Электродвигатели 4МТКН

Электродвигатели серии 4МТКН: конструкция, параметры и область применения

Электродвигатели серии 4МТКН представляют собой асинхронные машины с короткозамкнутым ротором, трехфазного тока, предназначенные для продолжительного режима работы S1. Данная серия является развитием и модернизацией общепромышленных двигателей серии АИР и А4 в рамках единой системы условных обозначений (ЕСУД). Основное конструктивное отличие — наличие встроенного электромагнитного тормоза, что делает их специализированным решением для механизмов, требующих быстрой остановки и фиксации вала в заданном положении после отключения питания.

Расшифровка условного обозначения

Маркировка 4МТКН-ХХХ-Х-Х-УХЛ расшифровывается следующим образом:

• 4 — порядковый номер серии (четвертая серия).
• М — электродвигатель.
• Т — с электромагнитным тормозом.
• К — с короткозамкнутым ротором.
• Н — в нормальном исполнении (отличается от взрывозащищенного, например, ВА).
• ХХХ — габарит (высота оси вращения в мм), например, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280.
• Х — установочный размер по длине станины (S, M, L).
• Х — длина сердечника (A, B, C, D, E).
• УХЛ — климатическое исполнение (умеренный и холодный климат), категория размещения 1, 2, 3, 4.

Пример: 4МТКН-200L-6-У3 — электродвигатель 4-й серии с тормозом, короткозамкнутым ротором, нормальным исполнением, высота оси вращения 200 мм, длина станины L, 6 полюсов, для умеренного климата, категория размещения 3.

Конструктивные особенности и принцип работы тормозного узла

Электродвигатель 4МТКН состоит из двух основных узлов: собственно асинхронного двигателя и тормозного устройства, смонтированного в торцевой части на противоположной стороне от вала привода (со стороны заднего подшипникового щита). Тормозной узел представляет собой электромагнитную систему постоянного тока и механическую фрикционную систему.

Принцип действия: При подаче трехфазного напряжения на обмотку статора двигателя одновременно подается постоянное напряжение (как правило, 24 В DC, но возможны варианты на 99 В DC или 170 В DC, получаемые через встроенный или внешний выпрямитель) на катушку электромагнита тормоза. Электромагнит создает магнитный поток, который преодолевает усилие пружин и притягивает якорь. Якорь, перемещаясь, сжимает пружины и освобождает тормозной диск (фрикционные накладки), жестко связанный с валом двигателя. Вал получает возможность свободного вращения. При отключении питания и двигателя, и катушки тормоза, электромагнитная сила исчезает. Пружины, разжимаясь, прижимают якорь к тормозному диску, создавая тормозной момент и останавливая вал в течение 0.1-0.3 секунды (в зависимости от габарита).

Основные технические характеристики и параметры

Двигатели серии 4МТКН выпускаются в диапазоне мощностей от 0.12 кВт до 45 кВт и более, в зависимости от габарита. Основные параметры определяются габаритом (высотой оси вращения) и числом пар полюсов (синхронной частотой вращения).

Таблица 1. Примерный ряд мощностей и частот вращения для габаритов 80-132

Габарит (высота оси, мм)	Мощность, кВт (3000 об/мин, 2р)	Мощность, кВт (1500 об/мин, 4р)	Мощность, кВт (1000 об/мин, 6р)	Мощность, кВт (750 об/мин, 8р)
80 (4А80)	1.1	0.55	0.37	0.25
90 (4А90)	1.5 — 2.2	1.1 — 1.5	0.75 — 1.1	0.55 — 0.75
100 (4А100)	3.0 — 4.0	2.2 — 3.0	1.5 — 2.2	1.1 — 1.5
112 (4А112)	5.5	4.0 — 5.5	3.0 — 4.0	2.2 — 3.0
132 (4А132)	7.5 — 11	5.5 — 7.5	4.0 — 5.5	3.0 — 4.0

Таблица 2. Основные эксплуатационные характеристики

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение, В	220/380, 380/660, 380 (в зависимости от схемы соединения обмоток — треугольник/звезда)
Номинальная частота, Гц	50 (возможно исполнение на 60 Гц)
Степень защиты (IP)	IP54 (стандартно), IP55 (по заказу). Защита от попадания пыли и водяных брызг.
Класс изоляции	F (допустимая температура 155°C). Система изоляции рассчитана на длительную работу при классе нагревостойкости B (130°C).
Режим работы	S1 — продолжительный. Допускается работа в S3-S6 с соответствующим снижением нагрузки.
Напряжение питания тормоза (DC)	24 В (наиболее распространено), 99 В, 170 В. Требует отдельного источника постоянного тока или выпрямительного блока.
Тормозной момент	Номинальный, указанный в каталоге для каждой модели. Превышает номинальный момент двигателя на 10-30% для гарантированной остановки.
Время срабатывания тормоза	Время отпускания: 0.05-0.15 с. Время торможения: 0.1-0.3 с (зависит от маховой массы механизма).
Система охлаждения	IC0141 (самовентиляция с наружным обдувом от центробежного вентилятора, закрытый кожухом).
Климатическое исполнение	У, УХЛ, Т (для тропиков). Категория размещения: 1 (на открытом воздухе), 2 (под навесом), 3 (в закрытых помещениях без регулирования климата), 4 (в отапливаемых помещениях).

