Электродвигатели DIN (CENELEC)
Электродвигатели DIN (CENELEC): стандартизация, конструктивное исполнение и технические аспекты
Электродвигатели, соответствующие стандартам DIN и гармонизированным европейским нормам CENELEC (Европейский комитет по стандартизации в электротехнике), представляют собой основу современного промышленного электропривода. Их ключевой характеристикой является строгое соответствие единому комплексу требований к габаритно-присоединительным размерам, рабочим характеристикам, методам испытаний и маркировке. Это обеспечивает полную взаимозаменяемость продукции различных производителей, что критически важно для проектирования, закупок, монтажа и обслуживания оборудования.
Историческая основа и нормативная база
Основой для современных стандартов послужили немецкие нормы DIN 42673, DIN 42677 и другие, которые в 1970-х годах были взяты за основу при разработке общеевропейских стандартов серии IEC 60034. Сегодня электродвигатели, условно называемые «DIN-двигателями», производятся в соответствии со следующими ключевыми стандартами:
- IEC 60034-1: Общие требования к характеристикам, маркировке и методам испытаний.
- IEC 60034-30-1: Классы энергоэффективности IE (International Efficiency).
- IEC 60072-1: Габаритно-присоединительные размеры и мощности в метрическом исполнении. Именно этот стандарт определяет так называемые «frame sizes» (типоразмеры станин).
- IEC 60034-5: Степени защиты оболочки (IP Code).
- IEC 60034-6: Методы охлаждения (IC Code).
- IEC 60034-8: Обозначение выводов и направление вращения.
- IE1 (Standard Efficiency): Стандартный класс, ныне практически выведен из производства в ЕС.
- IE2 (High Efficiency): Высокая эффективность. Был обязательным в ЕС до 2017 года.
- IE3 (Premium Efficiency): Премиальная эффективность. С 2017 года обязателен для двигателей мощностью 0.75 — 375 кВт в ЕС (за исключением особых случаев).
- IE4 (Super Premium Efficiency): Сверхпремиальная эффективность. Современный высший класс для массового производства.
- IE5 (Ultra Premium Efficiency): Ультрапремиальная эффективность. Перспективный класс, достигаемый, как правило, с использованием современных технологий (например, синхронного реактивного или бессенсорного векторного управления).
- IM B3: Исполнение на лапах с подшипниковым щитом, горизонтальный монтаж.
- IM B5: Фланцевое исполнение с фланцем на подшипниковом щите.
- IM V1: Вертикальный монтаж, вал направлен вниз.
- IM V3: Вертикальный монтаж, вал направлен вверх.
- IC 411: Двигатель с самовентиляцией (крыльчатка на валу). Наиболее распространенный тип.
- IC 416: Двигатель с принудительным охлаждением от независимого вентилятора с отдельным приводом.
- IC 418: Двигатель полностью закрытый без внешнего охлаждения (естественное охлаждение).
- IC 611: Двигатель с внутренним контуром охлаждения и наружным теплообменником (змеевиком).
- IC 81W: Двигатель с водяным охлаждением через кожух (водяная рубашка).
- Низкое напряжение: 230/400 В (Δ/Y) для 50 Гц и 400/690 В (Δ/Y) для 50 Гц. Исполнение на 400/690 В становится стандартом де-факто для двигателей IE3/IE4, так как позволяет использовать в схемах «звезда» для прямого пуска и «треугольник» для работы с частотными преобразователями.
- Среднее напряжение: 3 кВ, 6 кВ, 10 кВ.
- Полная взаимозаменяемость: Гарантированная совместимость по установочным и присоединительным размерам между разными производителями.
- Упрощение проектирования и логистики: Инженеры могут выбирать двигатели по каталогам, опираясь только на типоразмер и технические параметры, без привязки к конкретному бренду.
- Снижение затрат на обслуживание и сокращение времени простоев за счет быстрой замены.
- Соответствие глобальным нормам: Обеспечивает легальность использования оборудования на рынках ЕС и многих других стран.
