Электродвигатели 5АНК

Электродвигатели серии 5АНК: технические характеристики, конструкция и область применения

Электродвигатели серии 5АНК представляют собой асинхронные машины с короткозамкнутым ротором, трехфазного переменного тока, общепромышленного исполнения. Данная серия является дальнейшим развитием и модернизацией широко распространенной серии АИР, соответствующей международным стандартам IEC. Основное назначение – привод механизмов, не требующих регулирования частоты вращения: насосов, вентиляторов, компрессоров, станков, конвейеров и другого промышленного оборудования. Индекс «5А» обозначает принадлежность к единой серии асинхронных двигателей, «Н» указывает на невысокую высоту оси вращения (габарит), а «К» – на наличие фазного ротора (контактные кольца). Таким образом, 5АНК – это двигатели с фазным ротором, в то время как основная масса двигателей серии 5А имеет короткозамкнутый ротор (исполнение 5АМ, 5АИ и др.).

Конструктивные особенности и устройство

Конструкция двигателей 5АНК базируется на классической схеме асинхронной машины с фазным ротором, что обеспечивает им специфические пусковые и эксплуатационные свойства.

• Статор: Состоит из корпуса (чугунного или из алюминиевого сплава), сердечника, набранного из изолированных листов электротехнической стали, и трехфазной обмотки, уложенной в пазы. Обмотка статора соединяется «звездой» или «треугольником» в зависимости от напряжения питающей сети (например, 220/380 В или 380/660 В). Выводы обмотки размещены в клеммной коробке.
• Ротор (фазный): Это ключевое отличие от двигателей с короткозамкнутым ротором. Ротор имеет сердечник с трехфазной обмоткой, аналогичной обмотке статора. Концы обмотки ротора соединены «звездой», а начала выведены на три контактных кольца, изолированных друг от друга и от вала. Кольца вращаются вместе с валом.
• Щеточный аппарат: На статоре установлена щеточная траверса с щеткодержателями, в которых размещены графитовые или медно-графитовые щетки. Щетки прижимаются к контактным кольцам, обеспечивая электрическое соединение обмотки вращающегося ротора с внешней цепью через неподвижные выводы.
• Система вентиляции: Как правило, двигатели серии 5АНК имеют самовентиляцию с наружным обдувом (исполнение IC0141). Вентилятор, расположенный на валу со стороны, противоположной выходному концу, нагнетает воздух через ребристую поверхность корпуса.
• Подшипниковые щиты и узлы: Вал вращается в подшипниках качения (шариковых или роликовых), установленных в подшипниковых щитах. Со стороны контактных колец часто устанавливается лабиринтное уплотнение для защиты от попадания проводящей пыли.

Принцип работы и преимущества фазного ротора

Принцип действия основан на создании вращающегося магнитного поля статором, которое индуцирует ЭДС в обмотке ротора. Замкнутая на внешние резисторы через щеточный аппарат, обмотка ротора создает собственное магнитное поле, взаимодействие которого с полем статора порождает вращающий момент. Главная особенность – возможность введения в цепь ротора на этапе пуска и регулирования дополнительного активного сопротивления (пускорегулирующего реостата или частотного преобразователя для ротора).

Ключевые преимущества двигателей с фазным ротором (5АНК):

• Улучшенные пусковые характеристики: Введение сопротивления в цепь ротора позволяет значительно увеличить пусковой момент (до максимального, критического значения) при одновременном снижении пускового тока в 3-5 раз по сравнению с прямым пуском двигателя с короткозамкнутым ротором. Это снижает нагрузку на сеть и позволяет применять двигатели в условиях слабых или ограниченных по мощности сетей.
• Плавный разгон: Поэтапное выведение сопротивления из цепи ротора обеспечивает плавный, с малыми бросками тока, разгон привода с большими маховыми массами.
• Ограниченные возможности регулирования скорости: Изменяя сопротивление в цепи ротора, можно в небольших пределах регулировать частоту вращения двигателя (в сторону уменьшения от синхронной). Однако этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в реостатах.
• Повышенная перегрузочная способность: Конструкция ротора часто обеспечивает лучшие условия охлаждения, что положительно сказывается на стойкости к перегрузкам.

Основные технические параметры и габаритно-присоединительные размеры

Двигатели серии 5АНК изготавливаются на стандартные мощности и синхронные частоты вращения, регламентированные ГОСТ и IEC.

Таблица 1. Основные параметры двигателей серии 5АНК (пример для отдельных габаритов)

Мощность, кВт	Синхронная частота, об/мин	КПД, %, не менее	cos φ	Пусковой момент, кратный номинальному	Максимальный момент, кратный номинальному	Ток ротора, А	Напряжение ротора, В
22	1500	90.5	0.88	1.2	2.4	75	190
45	1000	92.0	0.86	1.1	2.5	120	320
75	750	93.0	0.87	1.0	2.3	180	420
110	1500	94.0	0.89	1.2	2.6	250	340

Таблица 2. Пример габаритно-присоединительных размеров по ГОСТ 2479 (габарит 315S)

Обозначение размера	h (высота оси вращения)	l1 (длина корпуса)	l10 (установочная длина)	d1 (диаметр вала)	b1 (ширина шпонки)	h1 (высота шпонки)
Значение, мм	315	1090	890	80	22	14

Область применения и типовые схемы управления

Двигатели 5АНК применяются там, где требуется тяжелый пуск или плавный разгон механизма с высокой инерцией, а использование частотных преобразователей на стороне статора экономически или технически нецелесообразно.

