся электрические машины). Конструкция включает в себя следующие ключевые компоненты:

Станина (корпус): Изготавливается из чугуна марки СЧ15-СЧ25, обеспечивающего высокую механическую прочность, виброустойчивость и эффективный отвод тепла. Имеет ребристую наружную поверхность для увеличения площади охлаждения.
Сердечник статора: Набран из изолированных листов электротехнической стали для снижения потерь на вихревые токи. Закреплен в станине неподвижно.
Обмотка статора: Выполнена из медного провода с теплостойкой изоляцией класса F (до 155°C), что позволяет работать с перегрузками. Пропитана лаком в вакуумной камере для обеспечения монолитности, влагостойкости и улучшения теплоотдачи.
Ротор: Короткозамкнутый, типа «беличья клетка». Сердечник ротора также шихтованный, набран на валу. «Беличья клетка» отливается под давлением из алюминиевого сплава, реже – из меди для двигателей повышенной эффективности.
Вал: Изготовлен из углеродистой стали, имеет цилиндрический конец вала. Вращается на двух подшипниках качения (обычно шариковых), которые смазываются консистентной смазкой на весь срок службы или имеют пресс-масленки для периодического обслуживания.
Система охлаждения: Двигатель закрытого обдуваемого исполнения (IP54, IP55). На валу со стороны, противоположной приводному концу, закреплен вентилятор, закрытый защитным кожухом. Поток воздуха, создаваемый вентилятором, проходит по оребренной поверхности станины.
Клеммная коробка: Расположена в верхней части корпуса. Может быть поворотной на 180° для удобства подвода кабелей. Ввод кабеля — через сальниковые втулки или кабельные муфты.

Основные технические параметры

Номинальные параметры двигателя 180S4 приведены для режима работы S1 (продолжительный режим) при питании от сети 400 В, 50 Гц.

Параметр	Значение	Единица измерения	Примечание
Мощность, P_N	22.0	кВт	Полезная мощность на валу
Синхронная частота вращения, n₀	1500	об/мин	При частоте 50 Гц
Номинальная частота вращения, n_N	≈ 1470	об/мин	Зависит от скольжения (обычно 1.5-2.5%)
Номинальный ток, I_N	42.5	А	При соединении обмоток «треугольником» (Δ) на 400 В
Коэффициент мощности, cos φ	0.86	—	При номинальной нагрузке
КПД, η	90.5	%	Согласно классу эффективности IE2 (стандартный)
Пусковой ток, I_a/I_N	7.0	Отн. ед.	Кратность пускового тока к номинальному
Пусковой момент, M_a/M_N	2.0	Отн. ед.	Кратность пускового момента
Максимальный момент, M_max/M_N	2.4	Отн. ед.	Кратность максимального (критического) момента
Масса	≈ 180	кг	Зависит от производителя и материала корпуса
Степень защиты	IP54 / IP55	—	Защита от пыли и брызг/струй воды
Класс изоляции	F	—	С системой охлаждения по классу B

Механические характеристики и установочные размеры

Двигатель 180S4 изготавливается в основном в исполнении IM 1081 (лапы на станине, фланец отсутствует) или комбинированном IM 2081 (лапы с фланцем). Габаритные, установочные и присоединительные размеры строго регламентированы стандартами, что обеспечивает взаимозаменяемость продукции разных производителей. Ключевые размеры по ГОСТ 2479 (аналогично IEC 60072-1):

Высота оси вращения (h): 180 мм.
Установочный размер по длине станины (L): «S» — 140 мм.
Длина от конца вала до первых крепежных отверстий (l): 457 мм (типовое значение).
Диаметр конца вала (d): 48 мм.
Размеры лап: Ширина поперек лап (A) — 279 мм, ширина вдоль лап (B) — 241 мм, диаметр отверстий в лапах — 15 мм.
Высота от лап до центра вала (H): 180 мм.

