Электродвигатели асинхронные 5АИ У2

Электродвигатели асинхронные 5АИ У2: конструкция, параметры и область применения

Электродвигатели серии 5АИ У2 представляют собой трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, предназначенные для продолжительного режима работы S1 от сети переменного тока частотой 50 Гц. Серия 5АИ является современным, энергоэффективным развитием классических двигателей серии АИ и соответствует требованиям ГОСТ Р 51689-2000 (МЭК 60034-1). Индекс У2 в обозначении указывает на климатическое исполнение (умеренный климат) и категорию размещения 2 (для эксплуатации в помещениях с естественной вентиляцией, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе).

Конструктивные особенности и устройство

Двигатели 5АИ У2 имеют закрытое обдуваемое исполнение (IP54). Конструкция включает в себя следующие ключевые компоненты:

• Статор: Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали, запрессовывается в литую чугунную станину. В пазы укладывается трехфазная обмотка из медного провода с теплостойкой изоляцией класса F, что обеспечивает запас по нагревостойкости при работе в номинальном режиме с изоляцией класса B.
• Ротор: Короткозамкнутый ротор типа «беличья клетка». Сердечник ротора также шихтованный, с алюминиевой или реже медной обмоткой, залитой в пазы. Концевые кольца и вентиляционные лопатки отлиты заодно с обмоткой.
• Корпус и охлаждение: Чугунный корпус (станина) обеспечивает высокую механическую прочность и эффективный отвод тепла. На валу со стороны, противоположной приводному концу, установлен вентилятор, закрытый защитным кожухом (колпаком). Воздушный поток создается центробежным вентилятором, обдувает оребренную внешнюю поверхность станины, что значительно улучшает теплоотдачу.
• Подшипниковые щиты и узлы: Двигатель комплектуется двумя подшипниковыми щитами (передним и задним по ГОСТ), в которые установлены шарикоподшипники качения. Типоразмер подшипников зависит от габарита двигателя. Со стороны приводного конца обычно устанавливается подшипник, фиксирующий ротор в осевом направлении, с противоположной стороны — плавающий.
• Клеммная коробка: Расположена в верхней части станины. Имеет увеличенный внутренний объем для удобства монтажа кабелей. Может быть развернута на 180° относительно первоначального положения (в большинстве исполнений), что позволяет подводить питающий кабель с любой стороны. Соединение обмоток — «звезда» или «треугольник», в зависимости от напряжения сети.

Основные технические характеристики и параметры

Серия 5АИ охватывает широкий диапазон мощностей и частот вращения. Основные параметры приведены в таблицах ниже.

Таблица 1. Диапазон мощностей и синхронных частот вращения серии 5АИ

Мощность, кВт: от 0.12 до 315 кВт (в зависимости от габарита)
Синхронная частота вращения, об/мин: 3000 (2 полюса), 1500 (4 полюса), 1000 (6 полюса), 750 (8 полюсов), 600 (10 полюсов), 500 (12 полюсов).

Таблица 2. Примеры конкретных моделей и их параметров (выдержка)

Модель: 5АИ 80 А2 У2
Мощность (P₂): 1.5 кВт
Синхронная частота: 3000 об/мин
КПД (η): 78.5%
Коэффициент мощности (cos φ): 0.85
Пусковой ток (I_п/I_н): 6.0
Пусковой момент (M_п/M_н): 2.2
Масса: 17 кг

Модель: 5АИ 160 S4 У2
Мощность (P₂): 15 кВт
Синхронная частота: 1500 об/мин
КПД (η): 90.5%
Коэффициент мощности (cos φ): 0.86
Пусковой ток (I_п/I_н): 7.0
Пусковой момент (M_п/M_н): 2.0
Масса: 150 кг

Классы энергоэффективности и КПД

Двигатели серии 5АИ в зависимости от года производства и мощности соответствуют классам энергоэффективности IE1 (стандартная) и IE2 (повышенная). В современных условиях основная масса выпускаемых двигателей данной серии соответствует классу IE2 в соответствии с требованиями международных стандартов (МЭК 60034-30-1). Повышение КПД достигается за счет использования качественных электротехнических сталей с низкими удельными потерями, оптимизации магнитной цепи и конструкции вентиляционной системы, а также точного соблюдения технологий производства обмоток.

Условия эксплуатации и монтаж

Двигатели 5АИ У2 рассчитаны на работу в следующих условиях:

• Высота над уровнем моря не более 1000 м.
• Окружающая температура от -45°C до +40°C (для У2). При температуре ниже -30°C требуется использование специальных морозостойких смазок в подшипниковых узлах.
• Относительная влажность воздуха не более 98% при 25°C.
• Режим работы S1 — продолжительный, допускается длительная работа при номинальной нагрузке.
• Монтаж — на горизонтальной плоскости, с использованием лап или фланца (в зависимости от исполнения). Обязательное выверение соосности с рабочей машиной для предотвращения вибраций и преждевременного износа подшипников.

