Электродвигатели асинхронные трёхфазные ГОСТ

Электродвигатели асинхронные трёхфазные: нормативные требования, классификация и технические аспекты по ГОСТ

Асинхронные трёхфазные электродвигатели являются основным видом силового электропривода в промышленности и энергетике. Их производство, технические характеристики, методы испытаний и условия эксплуатации в Российской Федерации регламентируются комплексом государственных стандартов (ГОСТ), разработанных на основе и с учётом международных норм (МЭК). Основополагающим стандартом, определяющим общие технические условия, является ГОСТ Р МЭК 60034-1-2014 (IEC 60034-1:2010) «Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения и характеристики». Данный стандарт устанавливает классификацию, номинальные режимы работы, методы измерений, требования к характеристикам и условиям испытаний.

Классификация и типы асинхронных двигателей по ГОСТ

Классификация осуществляется по ряду ключевых конструктивных и эксплуатационных признаков.

1. По степени защиты (IP) и способу охлаждения (IC)

Степень защиты оболочки регламентируется ГОСТ 14254-2015 (IEC 60529:2013) и обозначается кодом IP (International Protection).

• IP23: Защита от проникновения твёрдых тел диаметром более 12.5 мм и от капель воды, падающих под углом до 60°. Двигатели для чистых, сухих помещений.
• IP44: Защита от твёрдых тел размером более 1 мм и от брызг воды с любого направления. Наиболее распространённый тип для общемашиностроительного применения.
• IP54: Защита от пыли (частичное проникновение) и от брызг воды.
• IP55: Пылезащищённые и защищённые от струй воды. Для работы в условиях повышенной запылённости и влажности.

IP65: Полная защита от пыли и от струй воды под давлением.

Система охлаждения регламентируется ГОСТ Р МЭК 60034-6-2013 и обозначается кодом IC. Наиболее распространены:

• IC 411: Двигатели с самовентиляцией (крыльчатка на валу) и наружным обдувом корпуса.
• IC 416: Двигатели с принудительной независимой вентиляцией (от отдельного вентилятора).
• IC 418: Двигатели полностью закрытые без наружного обдува (естественное охлаждение).

2. По способу монтажа и исполнению вала (IM)

Исполнение по способу монтажа определяется ГОСТ 2479 (ИСО 1132-1) и обозначается кодом IM (Installation Mounting).

• IM 1081: На лапах, с двумя подшипниковыми щитами, с одним цилиндрическим концом вала.
• IM 2081: На лапах, с фланцем на подшипниковом щите (со стороны привода), с одним цилиндрическим концом вала.
• IM 3081: Только с фланцем на подшипниковом щите.
• IM 1083: На лапах, с двумя подшипниковыми щитами, с двумя цилиндрическими концами вала (двигатель двустороннего исполнения).

3. По климатическому исполнению и категории размещения (ГОСТ 15150, ГОСТ 15543.1)

Обозначение состоит из буквы (климат) и цифры (место размещения).

• У, УХЛ: Для умеренного и холодного макроклиматического района.
• Т: Для тропического климата.
• Категория размещения:
  • 1: На открытом воздухе.
  • 2: Под навесом или в помещении без регулирования температуры.
  • 3: В закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственного регулирования температуры (наиболее распространено для У2, УХЛ2).
  • 4: В помещениях с искусственным регулированием температуры.

Основные технические характеристики и параметры по ГОСТ

Номинальные параметры

Согласно ГОСТ Р МЭК 60034-1, номинальные данные указываются на паспортной табличке и включают:

• Номинальная мощность (P_N), кВт: Полезная механическая мощность на валу при номинальном режиме. Ряд мощностей стандартизирован.
• Номинальное напряжение (U_N), В: Напряжение питающей сети, для которой предназначен двигатель. Стандартные ряды: 220/380, 380/660, 400/690, 3000, 6000, 10000 В.
• Номинальная частота тока (f), Гц: Как правило, 50 Гц (по ГОСТ) или 60 Гц (для экспорта).
• Номинальная частота вращения (n_N), об/мин: Зависит от числа пар полюсов (p). Стандартные синхронные скорости при 50 Гц: 3000 (p=1), 1500 (p=2), 1000 (p=3), 750 (p=4), 600 (p=5) об/мин.
• Номинальный коэффициент полезного действия (η_N), %: Определяется по ГОСТ Р МЭК 60034-2-1. Для двигателей стандартизированы классы энергоэффективности (IE).
• Номинальный коэффициент мощности (cos φ_N): Значение cos φ при номинальной нагрузке.
• Кратность пускового тока (I_п/I_N): Отношение тока при прямом пуске к номинальному току. Обычно находится в диапазоне 5-7.
• Кратность пускового момента (M_п/M_N): Обычно 1.7-2.2 для двигателей общего назначения.
• Кратность максимального момента (M_max/M_N): Показывает перегрузочную способность, обычно 2.0-3.0.