Классы энергоэффективности и модификации

В зависимости от уровня потерь, двигатели 180S4 могут относиться к различным классам энергоэффективности согласно IEC 60034-30-1:

IE1 (Стандартная эффективность): Устаревший класс, в настоящее время практически не производится для данной мощности.
IE2 (Повышенная эффективность): Наиболее распространенный класс для двигателей 180S4 общего назначения. КПД ≈ 90.5%.
IE3 (Высокая эффективность): Современный стандарт, обязательный во многих странах. Достигается за счет использования большего количества активных материалов (медь, сталь), оптимизации магнитной цепи и снижения потерь. КПД двигателя 180S4 класса IE3 составляет примерно 91.5-92.0%.
IE4 (Сверхвысокая эффективность): Может быть реализован в данном габарите с использованием передовых технологий (например, постоянные магниты или улучшенная асинхронная конструкция). Встречается реже и имеет значительную премию в стоимости.

Помимо классов эффективности, существуют специализированные модификации: взрывозащищенное исполнение (Ex d, Ex de), влагостойкое (IP65), с тормозом, датчиками температуры (PT100) или оборотов (тахогенератор, энкодер), для частотного регулирования (с усиленной изоляцией и подшипниками с изоляцией).

Области применения и выбор аппаратуры управления

Двигатель 180S4 находит применение во всех отраслях промышленности для привода механизмов с постоянной или редко меняющейся скоростью:

Насосы центробежные (водоснабжение, водоотведение, теплоэнергетика).
Вентиляторы и дымососы.
Компрессоры поршневые и винтовые.
Конвейеры ленточные и цепные.
Станки (дерево- и металлообрабатывающие).
Подъемно-транспортное оборудование (лебедки, краны малой грузоподъемности).
Смесители и мешалки.

Для управления и защиты двигателя 180S4 применяется следующая аппаратура:

Прямой пуск (через контактор): Наиболее простой и дешевый способ. Недостаток — высокий пусковой ток (до 300 А).
Пускатели «звезда-треугольник»: Позволяет снизить пусковой ток в 3 раза (до ~100 А). Применим только для двигателей, обмотки которых рассчитаны на работу в треугольнике при номинальном напряжении сети.
Частотный преобразователь (ЧП, ПЧ): Оптимальное решение для регулирования скорости и плавного пуска. Позволяет значительно снизить пусковые токи, экономить энергию на насосно-вентиляторной нагрузке. Для двигателя 22 кВт требуется ПЧ с номинальным током не менее 45-50 А.
Устройства плавного пуска (УПП): Обеспечивают ограничение тока и плавный разгон без регулирования скорости в установившемся режиме.

Защита осуществляется с помощью тепловых реле или современных цифровых модулей защиты, встроенных в пускатели или ПЧ, которые отслеживают ток, температуру и время разгона.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание — залог долговечности электродвигателя. Основные требования:

Установка: Двигатель должен быть установлен на ровное, жесткое, виброустойчивое основание. Обязательна центровка вала двигателя и рабочего механизма с использованием точных инструментов (индикаторная стойка, лазерный центровщик). Допустимое биение соосности — не более 0.05 мм.
Электрические подключения: Сечение питающего кабеля выбирается по номинальному току (42.5 А) с учетом условий прокладки. Для данного тока обычно требуется кабель сечением 10 мм² (медь). Необходимо обеспечить надежное соединение и правильную фазировку. Сопротивление изоляции обмоток должно быть не менее 1 МОм (мегаомметром на 1000 В).
Эксплуатация: Запрещается работа в условиях, выходящих за пределы, указанные на шильдике (напряжение, частота, температура окружающей среды, которая обычно составляет от -40°C до +40°C). Не допускаются длительные перегрузки по току.
Техническое обслуживание (ТО): Регламентное ТО включает:
- Внешний осмотр и очистку от пыли и грязи (особенно вентиляционных каналов).
- Контроль вибрации. Для данного типоразмера допустимая вибрация по скорости обычно не превышает 2.8 мм/с.
- Контроль температуры подшипников и станины (термометром или тепловизором). Нагрев не должен превышать +90°C для подшипников.
- Проверку и, при необходимости, замену смазки в подшипниках (если конструкция предусматривает пресс-масленки). Используется термостойкая консистентная смазка для электродвигателей (например, LiTIMOL 1822).
- Периодический контроль зазоров подшипников качения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель 180S4 от 180M4?

