Электродвигатели 5АИ 180 S4: технические характеристики, конструкция и область применения
Электродвигатель 5АИ 180 S4 представляет собой асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, соответствующий серии АИ. Индекс «5АИ» указывает на принадлежность к пятой серии двигателей единой серии АИ, «180» — высоту оси вращения в миллиметрах, «S» — установочный размер по длине станины (короткий), «4» — число полюсов, что соответствует синхронной частоте вращения 1500 об/мин. Данные двигатели спроектированы в соответствии с ГОСТ Р 51689-2000 (МЭК 60034-1) и предназначены для продолжительного режима работы S1 от сети переменного тока частотой 50 Гц.
Конструктивные особенности и исполнения
Двигатели серии 5АИ 180 изготавливаются в степени защиты IP54 или IP55, что обеспечивает защиту от попадания пыли и водяных струй. Система охлаждения — IC0141 (самовентилируемые). Конструктивно двигатель состоит из литой станины и корпусных щитов, сердечника статора из электротехнической стали, обмотки статора с изоляцией класса нагревостойкости F (до 155°C), работающей в системе изоляции класса B (до 130°C), что обеспечивает повышенный запас по термостойкости. Ротор — короткозамкнутый, типа «беличья клетка», выполненный методом литья под давлением из алюминиевого сплава. Основные исполнения по способу монтажа:
- IM 1081: на лапах с двумя цилиндрическими концами вала.
- IM 2081: на лапах с фланцем на подшипниковом щите (комбинированное крепление).
- Насосное оборудование: центробежные, поршневые и шестеренные насосы систем водоснабжения, отопления, пожаротушения.
- Вентиляционное и климатическое оборудование: приточные и вытяжные вентиляторы, дымососы, градирни.
- Компрессорная техника: поршневые и винтовые воздушные компрессоры.
- Конвейерные системы и транспортеры: ленточные, цепные, скребковые конвейеры.
- Станки и технологическое оборудование: дерево- и металлообрабатывающие станки, дробилки, смесители, мельницы.
Подшипниковые узлы, как правило, используют шарикоподшипники качения, смазываемые консистентной смазкой на весь срок службы. Вал двигателя выполнен из стали, способной выдерживать значительные радиальные и осевые нагрузки.
Детальные технические характеристики 5АИ 180 S4
Номинальные параметры двигателя определены для работы от сети 380 В, 50 Гц. Ключевые характеристики сведены в таблицу.
Таблица 1. Основные параметры электродвигателя 5АИ 180 S4
| Параметр | Значение | Единица измерения |
|---|---|---|
| Мощность, P2 | 22.0 | кВт |
| Синхронная частота вращения, n0 | 1500 | об/мин |
| Номинальная частота вращения, nн | ≈ 1470 | об/мин |
| Номинальный ток, Iн | 42.5 | А |
| КПД, η | 90.5 | % |
| Коэффициент мощности, cos φ | 0.86 | — |
| Кратность пускового тока, Iп/Iн | 7.0 | — |
| Кратность пускового момента, Mп/Mн | 2.0 | — |
| Кратность максимального момента, Mmax/Mн | 2.4 | — |
| Масса (типовая) | ≈ 180 | кг |
| Уровень звуковой мощности, Lw | 85-90 | дБ(А) |
Механические характеристики и рабочие диаграммы
Двигатель 5АИ 180 S4 имеет жесткую механическую характеристику, типичную для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Скольжение при номинальной нагрузке составляет примерно 2%. Высокие значения кратностей пускового и максимального момента (2.0 и 2.4 соответственно) позволяют уверенно запускать и работать с нагрузками, имеющими высокий момент инерции или переменный характер. Двигатель способен выдерживать кратковременные перегрузки до значения максимального момента. Зависимость момента от скольжения близка к квадратичной в рабочей зоне.
Схемы подключения и требования к питающей сети
Обмотка статора двигателя 5АИ 180 S4 рассчитана на номинальное напряжение 380 В при соединении в «треугольник» (Δ). Для подключения к сети 660 В обмотки должны быть пересоединены в «звезду» (Y). На клеммнике двигателя имеется шесть выводов (U1, V1, W1; U2, V2, W2), что позволяет гибко организовать схему подключения. Для прямого пуска от сети рекомендуется использовать автоматический выключатель или контактор с тепловым реле, номинальный ток защиты которого должен быть отрегулирован в соответствии с номинальным током двигателя (42.5 А). Сечение питающего кабеля выбирается исходя из этого тока с учетом способа прокладки и длины линии.
Области применения и рекомендуемые механизмы
Благодаря надежности, стандартизированным установочным размерам и оптимальному соотношению мощности и габаритов, двигатель 5АИ 180 S4 нашел широкое применение в различных отраслях промышленности. Основные области использования:
Выбор данного двигателя для конкретного механизма требует проверки по условиям пуска (статический момент сопротивления, момент инерции) и по тепловому режиму в продолжительном режиме работы.