Классы энергоэффективности (IE)

Согласно ГОСТ Р МЭК 60034-30-1, установлены международные классы энергоэффективности для низковольтных двигателей:

• IE1 (Standard Efficiency): Стандартный класс. Снят с производства в ЕАЭС с 2021 года.
• IE2 (High Efficiency): Повышенный класс.
• IE3 (Premium Efficiency): Премиальный класс. Обязателен для новых двигателей мощностью от 0.75 до 375 кВт в РФ.
• IE4 (Super Premium Efficiency): Сверхпремиальный класс.

Достижение класса IE3 и выше требует использования качественной электротехнической стали, оптимизированных обмоток, уменьшенных воздушных зазоров и, зачастую, применения технологий типа «беличья клетка» с литой медью.

Конструктивные особенности и материалы

Типовой асинхронный двигатель состоит из статора, ротора, корпуса, подшипниковых щитов и системы вентиляции.

• Статор: Собирается из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга для снижения потерь на вихревые токи. В пазы укладывается трёхфазная обмотка, изоляция которой классифицируется по нагревостойкости (ГОСТ 8865). Наиболее распространён класс F (155°C) или H (180°C).
• Ротор: Выполняется короткозамкнутым (тип «беличья клетка») или фазным (с контактными кольцами). Короткозамкнутый ротор изготавливается литьём алюминиевого или медного сплава в пазы сердечника. Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, выведенную на контактные кольца для подключения пускорегулирующего реостата.
• Подшипниковые узлы: Применяются шариковые или роликовые подшипники качения, реже – подшипники скольжения. Тип и размер подшипника стандартизирован в зависимости от габарита двигателя и радиальной нагрузки.

Испытания и контроль качества по ГОСТ

Каждый двигатель проходит приёмо-сдаточные испытания, а выборочно – типовые и периодические, согласно ГОСТ Р МЭК 60034-1 и ГОСТ 7217.

• Измерение сопротивления обмоток постоянному току.
• Испытание электрической прочности изоляции: Проверка повышенным напряжением промышленной частоты между обмотками и корпусом, а также между витками.
• Испытание изоляции на сопротивление: Измерение сопротивления изоляции мегаомметром (обычно на 2500 В).
• Контроль холостого хода: Измерение тока, потребляемых потерь и скорости вращения без нагрузки.
• Контроль в режиме номинальной нагрузки (заторможенного ротора): Определение рабочих характеристик, КПД, cos φ, скольжения.
• Испытание на нагревание: Определение превышения температуры обмоток и других частей над температурой охлаждающей среды при номинальном режиме. Методы регламентированы ГОСТ Р МЭК 60034-2-1.
• Испытание на виброакустику: Измерение уровня вибрации (ГОСТ ИСО 10816) и шума (ГОСТ Р МЭК 60034-9).

Таблица: Соответствие мощностей, синхронных скоростей и типовых установочных размеров (на примере серии АИР)

Мощность, кВт (при 1500 об/мин)	Типоразмер (высота оси вращения), мм	Установочные размеры по длине (L), мм	Масса, кг (прибл.)	Степень защиты (тип.)
0.75	71	140	8	IP55
3.0	90S	170	22	IP55
7.5	132S	280	65	IP55
15.0	160S	385	115	IP55
37.0	200L	620	320	IP55
75.0	280S	930	520	IP55
160.0	355	1400	1400	IP54/IP55

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Как расшифровать обозначение двигателя, например, АИР180M4 У3?

