Электродвигатели 5АИ 112 M2: полный технический анализ и эксплуатационные характеристики
Электродвигатель 5АИ 112 M2 представляет собой асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, являющийся типичным и широко распространенным представителем серии 5АИ (АИР) с высотой оси вращения 112 мм и установочными размерами по ГОСТ 2479 (IEC 60072-1). Данная модель относится к 2-й длине сердечника статора (M2), что определяет ее мощность в рамках данного габарита. Двигатели этой серии предназначены для продолжительного режима работы S1 от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 380/660 В. Они находят применение в качестве привода различных промышленных механизмов: насосов, вентиляторов, компрессоров, станков, конвейеров и другого оборудования общего назначения.
Конструктивные особенности и стандартизация
Конструкция двигателя 5АИ 112 M2 является классической для двигателей данного типа. Статор собран из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга для снижения потерь на вихревые токи. Обмотка статора выполнена из медного провода с теплостойкой изоляцией класса F, что обеспечивает номинальный температурный предел 155°C. Ротор — короткозамкнутый, типа «беличья клетка», литой из алюминиевого сплава. Корпус двигателя — чугунный (для габаритов 112 и выше), обеспечивающий высокую механическую прочность, виброустойчивость и эффективный отвод тепла. Двигатель имеет лапы для монтажа (IM 1081 по ГОСТ 2479) и фланец (IM 2081) в исполнении 5АИ 112 M2 У2 или У3. Степень защиты стандартно соответствует IP54 (защита от попадания пыли и брызг воды со всех направлений), возможно исполнение IP55. Система охлаждения — самовентилируемая (IC 0141).
Основные технические параметры и характеристики
Ключевые параметры двигателя 5АИ 112 M2 определены его габаритом и длиной сердечника. Ниже приведены основные данные для номинального режима работы S1 при напряжении 380 В, частоте 50 Гц.
Таблица 1. Основные технические характеристики
| Параметр | Значение | Единица измерения | Примечание |
|---|---|---|---|
| Мощность на валу (P2) | 5.5 | кВт | Номинальная выходная мощность |
| Синхронная частота вращения | 3000 | об/мин | Для 2-полюсного исполнения |
| Номинальная частота вращения (при полной нагрузке) | ≈ 2900 | об/мин | Зависит от скольжения (2-4%) |
| Номинальный ток (Iн) при 380В | 11.2 | А | Для схемы «треугольник» (Δ) |
| КПД (η) | 87.5 | % | Среднее значение по ГОСТ, фактический может быть выше |
| Коэффициент мощности (cos φ) | 0.88 | — | |
| Кратность пускового тока (Iп/Iн) | 7.0 | — | |
| Кратность пускового момента (Мп/Мн) | 2.2 | — | |
| Кратность максимального момента (Мmax/Мн) | 2.4 | — | |
| Масса (лапы/фланец) | ≈ 50 / 55 | кг | Приблизительное значение, зависит от производителя |
| Уровень звуковой мощности | ≤ 78 | дБ(А) |
Механические характеристики и установочные размеры
Габаритные и установочные размеры двигателя 5АИ 112 M2 строго стандартизированы, что обеспечивает взаимозаменяемость с двигателями других производителей, выпускаемых по тем же нормам. Основные размеры для исполнения на лапах IM 1081.
Таблица 2. Основные установочные и присоединительные размеры (IM 1081)
| Обозначение размера | Значение | Единица измерения |
|---|---|---|
| Высота оси вращения (h) | 112 | мм |
| Габарит по длине (L) | 400 | мм |
| Габарит по высоте (H) | 190 | мм |
| Расстояние между отверстиями в лапах по длине (A) | 190 | мм |
| Расстояние между отверстиями в лапах по ширине (B) | 140 | мм |
| Диаметр отверстия в лапах (d1) | 12 | мм |
| Высота от оси до низа лап (H1) | 112 | мм |
| Диаметр выходного конца вала (D) | 32 | мм |
| Размер шпонки (ширина x высота x длина) | 10 x 8 x 60 | мм |
| Высота центра выходного конца вала (H7) | 112 | мм |
Режимы работы и условия эксплуатации
Электродвигатель 5АИ 112 M2 рассчитан на продолжительный режим работы S1, при котором двигатель работает под постоянной нагрузкой достаточно долго для достижения установившейся температуры всех его частей. Допускается работа в других режимах (S2 – кратковременный, S3 – периодически-кратковременный, S6 – непрерывный с периодической нагрузкой), но с обязательным пересчетом эквивалентной мощности и теплового состояния. Номинальные условия эксплуатации:
- Высота над уровнем моря: не более 1000 м.