- Прогрессивное развитие технологий: Стандарты постоянно ужесточаются в части энергоэффективности, стимулируя технический прогресс.
- IM B5: Фланцевое монтажное исполнение.
- IP55: Полная защита от пыли и защита от струй воды.
- IC411: Система охлаждения — самовентиляция (крыльчатка на валу).
- IE3: Класс энергоэффективности «Премиум».
- Снять данные с шильдика старого двигателя: тип, мощность (кВт), скорость (об/мин), напряжение (В), ток (А), cos φ, класс изоляции, IP, IM, IC.
- Зафиксировать механические параметры: типоразмер, диаметр вала, его длина, размеры лап или фланца, высота до центра вала.
- Определить необходимый класс энергоэффективности согласно действующему законодательству (обычно IE3 или выше).
- Учесть особенности применения: режим работы (S1-S10), наличие частотного преобразователя, особые условия (взрывоопасная зона, пищевое исполнение).
- На основании этих данных выбрать аналог из каталога производителя, убедившись в полном соответствии всех ключевых параметров.
Стандарты CENELEC (EN 60034 серии) являются дословным принятием стандартов IEC для Европейского союза. Таким образом, термины «двигатель DIN», «двигатель IEC» или «двигатель CENELEC» по сути описывают одну и ту же продукцию, соответствующую международным нормам.
Система типоразмеров (Frame Sizes) по IEC 60072-1
Это центральный элемент стандартизации. Типоразмер (обозначается, например, 80, 90S, 132M, 180L, 315S/M/L) однозначно определяет ключевые присоединительные и установочные размеры, при этом в рамках одного типоразмера может быть несколько вариантов длины (S – короткая, M – средняя, L – длинная) для реализации разных мощностей. Система кодирования основана на высоте оси вращения вала над опорной поверхностью.
| Типоразмер (Frame Size) | Высота оси вращения, H (мм) | Примерная мощность для 4-полюсного исполнения (1500 об/мин), кВт | Монтажные размеры по лапам (пример) |
|---|---|---|---|
| 71 | 71 | 0.18 — 0.55 | 45 x 56 |
| 80 | 80 | 0.75 — 1.1 | 50 x 63 |
| 90S | 90 | 1.5 — 2.2 | 56 x 71 |
| 100L | 100 | 3.0 — 4.0 | 63 x 80 |
| 132S | 132 | 5.5 — 7.5 | 89 x 140 |
| 160M | 160 | 11 — 18.5 | 108 x 178 |
| 200L | 200 | 30 — 37 | 133 x 254 |
| 280S | 280 | 75 — 90 | 190 x 311 |
| 355M | 355 | 200 — 250 | 241 x 457 |
Важно: Высота оси вращения (H) в миллиметрах для типоразмеров от 56 до 315 включительно равна числовому значению типоразмера. Для размеров 355 и выше это соотношение не соблюдается столь прямо, но система остается единой.
Классы энергоэффективности по IEC 60034-30-1
Стандарт определяет глобальную шкалу классов энергетической эффективности (IE) для низковольтных асинхронных электродвигателей:
| Мощность, кВт | КПД при 1500 об/мин, 4 полюса, % |
|---|---|
| 0.75 | IE2: 77.4 | IE3: 82.5 | IE4: 85.5 |
| 7.5 | IE2: 88.5 | IE3: 90.1 | IE4: 91.5 |
| 37 | IE2: 93.0 | IE3: 94.1 | IE4: 95.0 |
| 90 | IE2: 94.7 | IE3: 95.4 | IE4: 96.1 |
Конструктивные исполнения и степени защиты
Стандарты DIN/CENELEC строго регламентируют конструктивное исполнение двигателей, что отражено в кодах IM (Mounting) и IP (Ingress Protection).
Коды монтажного исполнения (IEC 60034-7)
IM B35: Комбинированное исполнение: с лапами и фланцем одновременно.
