Электродвигатели 4 кВт У2: конструкция, параметры и область применения
Электродвигатели асинхронные трехфазные серии У2 мощностью 4 кВт представляют собой электрические машины общепромышленного назначения, разработанные для продолжительного режима работы S1 от сети переменного тока частотой 50 Гц. Данная серия, пришедшая на смену двигателям серии А2 и АО2, долгое время являлась базовой в советском и постсоветском электромашиностроении. Несмотря на появление более современных серий (АИР, АИРС), двигатели У2 остаются в эксплуатации на множестве объектов, а их аналоги продолжают выпускаться рядом производителей, что требует глубокого понимания их характеристик и особенностей.
Конструктивные особенности и климатическое исполнение
Индекс «У2» в обозначении расшифровывается как двигатель с установочными размерами по ГОСТ 2479 (У), в защищенном исполнении (цифра 2). Защищенное исполнение означает, что двигатель имеет конструкцию, препятствующую попаданию внутрь машины твердых тел диаметром более 12 мм, а также капель воды, падающих под углом до 45° от вертикали. Это достигается за счет применения щитов подшипниковых с лабиринтными уплотнениями и специальных конструкций щитов и корпусов.
Климатическое исполнение «У» категории размещения 2 по ГОСТ 15150 предполагает эксплуатацию в умеренном климате на высоте до 1000 м над уровнем моря при температуре окружающей среды от -40°C до +40°C. Двигатели имеют закрытое обдуваемое исполнение (IC0141 по IEC 60034-6). Охлаждение осуществляется внешним вентилятором, расположенным под защитным кожухом на валу двигателя, который создает поток воздуха, обдувающий оребренную поверхность корпуса.
Основные конструктивные узлы:
- Статор: Собирается из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга для снижения потерь на вихревые токи. В пазы уложена трехфазная обмотка, соединенная, как правило, «звездой» или «треугольником» в зависимости от напряжения сети.
- Ротор: Короткозамкнутый, типа «беличья клетка». Изготавливается методом литья под давлением из алюминиевого сплава.
- Корпус и щиты: Литые, из чугуна. Обеспечивают необходимую механическую прочность и теплоотвод.
- Подшипниковые узлы: Используются шарикоподшипники качения (чаще всего серии 180000 или 360000). Для двигателя 4 кВт типично использование подшипников №306 на приводном и №306 или №2306 на противоприводном конце вала.
- Клеммная коробка: Расположена в верхней части корпуса. Имеет уплотнения для защиты от пыли и влаги. Внутри находится клеммник для подключения питающего кабеля и переключения схемы соединения обмоток.
- Для сети 380 В, 50 Гц: При использовании обмоток на 220/380 В применяется схема «звезда» (Y). На каждую фазную обмотку при этом подается фазное напряжение 220 В. Если обмотки рассчитаны на 380/660 В, для сети 380 В используется схема «треугольник» (Δ), и на обмотку подается полное линейное напряжение 380 В.
- Для сети 220 В, 50 Гц (через трехфазный трансформатор): Для обмоток 220/380 В применяется схема «треугольник».
- Для сети 660 В, 50 Гц (в горнорудной промышленности): Для обмоток 380/660 В применяется схема «звезда».
- Центробежных насосов и вентиляторов.
- Станков (токарных, фрезерных, сверлильных).
- Компрессоров и воздуходувок.
- Конвейеров и транспортеров.
- Подъемно-транспортного оборудования малой мощности.
- Смесителей, дробилок, сельхозмашин.
- 3000 об/мин (2 полюса): Выбор для насосов, вентиляторов, где требуется высокая скорость и отсутствуют жесткие требования по пусковому моменту. Имеют меньшие габариты, но больший уровень шума.
- 1500 об/мин (4 полюса): Наиболее распространенный и сбалансированный вариант. Подходит для большинства通用промышленных механизмов.
- 1000 и 750 об/мин (6 и 8 полюсов): Выбор для механизмов с тяжелыми условиями пуска (конвейеры, мешалки вязких сред) или где требуется пониженная скорость без использования редуктора. Имеют большие габариты и массу, более высокий cos φ.
- Пуск: Прямой пуск от сети допустим при соответствии мощности двигателя и возможностей сети. При ограничениях по пусковому току применяют схемы звезда-треугольник, частотные преобразователи или устройства плавного пуска.