- Окружающая среда: невзрывоопасная, без агрессивных паров и газов в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.
- Температура окружающей среды: от -40°C до +40°C (для климатического исполнения У2, У3).
- Относительная влажность воздуха: не более 98% при 25°C.
- Схема «Треугольник» (Δ): Применяется для номинального напряжения двигателя 220/380 В при подключении к сети 220 В (межфазное) или для двигателя 380/660 В при подключении к сети 380 В. В этом случае линейное напряжение прикладывается к каждой фазной обмотке. Номинальный ток для данной схемы выше.
- Схема «Звезда» (Y): Применяется для номинального напряжения двигателя 220/380 В при подключении к сети 380 В или для двигателя 380/660 В при подключении к сети 660 В. Напряжение на каждой фазной обмотке в √3 раз меньше линейного. Пусковой ток и момент при этом способе подключения ниже.
- Автоматический выключатель (QF): Номинальный ток расцепителя выбирается исходя из номинального тока двигателя (11.2 А) с учетом пусковых токов. Обычно применяется характеристика срабатывания «D» или «K». Пример: выключатель на номинальный ток 16-20 А.
- Контактор (KM): Выбирается по номинальному току двигателя и категории применения, например, AC-3. Номинальный ток контактора для данного двигателя — не менее 12.5 А.
- Тепловое реле (KK): Обеспечивает защиту от перегрузки. Уставка тока срабатывания регулируется в диапазоне, включающем номинальный ток двигателя (11.2 А). Необходима настройка на значение, соответствующее фактическому току.
- Пусковые устройства: Для снижения пусковых токов при тяжелых условиях пуска (слабые сети, ограничения по току) могут применяться устройства плавного пуска (УПП) или частотные преобразователи (ЧП). Последние также позволяют осуществлять регулирование скорости вращения в широком диапазоне.
- Внешний осмотр и очистку: Удаление пыли, грязи и масла с корпуса и ребер охлаждения для обеспечения нормального теплоотвода.
- Проверку креплений: Контроль затяжки болтовых соединений лап, фланца, клеммной коробки.
- Контроль вибрации: Измерение виброскорости или виброускорения на подшипниковых щитах. Для данного габарита допустимый уровень виброскорости обычно не превышает 2.8 мм/с.
- Контроль состояния подшипников: Проверка на наличие постороннего шума (гула, стуков) при работе. Периодическая замена смазки (для двигателей с обслуживаемыми подшипниками).
- Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 500 В. Сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса и между фазами в холодном состоянии должно быть не менее 1 МОм, а в горячем — не менее 0.5 МОм (по нормам ПТЭЭП).
- Контроль рабочих токов по фазам для выявления перекоса и превышения номинала.
При работе в условиях повышенной температуры или высоты требуется снижение нагрузки (де-рейтинг) из-за ухудшения условий охлаждения.
Схемы подключения обмоток статора
Обмотки статора двигателя 5АИ 112 M2 имеют шесть выводов (U1, V1, W1; U2, V2, W2), что позволяет подключать их по двум основным схемам в зависимости от напряжения питающей сети.
Для двигателя 5АИ 112 M2 с номинальным напряжением 380/660 В стандартное подключение к промышленной сети 380 В осуществляется по схеме «треугольник».
Выбор аппаратуры управления и защиты
Для надежной и безопасной работы двигателя необходима корректно подобранная пуско-защитная аппаратура.
Техническое обслуживание и диагностика
Плановое техническое обслуживание (ТО) двигателя 5АИ 112 M2 включает в себя:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Чем отличается исполнение M2 от M4 в двигателе 5АИ 112?
