Электродвигатели АМТКФ
Электродвигатели АМТКФ: конструкция, характеристики и область применения
Электродвигатели серии АМТКФ представляют собой асинхронные машины с короткозамкнутым ротором, трехфазного тока, с повышенным пусковым моментом и комбинированным фазным ротором (короткозамкнутым с глубокими пазами или двойной беличьей клеткой). Буквенное обозначение расшифровывается следующим образом: А – асинхронный, М – модернизированный, Т – с повышенным пусковым моментом, К – с короткозамкнутым ротором, Ф – в чугунном корпусе. Данные двигатели предназначены для привода механизмов с тяжелыми условиями пуска, где требуется высокий момент в начальный период разгона.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструкция электродвигателей АМТКФ базируется на классической схеме асинхронного двигателя, но с ключевыми отличиями в исполнении ротора. Статор состоит из шихтованного магнитопровода, набранного из изолированных листов электротехнической стали, в пазы которого уложена трехфазная обмотка. Обмотка статора соединяется «звездой» или «треугольником» в зависимости от напряжения питающей сети (как правило, 220/380 В или 380/660 В). Корпус и основные крепежные элементы изготавливаются из чугуна, что обеспечивает высокую механическую прочность, виброустойчивость и улучшенный теплоотвод.
Ротор двигателей АМТКФ является комбинированным. Для достижения высокого пускового момента применяется одна из двух технологий:
- Глубокопазный ротор: Пазы ротора имеют вытянутую форму в направлении от центра к поверхности. Благодаря явлению вытеснения тока (скин-эффекту) на высокой частоте (при пуске) активное сопротивление стержней обмотки ротора увеличивается, что приводит к росту пускового момента. По мере разгона двигателя частота тока в роторе падает, сопротивление уменьшается, и двигатель выходит на рабочие характеристики с высоким КПД.
- Ротор с двойной беличьей клеткой: Ротор имеет две независимые короткозамкнутые обмотки – наружную (пусковую) и внутреннюю (рабочую). Пусковая обмотка, расположенная ближе к поверхности, имеет высокое активное сопротивление и низкое индуктивное. Рабочая обмотка, заложенная глубже, обладает низким активным и высоким индуктивным сопротивлением. При пуске большая часть тока протекает по пусковой обмотке, создавая высокий момент. В рабочем режиме ток перераспределяется в пользу внутренней обмотки.
- Поршневые компрессоры и насосы.
- Подъемно-транспортное оборудование (краны, лебедки, элеваторы).
- Дробилки, мельницы, измельчители.
- Конвейеры с прямым пуском, особенно наклонные и тяжелонагруженные.
- Вентиляторы с большим моментом инерции лопаток.
- Прессы, ножницы, прокатное оборудование.
- Определение требуемой мощности: Расчет по нагрузочной диаграмме механизма с учетом пиковых нагрузок при пуске. Мощность двигателя должна быть не менее расчетной с учетом допустимых перегрузок.
- Проверка условий пуска: Сопоставление механической характеристики механизма (момент сопротивления в функции скорости) с пусковой характеристикой двигателя. Пусковой момент двигателя (Мп) должен превышать момент сопротивления механизма на всем протяжении разгона, желательно с запасом 10-15%.
- Анализ термической нагрузки: Проверка возможности двигателя выдерживать нагрев при пусковых токах, продолжительность и частота которых регламентированы для каждого типоразмера.
- Учет климатических и эксплуатационных условий: Выбор степени защиты (IP23 для чистых, сухих помещений с хорошей вентиляцией; IP54 для запыленных, влажных, открытых площадок) и климатического исполнения (У, УХЛ, Т для умеренного, холодного или тропического климата).
- Напряжение и частота питающей сети должны соответствовать номинальным значениям на шильде двигателя. Допускаются отклонения напряжения ±5% и частоты ±2%.
- Температура окружающей среды для большинства исполнений – от -40°С до +40°С. Высота над уровнем моря – не более 1000 м.