- Защита: Обязательна установка аппаратов защиты: автоматических выключателей с комбинированным расцепителем или предохранителей в сочетании с магнитным пускателем и тепловым реле. Уставка теплового реле должна соответствовать номинальному току двигателя.
- Техническое обслуживание (ТО): Включает регулярную очистку от пыли, проверку состояния подшипников (шум, вибрация, нагрев), контроль затяжки крепежных и токоподводящих соединений, измерение сопротивления изоляции мегаомметром (не менее 1 МОм при 500 В).
- Смазка подшипников: Требует периодической замены смазки (пластичная смазка типа Литол-24, ЦИАТИМ-201). Интервал замены — примерно 4000-5000 часов работы. Пересмазка может привести к перегреву подшипникового узла.
- Повышенные энергоэффективность и cos φ: За счет улучшенных обмоточных данных и материалов КПД двигателей АИР выше на 1-3%, что соответствует классам IE2 (реже IE1).
- Уменьшенная масса и габариты: Благодаря использованию более качественных электротехнических сталей и оптимизации конструкции.
- Унификация с международными стандартами (IEC): Установочные размеры соответствуют международным нормам, что упрощает замену импортного оборудования.
- Расширенный диапазон модификаций: Наличие версий с тормозами, датчиками, особой защитой (IP55, IP54).
- Материал корпуса: У АИР корпус часто алюминиевый (для малых мощностей) или чугунный, у У2 — исключительно чугунный.
- Перегрев: Перегруз по току (механическая перегрузка, заклинивание), нарушение охлаждения (забиты ребра корпуса, не работает вентилятор), повышенное напряжение сети, обрыв одной фазы (работа на двух фазах).
- Гул (повышенный шум): Механический — износ подшипников, ослабление креплений, касание ротором статора. Магнитный — несимметрия напряжения питания, межвитковое замыкание в обмотке, неправильная сборка после ремонта.
- У2 — серия двигателя, защищенное исполнение для умеренного климата.
- 112 — высота оси вращения вала над плоскостью установки в мм (112 мм).
- М — установочный размер по длине станины (S — короткий, M — средний, L — длинный). Влияет на массу и теплоотвод.
- 4 — число полюсов (4 полюса = синхронная частота 1500 об/мин).
Основные технические характеристики и параметры
Электродвигатель 4 кВт У2 — это не одно устройство, а группа модификаций, различающихся по частоте вращения, напряжению и скольжению. Ключевые параметры сведены в таблицы.
Таблица 1. Сводные данные по двигателям 4 кВт У2 в зависимости от синхронной частоты вращения
| Синхронная частота, об/мин | Типовое обозначение | Номинальная частота, об/мин (примерно) | Номинальный ток (380В, 50Гц), А | КПД, η, % | Коэффициент мощности, cos φ | Пусковой ток / Ном. ток (Iп/Iн) | Пусковой момент / Ном. момент (Мп/Мн) | Макс. момент / Ном. момент (Мmax/Мн) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3000 | У2-112М2 | 2850-2880 | 8.2-8.6 | 85.5 | 0.92 | 6.0-7.0 | 1.8-2.0 | 2.2-2.4 |
| 1500 | У2-112М4 | 1420-1440 | 8.6-9.0 | 86.5 | 0.86 | 6.5-7.5 | 1.8-2.0 | 2.2-2.4 |
| 1000 | У2-132S6 | 940-960 | 9.8-10.2 | 85.0 | 0.80 | 5.5-6.5 | 1.6-1.8 | 2.0-2.2 |
| 750 | У2-132М8 | 710-730 | 10.5-11.0 | 82.0 | 0.73 | 5.0-5.5 | 1.4-1.6 | 2.0-2.1 |
Таблица 2. Габаритные, установочные и присоединительные размеры (типовые)
| Типоразмер (на примере 1500 об/мин) | L1, мм | L10, мм | L31, мм | h, мм | d1, мм (вал) | b1, мм (шпонка) | h1, мм | Диаметр крепления, D, мм |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| У2-112М4 | 400 | 280 | 80 | 112 | 32 | 10 | 12 | 265 |
Примечание: Размеры L1, L10, L31, h, d1, b1, h1, D соответствуют обозначениям по ГОСТ 2479. Для разных производителей и модификаций размеры могут незначительно отличаться. Необходимо сверяться с паспортом конкретного изделия.