• АИР: Серия асинхронного двигателя (Асинхронный, Единой серии, Р – поставляется по РФ и СНГ).
• 180: Высота оси вращения (габарит) в мм.
• M: Условная длина сердечника (S – короткая, M – средняя, L – длинная).
• 4: Число полюсов (4 полюса = синхронная скорость 1500 об/мин).
• У3: Климатическое исполнение (У – умеренный климат) и категория размещения (3 – в закрытых помещениях без регулирования климата).

2. Каковы допустимые отклонения напряжения и частоты сети для нормальной работы двигателя по ГОСТ?

Согласно ГОСТ Р МЭК 60034-1, двигатель должен сохранять номинальные характеристики при следующих условиях:

• Отклонение напряжения от номинального: ±5%.
• Отклонение частоты: ±2%.
• Совместное отклонение напряжения и частоты: не более ±5% (при условии, что ни одно из индивидуальных отклонений не превышает указанных выше пределов).

При этом превышение температуры обмоток может увеличиться на 10 К для двигателей классов изоляции B, F, H.

3. В чём разница между двигателями с алюминиевой и медной «беличьей клеткой» ротора?

Медная обмотка ротора имеет более высокую электропроводность по сравнению с алюминиевой. Это приводит к:

• Снижению потерь в роторе и повышению КПД (легче достичь классов IE3, IE4).
• Уменьшению скольжения (скорость под нагрузкой выше).
• Улучшению пусковых характеристик (более высокий пусковой момент при меньшем пусковом токе).
• Увеличению стоимости и сложности технологии изготовления.

4. Как правильно выбрать двигатель для работы с частотным преобразователем (ПЧ)?

Для продолжительной работы на ПЧ рекомендуется выбирать двигатели со специализированными исполнениями, которые включают:

• Изоляцию обмоток, усиленную для перенапряжений (система изоляции с повышенной стойкостью к импульсным воздействиям).
• Встроенный датчик температуры (обычно PTC или KTY) для защиты от перегрева на низких скоростях.
• Отдельный вентилятор независимого охлаждения (IC 416) для работы в широком диапазоне частот, особенно на малых скоростях.
• Смазку подшипников, устойчивую к токам подшипников (явление циркулирующих токов).

5. Что такое «скольжение» асинхронного двигателя и как его определить?

Скольжение (s) – это относительная разность между синхронной (n₁) и фактической (n) частотой вращения ротора: s = (n₁ — n) / n₁. Выражается в % или относительных единицах. Номинальное скольжение для двигателей общего назначения мощностью 1-100 кВт обычно составляет 1.5-3.5%. Определяется по паспортным данным: s_N = (n₁ — n_N) / n₁. Например, для n₁=1500 об/мин и n_N=1460 об/мин, s_N = (1500-1460)/1500 = 0.0267 или 2.67%.

6. Какие существуют схемы соединения обмоток статора и как они влияют на характеристики?

Обмотки фаз статора могут быть соединены в «звезду» (Y) или «треугольник» (Δ).

• Напряжение сети должно соответствовать номинальному напряжению фазы двигателя. Если на шильдике указано «380/660 В Δ/Y», это означает, что при линейном напряжении сети 380 В обмотки должны быть соединены в «треугольник», а при 660 В – в «звезду».
• Пуск «звезда-треугольник»: для снижения пускового тока двигатель, обмотки которого рассчитаны на работу в «треугольнике» при сетевом напряжении (например, 380В), в момент пуска соединяют в «звезду». Пусковой ток снижается в 3 раза, но и пусковой момент также падает в 3 раза, что ограничивает область применения этого метода.

Заключение

Асинхронные трёхфазные электродвигатели, производимые и применяемые в соответствии с требованиями актуальных государственных стандартов (ГОСТ), представляют собой высоконадёжное, эффективное и стандартизированное оборудование. Понимание классификации, технических параметров, методов испытаний и условий эксплуатации, закреплённых в нормативной документации, является обязательным для корректного выбора, монтажа и обслуживания электропривода. Современные тенденции, отражённые в стандартах, такие как повышение классов энергоэффективности (IE3, IE4) и адаптация к работе с полупроводниковыми преобразователями частоты, определяют дальнейшее развитие данного типа электрических машин в сторону увеличения экономичности, управляемости и интеграции в автоматизированные системы.