Буква «S» и «M» в обозначении указывает на установочный размер по длине станины. «S» (Short) — короткая станина, «M» (Medium) — средняя. У двигателя 180M4 при той же высоте оси вращения (180 мм) и числе полюсов (4) станина длиннее. Это позволяет разместить больше активных материалов (обмотки, стали), поэтому двигатель 180M4, как правило, имеет более высокую номинальную мощность — обычно 30 кВт, против 22 кВт у 180S4. Габаритные размеры «B» и «L» у них будут различаться.

Как правильно подключить двигатель 180S4 к сети 380/400 В?

Для работы в сети 380/400 В, 50 Гц обмотки статора двигателя должны быть соединены по схеме «треугольник» (Δ). На клеммник обычно выведены 6 выводов (U1, V1, W1; U2, V2, W2). Соединительные перемычки устанавливаются таким образом, чтобы соединить: U1 с W2, V1 с U2, W1 с V2. На образовавшиеся три узла подаются фазы L1, L2, L3 соответственно. Схема соединения всегда указана на внутренней стороне крышки клеммной коробки.

Каков расчетный ток для выбора автоматического выключателя и кабеля для данного двигателя?

Исходим из номинального тока I_N = 42.5 А. Для защиты от токов короткого замыкания номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя (или уставка тепловой защиты) выбирается с запасом на пусковые токи: I_расц ≈ 1.1

I_N = 46.75 А. Ближайший стандартный номинал — 50 А. Для защиты от перегрузки используются тепловые реле с диапазоном регулировки, который включает номинальный ток двигателя (42.5 А). Сечение медного кабеля при прокладке в воздухе (например, ВВГнг) выбирается по таблицам ПУЭ. Для тока 42.5 А подходит кабель сечением 10 мм² (длительно допустимый ток ≈ 50-55 А в зависимости от условий).

Можно ли использовать двигатель 180S4 с частотным преобразователем?

Да, большинство современных общепромышленных двигателей серии АИР совместимы с частотными преобразователями. Однако для длительной работы на низких скоростях (ниже 20-25 Гц) с полной нагрузкой может потребоваться независимое вентиляторное охлаждение (двигатель с принудительной вентиляцией, обозначение обычно «IM B5» или «IM B35»). Для работы с ПЧ также рекомендуется использовать двигатели с усиленной изоляцией обмоток (особенно для длинных кабелей) и подшипниками, защищенными от протекания токов вы bearing currents (фланцевые подшипники с изоляцией или заземляющие щетки на валу).

Что означает класс изоляции F и почему система охлаждения класса B?

Класс изоляции F определяет термостойкость изоляционных материалов обмотки. Он допускает нагрев до 155°C. Однако система охлаждения (конструкция двигателя) спроектирована таким образом, чтобы превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды не превышало 80°C (для класса B по температуре окружающей среды +40°C). Это создает значительный запас надежности и увеличивает реальный срок службы изоляции. Таким образом, двигатель с изоляцией класса F, но с системой охлаждения класса B, будет иметь более низкую рабочую температуру, чем заложено в классе F, что повышает его надежность.

Как определить состояние подшипников двигателя?

Основные признаки износа подшипников качения:

Повышенный равномерный шум или гул при работе.
Появление вибрации, особенно на частоте вращения ротора и ее гармониках.
Локальный нагрев подшипникового щита (разница температур между щитами более 10-15°C).
Осевой или радиальный люфт вала, определяемый при ручном покачивании (при отключенном питании).

Для точной диагностики используются виброметры и анализаторы спектра вибрации.