Схемы подключения и управление тормозом

Подключение двигателя 4МТКН требует двух цепей: силовой трехфазной цепи переменного тока для статора и цепи постоянного тока для катушки тормоза. Наиболее распространены две схемы управления:

• Стандартная схема с выпрямительным блоком (БВТ): В цепь управления двигателем включается блок выпрямительный тормозной (БВТ). Он содержит понижающий трансформатор и диодный мост, преобразующий переменное напряжение сети (380В) в постоянное (24В) для питания тормоза. Блок БВТ часто имеет встроенную задержку отпускания тормоза (0.3-0.6 с) за счет конденсатора, что обеспечивает предварительный разгон двигателя до момента отпускания тормоза, снижая пусковые потери.
• Схема с отдельным источником постоянного тока (ИП): Используется готовый источник питания 24 В DC достаточной мощности. Это решение более гибкое и надежное, особенно в системах с ПЛК, где управление тормозом осуществляется через дискретный выход контроллера и промежуточное реле или контактор.

Важно: Катушка тормоза — это индуктивная нагрузка. При ее отключении возникает ЭДС самоиндукции, которая может вызвать пробой изоляции и помехи. Для защиты цепи управления параллельно катушке необходимо устанавливать гасящий элемент: варистор или диод (с учетом полярности DC). В современных блоках БВТ эта защита уже предусмотрена.

Область применения и типовые приводы

Электродвигатели с тормозом находят применение в механизмах, где необходимо:

• Точная остановка в заданном положении.
• Предотвращение самопроизвольного перемещения механизма после отключения (защита от «убегания» под действием силы тяжести или инерции).
• Сокращение времени цикла «останов-пуск».

Типовые применения:

• Подъемно-транспортное оборудование: Мостовые, козловые, консольные краны; тельферы и тали; лифты малой грузоподъемности; спусковые устройства.
• Обрабатывающие станки: Приводы главного движения и подач, где требуется быстрая остановка шпинделя или суппорта.
• Пищевая и упаковочная промышленность: Приводы конвейеров с позиционированием, роторные машины, дозаторы.
• Деревообработка: Приводы пил, фрез, шлифовальных барабанов.
• Вентиляционное оборудование: Приводы шиберов и заслонок с фиксацией.
• Специальные механизмы: Поворотные столы, манипуляторы, испытательные стенды.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж двигателей 4МТКН осуществляется на жесткой, выверенной по горизонтали фундаментной плите или раме. Крепление — лапами (IM1081) или фланцем (IM2081, IM3081). Несоосность валов при соединении с редуктором или муфтой не должна превышать допустимых значений по ГОСТ.

Эксплуатационные требования:

• Обеспечить свободный доступ воздуха к вентиляционным жалюзи. Перегрев ухудшает характеристики изоляции и тормозного узла.
• Периодически (не реже 1 раза в 6 месяцев) контролировать зазор между якорем и сердечником электромагнита тормоза. Регулировка зазора осуществляется в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
• Проверять износ фрикционных накладок тормозного диска. При износе более 50% толщины накладки подлежат замене.
• Очищать наружную поверхность и внутренние полости (при остановке) от пыли и загрязнений, особенно в зоне тормозного узла. Наличие масла, эмульсии или абразивной пыли на фрикционных поверхностях резко снижает тормозной момент.
• Контролировать состояние подшипников. Плановую замену смазки проводить в сроки, указанные в паспорте (обычно каждые 10000 часов работы).

Преимущества и недостатки по сравнению с другими решениями

Преимущества:

• Компактность: Тормозной узел интегрирован в конструкцию, не требует дополнительного места для отдельного тормоза.
• Быстрота срабатывания: Малые времена отпускания и торможения.
• Надежность и автономность: Торможение происходит автоматически при пропадании питания, что является важным фактором безопасности.
• Унификация: Базируется на массовой серии общепромышленных двигателей, что облегчает ремонт и поиск запасных частей.