- Запрещается частый пуск (число включений в час ограничено и зависит от мощности).
- Необходим регулярный контроль температуры подшипников, уровня вибрации и шума.
- Ежесменную проверку состояния клеммной коробки, заземления, крепежа.
- Периодическую чистку наружных поверхностей и вентиляционных каналов (особенно для IP23).
- Через 3000-5000 часов работы – проверку и замену смазки в подшипниковых узлах. Тип смазки (пластичная или жидкая) зависит от конструкции подшипниковых щитов.
- Контроль состояния изоляции обмоток мегомметром (сопротивление изоляции должно быть не менее 1 МОм при температуре 25°С).
Двигатели АМТКФ выпускаются в защищенном исполнении (IP23) или закрытом обдуваемом (IP54). Исполнение IP23 предполагает наличие отверстий для входа и выхода охлаждающего воздуха, защищенных от попадания капель и твердых тел размером более 12 мм. Исполнение IP54 имеет полностью закрытый корпус с наружным обдувом от собственного вентилятора, что защищает внутренности двигателя от пыли и брызг воды.
Основные технические характеристики и параметры
Номинальные параметры двигателей АМТКФ соответствуют ГОСТ и включают в себя: мощность (кВт), напряжение (В), частоту вращения (об/мин), КПД (%), коэффициент мощности (cos φ), кратность пускового момента, кратность пускового тока, способ охлаждения (IC 0141 для IP23, IC 0141 для IP54). Диапазон мощностей для данной серии традиционно составляет от 5 до 400 кВт при синхронных частотах вращения 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.
| Типоразмер (высота оси вращения, мм) | Мощность, кВт | КПД, % | cos φ | Кратность пускового момента, Мп/Мн | Кратность пускового тока, Iп/Iн | Масса, кг (прибл.) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 132 | 7.5 — 11 | 87.5 — 88.5 | 0.84 — 0.85 | 2.0 — 2.2 | 6.5 — 7.0 | 85 — 110 |
| 160 | 15 — 18.5 | 89.0 — 90.0 | 0.85 — 0.86 | 2.0 — 2.2 | 7.0 — 7.5 | 150 — 170 |
| 180 | 22 — 30 | 90.5 — 91.5 | 0.86 — 0.87 | 1.8 — 2.0 | 7.0 — 7.5 | 200 — 250 |
| 200 | 37 — 45 | 91.5 — 92.5 | 0.87 — 0.88 | 1.8 — 2.0 | 7.0 — 7.5 | 300 — 350 |
| 250 | 55 — 75 | 92.5 — 93.0 | 0.88 — 0.89 | 1.7 — 1.9 | 6.5 — 7.0 | 450 — 550 |
Область применения и выбор двигателя
Основная сфера применения электродвигателей АМТКФ – механизмы с высокой инерционной нагрузкой и необходимостью запуска под нагрузкой. К таким механизмам относятся:
При выборе двигателя АМТКФ для конкретного привода необходимо выполнить следующие расчеты:
Сравнение с двигателями общего назначения (серии АИР, 5АМ)
Ключевое отличие АМТКФ от двигателей общего назначения (например, АИР) заключается в форме механической характеристики. У АМТКФ она имеет выраженный «горб» в области пуска, обеспечивая высокий момент при низких скоростях. Для наглядности сравним параметры:
| Параметр | АМТКФ | АИР (общего назначения) |
|---|---|---|
| Кратность пускового момента (Мп/Мн) | 1.8 — 2.2 | 1.1 — 1.3 |
| Кратность минимального момента (Ммин/Мн) | 1.4 — 1.8 | 0.7 — 1.0 |
| Кратность пускового тока (Iп/Iн) | 6.5 — 7.5 | 7.0 — 8.0 |
| КПД | На 0.5 — 1.5% ниже | Выше |
| cos φ | На 0.02 — 0.04 ниже | Выше |
Как видно из таблицы, преимущество в пусковых моментах у АМТКФ достигается некоторым ухудшением энергетических показателей (КПД и cos φ) из-за особенностей конструкции ротора. Поэтому применение этих двигателей экономически оправдано только там, где без высокого пускового момента работа привода невозможна.