Схемы подключения и работа от разных напряжений
Обмотки статора двигателей У2 рассчитаны на два номинальных линейных напряжения: 220/380 В или 380/660 В. В клеммной коробке расположены 6 выводов обмоток (начала и концы трех фаз), что позволяет переключать их между схемами «звезда» (Y) и «треугольник» (Δ).
Неправильное соединение обмоток при заданном напряжении сети приводит к перегреву и выходу двигателя из строя. Мощность двигателя 4 кВт остается неизменной при корректном переключении для соответствующего напряжения.
Область применения и выбор для конкретных механизмов
Двигатели 4 кВт У2 благодаря своей универсальности и надежности применялись и применяются для привода:
Критерии выбора частоты вращения:
Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт
Правильная эксплуатация двигателей У2 включает в себя:
Типовые неисправности: износ подшипников, ослабление креплений, старение и пробой изоляции обмоток, обрыв стержней «беличьей клетки» ротора. Ремонт, особенно перемотка статора, должен выполняться в специализированных электромастерских с соблюдением классовых требований к изоляции.
Сравнение с современными аналогами (серия АИР)
Современным преемником серии У2 является серия АИР (Асинхронные Исполнения Робуст), изготавливаемая по ГОСТ Р 51689-2000 (аналог IEC 60034). Основные отличия АИР от У2 при той же мощности 4 кВт:
Несмотря на преимущества АИР, двигатели У2 сохраняют актуальность из-за высокой ремонтопригодности, наличия огромного парка в эксплуатации и, зачастую, более низкой стоимости.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается двигатель У2 от У3 или АИР?
Цифра после «У» обозначает категорию размещения: У2 — для умеренного климата в закрытых помещениях, У3 — для умеренного климата в помещениях без регулирования тепла. АИР — это более современная серия, соответствующая международным стандартам, с улучшенными энергетическими показателями и установочными размерами по IEC.
Как определить схему соединения обмоток для моей сети 380В?
Необходимо найти паспортную табличку (шильдик) на двигателе. В строке «Напряжение» будет указано, например, «220/380В» или «380/660В». Для сети 380В: если указано 220/380В — соединяем обмотки в «звезду» (Y); если указано 380/660В — соединяем в «треугольник» (Δ). Визуально в клеммной коробке схема «звезда» — это когда три перемычки соединяют три зажима в один узел, а питание подается на оставшиеся три. «Треугольник» — когда перемычки расположены вертикально, соединяя пары зажимов последовательно.
Какой пускатель и тепловое реле нужны для двигателя 4 кВт У2 на 380В?
Номинальный ток двигателя ~8.6А (для 1500 об/мин). Магнитный пускатель следует выбирать категории AC-3 с номинальным током не менее 16А (например, ПМЛ-2100). Тепловое реле (например, РТЛ-2055D) настраивается на ток срабатывания, равный номинальному току двигателя (8.6А). Автоматический выключатель выбирается с характеристикой «D» (для двигателей) и номинальным током 16А.
Можно ли использовать двигатель У2 с частотным преобразователем (ЧП)?
Да, но с оговорками. Старые двигатели У2 имеют изоляцию класса B или F, которая может не выдерживать высокочастотных перенапряжений от выходных ШИМ-сигналов дешевых ЧП. Рекомендуется: использовать ЧП с выходным дросселем или синус-фильтром; снижать несущую частоту ШИМ; ограничивать диапазон регулирования скорости (на низких оборотах ухудшается охлаждение). Для длительной работы на регулируемой скорости предпочтительнее специализированные двигатели (например, АИРС).
Как часто нужно менять смазку в подшипниках и какую именно?
Интервал замены — 4000-5000 часов работы в нормальных условиях. В запыленных или влажных условиях интервал сокращается. Используется пластичная смазка: Литол-24, ЦИАТИМ-201, Shell Alvania Grease EP2 или аналог. Заполнять объем подшипниковой полости следует не более чем на 2/3. Пересмазка так же вредна, как и отсутствие смазки.
Двигатель гудит и сильно нагревается. В чем причина?
Причин может быть несколько, необходима последовательная диагностика:
Необходимо измерить ток по фазам, напряжение, сопротивление изоляции и механически проверить вращение ротора.