• Крановые и подъемные механизмы: Мостовые, козловые, башенные краны, лебедки. Позволяют регулировать скорость подъема/перемещения и обеспечивать мягкую посадку груза.
• Приводы мельниц, дробилок, шаровых барабанов: Оборудование с высоким моментом инерции и необходимостью плавного запуска под нагрузкой.
• Насосные и вентиляторные установки большой мощности в сетях с ограниченной мощностью короткого замыкания.
• Конвейеры длинные и наклонные: Для снижения динамических нагрузок на ленту при пуске.
• Компрессоры поршневого типа.

Типовая схема управления включает в себя: линейный контактор на стороне статора, подключенный к сети; контакторы или барабанный контроллер, коммутирующие ступени пускового реостата на стороне ротора; реле защиты (максимальные, тепловые, нулевой защиты); устройства для подъема щеток и замыкания колец на случай работы в установившемся режиме (для снижения износа щеток).

Сравнение с двигателями с короткозамкнутым ротором (серии 5АМ) и современные альтернативы

Основное отличие – сложность и наличие щеточного аппарата, что требует периодического обслуживания (замена щеток, чистка контактных колец) и снижает общую надежность по сравнению с полностью закрытыми двигателями с короткозамкнутым ротором. Двигатели 5АМ проще, дешевле и практически не требуют обслуживания, но имеют высокий пусковой ток (в 5-7 раз выше номинального) и ограниченный пусковой момент.

В современных условиях классический привод с фазным ротором и реостатом часто вытесняется частотно-регулируемым приводом (ЧРП) на базе двигателей с короткозамкнутым ротором. ЧРП обеспечивает оптимальные пусковые характеристики, широкий диапазон регулирования скорости и высокий КПД. Однако, для сверхмощных приводов (свыше 1-2 МВт) или в условиях взрывоопасных сред, где применение силовой электроники затруднено, двигатели с фазным ротором типа 5АНК остаются актуальным и технически обоснованным решением.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

• Монтаж: Двигатель должен быть установлен на ровном, жестком фундаменте с точной центровкой с рабочим механизмом. Обязательна проверка воздушного зазора. Клеммная коробка и щеточный аппарат должны быть доступны для обслуживания.
• Пусконаладка: Проверяется сопротивление изоляции обмоток, правильность соединения, легкость вращения ротора. Настраивается щеточный аппарат: равномерный прижим щеток, их свободное движение в держателях.
• Техническое обслуживание (ТО): Регулярное ТО включает очистку от пыли, проверку состояния щеток (допустимая остаточная длина не менее 1/3 от новой), их замену при необходимости, чистку контактных колец стеклосеткой или мелкой наждачной бумагой, проверку подшипникового узла (шум, вибрация, замена смазки). Периодически необходимо контролировать сопротивление изоляции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем главное отличие двигателя 5АНК от 5АМ?

Главное отличие – тип ротора. 5АНК имеет фазный ротор с контактными кольцами и щеточным аппаратом для подключения внешних резисторов. 5АМ имеет простой короткозамкнутый (беличью клетку) ротор, не имеющий выводов. Это определяет разные пусковые характеристики и области применения.

Можно ли использовать двигатель 5АНК без реостата в цепи ротора?

Нет, это недопустимо. Пуск при замкнутой накоротко обмотке ротора (что эквивалентно отсутствию реостата) вызовет чрезмерно высокий пусковой ток при низком пусковом моменте, аналогичный плохому пуску двигателя с короткозамкнутым ротором, но с риском повреждения щеточного аппарата. Работа в установившемся режиме с закороченными накоротко кольцами возможна, но только после подъема щеток и механического замыкания колец специальным устройством, если оно предусмотрено конструкцией.

Как правильно подобрать пусковой реостат для двигателя 5АНК?

Подбор осуществляется на основе каталожных данных двигателя: напряжения и тока ротора. Реостат должен быть рассчитан на длительный ток, равный номинальному току ротора, и иметь соответствующее сопротивление на фазу. Сопротивление рассчитывается или выбирается по таблицам так, чтобы обеспечивать необходимый пусковой момент (обычно в пределах 0.8-1.2 от номинального). Количество ступеней реостата определяет плавность пуска.

Каковы типичные неисправности двигателей с фазным ротором и их причины?

• Искрение и подгорание контактных колец: Неправильное давление щеток, загрязнение колец, износ щеток, биение колец.
• Перегрев подшипникового узла: Износ подшипников, недостаток или загрязнение смазки, перекос при монтаже.
• Повышенная вибрация: Неуравновешенность ротора, ослабление крепления, износ подшипников, нарушение центровки.
• Снижение сопротивления изоляции: Увлажнение, загрязнение, старение изоляционных материалов.

Существуют ли энергоэффективные (IE2, IE3) исполнения двигателей серии 5АНК?

Классические двигатели с фазным ротором, как правило, не попадают под строгие нормативы по энергоэффективности (директива IE3), так как их основная ниша – специальные тяжелонагруженные пуски, а не постоянная работа в номинальном режиме. Повышение КПД в них достигается за счет использования качественных электротехнических сталей и оптимизации обмоток, но наличие щеточного контакта и дополнительных потерь в реостатах ограничивает достижение высших классов IE. При необходимости высокоэффективного регулируемого привода сегодня чаще выбирается комбинация «двигатель с короткозамкнутым ротором + частотный преобразователь».