Недостатки и ограничения:

• Нагрев тормозного узла: При частых пусках/остановках (режимы S3-S6) тормозной диск и электромагнит могут перегреваться, что требует выбора двигателя с запасом по мощности или специального исполнения.
• Необходимость источника DC: Требуется дополнительная аппаратура для питания тормоза.
• Износ фрикционных пар: Механический износ накладок требует периодического обслуживания и замены.
• Ограниченный тормозной момент: Для механизмов с очень большими маховыми массами или высокоинерционными нагрузками может потребоваться отдельный, более мощный тормоз.
• Шум: При срабатывании возможен характерный щелчок от удара якоря.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается 4МТКН от 5МТКН?

Цифра в начале обозначает номер серии в рамках ЕСУД. Серия 5МТКН является более новой и современной модернизацией. Двигатели 5МТКН, как правило, имеют улучшенные энергетические показатели (повышенный КПД, соответствующий классам IE2, IE3), могут использовать современные изоляционные материалы и иметь конструктивные улучшения в системе охлаждения и тормозном узле. Однако, по своей сути и принципу действия они аналогичны.

Можно ли регулировать скорость двигателя 4МТКН частотным преобразователем?

Да, можно. Однако при этом необходимо учитывать несколько важных аспектов:

• Питание тормоза должно осуществляться от отдельного, независимого источника постоянного тока 24 В, управляемого через реле или непосредственно с дискретного выхода ЧП. Нельзя подключать катушку тормоза к выходу ЧП.
• Необходимо правильно настроить логику управления: тормоз должен отпускаться только после того, как двигатель получил команду на работу и на его обмотках присутствует напряжение, и затягиваться только после полной остановки вала (по истечении заданного времени торможения ЧП или по сигналу нулевой скорости).
• При длительной работе на низких скоростях (менее 10-15 Гц) может ухудшиться охлаждение двигателя из-за снижения скорости вентилятора. Может потребоваться двигатель с независимым вентилятором (IC416) или снижение нагрузки.

Что делать, если тормоз не отпускается или не затягивается?

Тормоз не отпускается (вал не вращается при включенном двигателе):

• Проверить наличие и величину постоянного напряжения на клеммах катушки тормоза.
• Проверить целостность катушки (сопротивление обмотки).
• Проверить и отрегулировать зазор между якорем и сердечником. Увеличенный зазор может препятствовать преодолению усилия пружин.
• Проверить механическую часть на предмет заклинивания якоря из-за загрязнения или коррозии.

Тормоз не затягивается (вал продолжает вращаться после отключения):

• Проверить, снимается ли напряжение с катушки тормоза. Возможно, залипание контактов в цепи управления.
• Проверить износ фрикционных накладок. При критическом износе контакт отсутствует.
• Проверить наличие загрязнений (масло, смазка) на поверхности тормозного диска и якоря.
• Проверить состояние тормозных пружин (ослабление или поломка).

Как правильно выбрать двигатель 4МТКН для механизма с частыми пусками?

Для режимов с частыми включениями (например, S3 с ПВ 40%, 60%) необходимо:

• Обратиться к каталожным данным, где указаны допустимые числа включений в час для данного габарита и мощности.
• Учесть, что нагрев тормозного узла будет значительным. Возможно, потребуется выбор двигателя на одну ступень мощности больше, чем требуется по статическому моменту.
• Рассмотреть возможность заказа двигателя с тормозом, рассчитанным на тяжелый режим работы (часто обозначается индексом «T» или «ПВ 60%»).
• Обеспечить качественное охлаждение двигателя в месте установки.

Точный расчет должен проводиться на основе полных нагрузочных диаграмм механизма.

Каков ресурс фрикционных накладок тормоза и где их заменить?

Ресурс накладок зависит от режима эксплуатации: количества срабатываний, величины тормозного момента, инерции нагрузки. В штатном режиме S1 ресурс может составлять несколько лет. При интенсивной работе в режимах S3-S6 — несколько месяцев. Замена накладок является стандартной ремонтной операцией. Комплекты фрикционных дисков (накладок) и пружин предлагаются производителями двигателей и специализированными ремонтными предприятиями. Замена требует разборки тормозного узла, очистки всех деталей и правильной регулировки зазора после установки новых накладок.

Существуют ли аналоги 4МТКН у зарубежных производителей?

Да, большинство мировых производителей электродвигателей (Siemens, ABB, WEG, Leroy-Somer и др.) выпускают аналогичные серии асинхронных двигателей со встроенным электромагнитным тормозом. Они могут маркироваться как «Motor with DC brake», «Elektromagnetische Bremse», «Frein électromagnétique». При выборе аналога необходимо строго согласовывать все параметры: установочные и присоединительные размеры (по IEC), мощность/частоту вращения, тормозной момент, напряжение катушки тормоза, степень защиты и класс изоляции.