Сравнение с другими сериями и особенности применения

По сравнению с предшественниками (серия АИ), двигатели 5АИ имеют улучшенные массогабаритные показатели и повышенный КПД. Исполнение У2 делает их универсальным решением для большинства промышленных предприятий, цехов, насосных станций, вентиляционных установок внутри помещений или под навесами. Для агрессивных сред (химическая, нефтегазовая промышленность) следует выбирать двигатели в специализированном исполнении (ХЛ1, ХЛ2, Т1, Т2 и т.д.). Для взрывоопасных зон применяются двигатели серий ВА, ВАИ или 5АИМ.

Техническое обслуживание и диагностика

Плановое техническое обслуживание включает:

• Контроль вибрации и шума.
• Мониторинг температуры подшипниковых узлов (не должна превышать +95°C).
• Периодическая замена смазки в подшипниках (тип смазки и периодичность указаны в паспорте).
• Очистка наружных поверхностей от пыли и грязи для сохранения эффективности охлаждения.
• Проверка состояния клеммных соединений и надежности заземления.
• Измерение сопротивления изоляции обмоток мегаомметром (не менее 1 МОм при 25°C).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается исполнение У2 от У3 в двигателях 5АИ?

Исполнение У2 предназначено для эксплуатации в умеренном климате на открытом воздухе (категория размещения 2), а У3 — для работы в закрытых помещениях без регулирования климатических условий, где возможно значительное повышение температуры и влажности (категория размещения 3). Конструктивно двигатели У2 часто имеют более стойкие покрытия и материалы, рассчитанные на прямое воздействие атмосферных осадков (дождь, снег), хотя и не являются полностью герметичными для длительного погружения.

Как правильно выбрать схему соединения обмоток («звезда» или «треугольник») для двигателя 5АИ?

Схема соединения определяется напряжением питающей сети. На шильдике двигателя указаны два значения напряжения, например, 220/380В или 380/660В. Для сети 380В:

• Если указано 220/380В, то для работы от 380В обмотки должны быть соединены «звездой». Соединение «треугольником» на 380В приведет к выходу двигателя из строя.
• Если указано 380/660В, то для сети 380В обмотки соединяются «треугольником». Соединение «звездой» допустимо для сети 660В.

Пуск «звезда-треугольник» применяется для снижения пусковых токов и возможен только для двигателей, у которых на шильдике указано напряжение 380/660В и которые в нормальном режиме при 380В работают по схеме «треугольник».

Каковы основные причины выхода из строя двигателей 5АИ У2?

Наиболее распространенные причины:

• Перегрев: Вызван перегрузкой, частыми пусками, нарушением охлаждения (загрязнение ребер станины), повышенной температурой окружающей среды или несимметрией напряжений питающей сети.
• Износ подшипников: Происходит из-за неправильного монтажа (несоосность), вибраций, попадания влаги или абразивных частиц, отсутствия или старения смазки.
• Повреждение изоляции обмоток: Может быть вызвано длительной работой в условиях повышенной влажности, термическим старением из-за перегрева, воздействием агрессивных сред или перенапряжениями в сети.
• Механические повреждения: Деформации вала, лап или фланца из-за нештатных нагрузок или ударов.

Можно ли использовать двигатель 5АИ У2 с частотным преобразователем (ЧП)?

Да, стандартные двигатели 5АИ У2 пригодны для работы от частотного преобразователя. Однако для обеспечения долговечности необходимо учитывать следующие моменты:

• При работе на низких частотах (менее 20-25 Гц) ухудшается собственное охлаждение двигателя (снижается скорость вентилятора). При длительной работе на низких оборотах может потребоваться независимое охлаждение.
• Выходное напряжение ЧП имеет несинусоидальную форму (ШИМ), что создает дополнительные электрические и тепловые нагрузки на изоляцию обмоток. Рекомендуется использовать двигатели с изоляцией класса F или выше.
• Для длинных кабелей между ЧП и двигателем (более 50 м) возможно возникновение перенапряжений на выводах двигателя, что требует установки выходных фильтров (дросселей).

Для интенсивных режимов частотного регулирования предпочтительны специализированные двигатели (например, с изоляцией по схеме INDEKS или с принудительным вентилятором).

Как расшифровать обозначение модели, например, 5АИ 180 М4 У2?

5АИ — серия асинхронного двигателя.
180 — высота оси вращения вала в мм (габарит).
М — условная длина сердечника (короткая, средняя, длинная). Буквы: S (short), M (medium), L (long).
4 — количество полюсов (4 полюса = синхронная частота 1500 об/мин).
У2 — климатическое исполнение и категория размещения.

Каковы требования к защите двигателя в электрической сети?

Для безопасной эксплуатации каждый двигатель должен быть защищен аппаратами, обеспечивающими:

• Защиту от короткого замыкания: Обеспечивается автоматическими выключателями с электромагнитным расцепителем (мгновенного действия) или плавкими предохранителями с соответствующей времятоковой характеристикой.
• Защиту от перегрузки: Обеспечивается тепловыми реле (в составе магнитных пускателей) или электронными защитными устройствами (тепловыми расцепителями в автоматических выключателях, специализированными реле защиты двигателя). Уставка защиты должна быть откалибрована на номинальный ток двигателя, указанный на шильдике.
• Защиту от обрыва фазы (несимметрии): Современные электронные устройства защиты двигателя, как правило, имеют эту функцию в стандартной комплектации.

Обязательным является также наличие надежного контура защитного заземления (зануления) корпуса двигателя.