Буква «M» и последующая цифра обозначают длину сердечника статора (габарит по длине) в рамках одной высоты оси вращения (112 мм). M2 — вторая длина, M4 — четвертая, более длинная. У двигателя 5АИ 112 M4 при той же скорости (например, 3000 об/мин) мощность будет выше (обычно 7.5 кВт), так как увеличенный сердечник позволяет разместить больше активного материала (меди, стали). Соответственно, увеличатся масса, ток и, как правило, КПД.
2. Можно ли использовать двигатель 5АИ 112 M2 для работы от однофазной сети 220 В?
Непосредственное подключение трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети невозможно. Для этого требуется применение внешних фазосдвигающих элементов — пусковых и рабочих конденсаторов. Такой способ (конденсаторный двигатель) допустим для маломощных двигателей, но для 5.5 кВт он крайне неэффективен, приводит к значительной потере мощности (до 30-50%), перегреву и требует очень больших и дорогих конденсаторов. На практике для питания от однофазной сети рекомендуется использовать частотный преобразователь с однофазным входом 220 В и трехфазным выходом 380 В.
3. Какие подшипники установлены в двигателе 5АИ 112 M2 и когда их менять?
На стороне привода (DE) обычно устанавливается шариковый подшипник 6206 (30x62x16 мм), на противоположной стороне (NDE) — 6205 (25x52x15 мм) или аналогичные, в зависимости от производителя. Срок службы подшипников определяется условиями эксплуатации (нагрузка, вибрация, температура, запыленность). В нормальных условиях ресурс может составлять 20-30 тыс. часов. Признаки необходимости замены: повышенный шум (гул, скрежет), вибрация, нагрев подшипникового узла. Для двигателей с системой периодической смазки интервал добавления смазки указывается производителем (обычно каждые 4000-10000 часов работы).
4. Как правильно определить схему подключения (звезда/треугольник) для конкретной сети?
Решение определяется паспортными данными двигателя и напряжением сети. На шильдике указаны два значения напряжения через дробь, например, 380/660 В. Первое число — это напряжение для схемы «треугольник», второе — для схемы «звезда». Если ваша сеть 380 В, то двигатель 380/660 В подключается в «треугольник». Если бы двигатель имел маркировку 220/380 В, то для сети 380 В его следовало бы подключить в «звезду». Неправильный выбор схемы приведет к некорректной работе и выходу двигателя из строя: подключение в «треугольник» на повышенное напряжение вызовет чрезмерный ток и быстрый перегрев.
5. Что означает климатическое исполнение У2 и У3 в маркировке?
Это обозначения по старому ГОСТ 15150-69. У2 — исполнение для умеренного климата, предназначенное для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий. У3 — для умеренного климата, но в помещениях без искусственного регулирования климатических условий, где возможно значительное колебание температуры и влажности (например, неотапливаемые склады), а также в помещениях с повышенной влажностью. В современных каталогах чаще используется международная классификация по IEC, но обозначения У2/У3 остаются широко распространенными.
6. Почему номинальная скорость вращения (≈2900 об/мин) меньше синхронной (3000 об/мин)?
Это фундаментальное свойство асинхронных двигателей. Вращающееся магнитное поле статора движется с синхронной скоростью (3000 об/мин для 2 полюсов при 50 Гц). Чтобы в обмотке ротора наводилась ЭДС и протекал ток, создающий момент, ротор должен вращаться медленнее поля. Эта разница скоростей называется скольжением (s). Номинальное скольжение для двигателей данного типа составляет обычно 2-4%. Таким образом, nном = nсинх (1 — s) = 3000 (1 — 0.03) ≈ 2910 об/мин.
7. Какой класс изоляции у двигателя и что он означает?
Стандартно для серии 5АИ (АИР) применяется система изоляции обмоток класса F. Это означает, что расчетная температура перегрева обмотки (превышение над температурой окружающей среды) для данного класса составляет 105°C, а максимальная допустимая температура по термостойкости изоляционных материалов — 155°C. Однако, двигатель проектируется и испытывается для работы с температурой перегрева по классу B (95°C) или класса F с запасом, что обеспечивает повышенный ресурс изоляции. На шильдике часто указывается «Ins. class F» или просто «CLASS F».