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Монтаж двигателей АМТКФ осуществляется на жесткой, выверенной по горизонтали фундаментной плите или раме. Крепление – лапами (IM1081) или комбинированное (лапами и фланцем, IM2081). Несоосность соединительных полумуфт не должна превышать значений, указанных в паспорте (обычно 0.05-0.1 мм).
Эксплуатация требует соблюдения следующих условий:
Техническое обслуживание включает в себя:
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между АМТКФ и двигателями с фазным ротором (АМТК, МТК)?
Двигатели с фазным ротором (АМТК) имеют ротор с трехфазной обмоткой, выведенной на контактные кольца. Пусковой момент и ток регулируются путем введения резисторов в цепь ротора. Это дает более гибкое и плавное управление пуском, но система сложнее, дороже и требует большего обслуживания. АМТКФ, имея комбинированный короткозамкнутый ротор, проще, надежнее и дешевле, но не позволяет плавно регулировать пусковые параметры – они заданы конструктивно.
Можно ли использовать частотный преобразователь (ЧП) для управления двигателем АМТКФ?
Да, можно. Однако необходимо учитывать, что высокий пусковой момент, заложенный в АМТКФ, при частотном управлении с плавным пуском не является критически необходимым. При этом несколько сниженные КПД и cos φ на частичных нагрузках могут быть нивелированы алгоритмами ЧП. Важно использовать ЧП с правильными настройками векторного или скалярного управления, а также установить дроссель или синус-фильтр для защиты изоляции обмотки от перенапряжений, вызванных длинными кабелями.
Как определить, что в двигателе используется глубокопазный ротор или ротор с двойной клеткой?
По внешним признакам или шильду определить тип ротора невозможно. Эта информация указывается в заводской технической документации (паспорте, каталоге). На практике оба типа обеспечивают схожие пусковые характеристики, и для большинства задач по подбору привода достаточно знать каталожные значения пускового момента и тока.
Что означает климатическое исполнение У2, У3, ХЛ2 на двигателе АМТКФ?
Это обозначения по старому ГОСТ 15150-69. У2 – для работы в умеренном климате на открытом воздухе; У3 – в умеренном климате в закрытых помещениях без регулирования температуры; ХЛ2 – для холодного климата на открытом воздухе. По современному стандарту (ГОСТ 15150) исполнения обозначаются иначе: У2 соответствует У1, У3 – У3, ХЛ2 – УХЛ1. Основное внимание следует уделять диапазону рабочих температур, указанному в паспорте.
Почему у двигателя АМТКФ при пуске может наблюдаться сильный гул, который затем пропадает?
Сильный гул и вибрация в начальный момент пуска характерны для глубокопазных роторов и связаны с действием больших пусковых токов и значительных электромагнитных сил в пазовой зоне. Это нормальное явление, если гул и вибрация затухают по мере разгона и не превышают допустимых значений, указанных в ГОСТ (например, виброскорость до 4.5 мм/с для двигателей мощностью до 100 кВт). Если вибрация не снижается или превышает нормы, необходима диагностика (центровка, проверка подшипников, балансировка).
Заключение
Электродвигатели серии АМТКФ являются специализированным решением для приводов, работающих в условиях тяжелого пуска. Их конструкция с комбинированным короткозамкнутым ротором обеспечивает высокий пусковой момент при относительно умеренном пусковом токе, что снижает нагрузку на питающую сеть по сравнению с прямым пуском двигателей общего назначения аналогичной мощности. Выбор в пользу АМТКФ должен быть технико-экономически обоснован, так как эти двигатели имеют более высокую стоимость и несколько худшие энергетические показатели в установившемся режиме. Правильный монтаж, соблюдение условий эксплуатации и регулярное техническое обслуживание являются залогом длительного и надежного срока службы данных электродвигателей в составе ответственных производственных механизмов.