Сравнение с аналогами и модернизированными сериями
Двигатель 5АИ является эволюционным развитием серий А, А2, АИ. По сравнению с устаревшими сериями, двигатели 5АИ имеют улучшенные энергетические показатели (КПД, cos φ), меньшую массу при той же мощности, повышенную надежность изоляции. В настоящее время происходит постепенное замещение серии 5АИ на более современные энергоэффективные серии, такие как 6АИ (АИР) и, в особенности, на двигатели серий АИРС (повышенного скольжения), АИУ (универсальные) и АИРЕ (с повышенным КПД, соответствующие стандартам IE2, IE3). Сравнительные данные по энергоэффективности представлены в таблице.
Таблица 2. Сравнение классов энергоэффективности для двигателей ~22 кВт, 1500 об/мин
| Серия двигателя | Класс энергоэффективности (IEC 60034-30-1) | Ориентировочный КПД, % | Примечание |
|---|---|---|---|
| А, А2 (старые серии) | ниже IE1 | 88-89 | Сняты с производства |
| 5АИ, АИР (базовые) | IE1 (Standard Efficiency) | 90.5 | Активно эксплуатируются |
| АИР (оптимизированные) | IE2 (High Efficiency) | 91.5-92.0 | Рекомендуемая замена |
| АИРЕ, АДМ | IE3 (Premium Efficiency) | 93.0-93.6 | Современное решение |
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Монтаж двигателя должен производиться на ровное, жесткое основание с точной центровкой с приводным механизмом. Несоосность валов не должна превышать 0.05 мм. При использовании клиноременной передачи необходимо исключить чрезмерное натяжение, создающее дополнительные радиальные нагрузки на подшипники. Эксплуатация допускается в условиях окружающей среды: температура от -40°C до +40°C, высота над уровнем моря до 1000 м. При более высоком расположении требуется учет коэффициента снижения мощности. Техническое обслуживание включает в себя регулярный контроль вибрации, температуры подшипниковых узлов и корпуса, очистку наружных поверхностей от загрязнений для обеспечения эффективного охлаждения. При длительной работе в режиме S1 перемотка или капитальный ремонт требуются только в случае выхода из строя обмоток или подшипников.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Чем отличается исполнение «S» от «M» и «L» в обозначении 5АИ 180 S4?
Буквы S (Short), M (Medium), L (Long) обозначают установочный размер по длине станины при одной и той же высоте оси вращения (180 мм). Разная длина соответствует разной номинальной мощности. Для серии 5АИ 180: S4 обычно соответствует 22 кВт, M4 — 30 кВт, L4 — 37 кВт. Таким образом, индекс «S» указывает на самую короткую станину и наименьшую мощность в данном габарите.
2. Можно ли использовать двигатель 5АИ 180 S4 для частотного регулирования?
Да, но с существенными оговорками. Стандартные двигатели 5АИ не оптимизированы для работы с частотными преобразователями (ЧП). При использовании с ЧП необходимо устанавливать дроссели или синус-фильтры для защиты изоляции обмотки от перенапряжений, вызванных быстрыми фронтами ШИМ-сигнала. Скорость вращения не должна снижаться ниже 20-30% от номинальной без организации независимого охлаждения, так как самовентиляция двигателя становится неэффективной.
3. Какой аналог двигателя 5АИ 180 S4 в серии АИР?
Прямым аналогом по мощности, частоте и габаритам является двигатель АИР180S4. Его основные параметры (мощность 22 кВт, частота ~1470 об/мин, установочные размеры) идентичны. Двигатели серии АИР часто имеют немного улучшенные энергетические показатели и являются логическим развитием серии 5АИ.
4. Что означает класс изоляции F при рабочем классе B?
Это означает, что изоляционные материалы, использованные в двигателе, по своей термостойкости соответствуют классу F (предельная температура 155°C). Однако двигатель спроектирован и настроен на работу в классе нагревостойкости B (предельная температура 130°C). Это создает значительный запас надежности (около 25°C), что увеличивает ожидаемый срок службы изоляции, особенно при работе в условиях повышенной температуры окружающей среды или при наличии небольших перегрузок.
5. Как правильно выбрать тепловую защиту для данного двигателя?
Номинальный ток теплового элемента реле перегрузки (или уставка теплового расцепителя автомата) должен быть равен или незначительно превышать номинальный ток двигателя (42.5 А). Для двигателя 22 кВт, 380В обычно выбирается реле перегрузки с регулируемым диапазоном, например, на 40-50 А, и выставляется на значение 43 А. Необходимо также учитывать температуру окружающей среды и время пуска.
Заключение
Электродвигатель 5АИ 180 S4 является проверенным, надежным и широко распространенным приводом для промышленных механизмов с постоянной скоростью. Его технические характеристики, стандартизированные присоединительные размеры и адаптированность к российским условиям эксплуатации обеспечили ему долгосрочное присутствие на рынке. При выборе нового оборудования следует рассматривать более современные серии с классами энергоэффективности IE2 и IE3, что обеспечит снижение эксплуатационных затрат на электроэнергию. Однако для ремонта и замены в существующих системах, двигатель 5АИ 180 S4 остается актуальным и технически обоснованным решением, требующим строгого соблюдения правил монтажа, пуска и обслуживания.