Степени защиты оболочки (IEC 60034-5)
Код IP состоит из двух цифр: первая — защита от проникновения твердых тел, вторая — от проникновения воды.
| Код IP | Защита от твердых тел | Защита от жидкости | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| IP23 | Защита от пальцев и предметов >12.5 мм | Защита от капель воды до 15° от вертикали | Закрытые двигатели для чистых помещений |
| IP54 | Защита от пыли (частичная) | Защита от брызг воды со всех сторон | Промышленные двигатели общего назначения |
| IP55 | Защита от пыли (частичная) | Защита от струй воды с любого направления | Применение вне помещений, в условиях мойки |
| IP65 | Полная защита от пыли | Защита от струй воды | Агрессивные пыльные и влажные среды |
Системы охлаждения (IEC 60034-6)
Обозначаются кодом IC (Internal Cooling). Наиболее распространенные системы для двигателей стандарта DIN:
Напряжения и рабочие характеристики
Стандартные трехфазные асинхронные двигатели DIN/CENELEC рассчитаны на стандартные европейские напряжения:
Стандартные частоты: 50 Гц и 60 Гц. Двигатели проектируются для работы в режиме S1 (продолжительный режим) при температуре окружающей среды до +40°C и на высоте установки до 1000 м над уровнем моря.
Преимущества и сфера применения
Преимущества двигателей, соответствующих стандартам DIN/CENELEC, очевидны для профессионального сообщества:
Сфера применения охватывает все отрасли промышленности: насосное и вентиляционное оборудование, компрессоры, конвейеры, станки, смесители, крановое оборудование и другие системы, требующие надежного стандартизированного привода.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем двигатель DIN отличается от двигателя NEMA?
Это две различные системы стандартизации. DIN (IEC) — метрическая система, распространенная в Европе, Азии, Африке, Океании. NEMA — дюймовая система, используемая преимущественно в Северной Америке. Ключевые отличия: система размеров (в NEMA это не высота оси, а код корпуса), допуски, методы определения мощности и перегрузочной способности. Двигатели NEMA, как правило, имеют более высокий запас по моменту и иные конструктивные особенности. Они не являются взаимозаменяемыми с двигателями DIN без использования переходных плит или адаптеров.
Всегда ли двигатели с одинаковым типоразмером имеют идентичную механическую мощность?
Нет, не всегда. В пределах одного типоразмера (например, 160M) производители могут предлагать двигатели разной длины (хотя S, M, L стандартизированы) и с разными активными материалами (сталь, медь, алюминий), что позволяет достигать разных мощностей и классов энергоэффективности. Однако диапазон мощностей для каждого типоразмера оговорен в стандартах и у разных производителей эти значения очень близки.
Можно ли заменить двигатель IE2 на двигатель IE3 того же типоразмера без изменений в установке?
В большинстве случаев — да, механическая замена возможна, так как габаритно-присоединительные размеры стандартизированы. Однако необходимо учитывать следующие нюансы: двигатель IE3 может иметь несколько больший пусковой ток (из-за более высокого сопротивления ротора для снижения потерь), несколько меньший cos φ и, возможно, большую массу. Также важно проверить, что рабочие характеристики (момент, скольжение) удовлетворяют требованиям привода. Электрическая часть (пускатели, защита) должна быть пересчитана.
Что означает маркировка «IM B5, IP55, IC411, IE3»?
Это комплексная характеристика двигателя:
Каковы основные тенденции развития двигателей стандарта DIN/CENELEC?
Основные тренды: повсеместный переход на классы IE4 и разработка двигателей IE5; рост применения синхронных реактивных двигателей (SynRM) с постоянными магнитами или без них; интеграция датчиков и элементов «Индустрии 4.0» (например, встроенные датчики температуры, вибрации, интеллектуальные подшипники); развитие компактных конструкций с высоким моментом; оптимизация для работы в составе частотно-регулируемого привода (инверторный режим).
Как правильно подобрать двигатель стандарта DIN для замены вышедшего из строя?
Алгоритм подбора: