Электродвигатели ДСО
Электродвигатели ДСО: конструкция, принцип действия и сфера применения
Электродвигатели серии ДСО представляют собой асинхронные машины переменного тока с фазным ротором (двигатели с контактными кольцами). Аббревиатура «ДСО» расшифровывается как «Двигатель Специальный Обдуваемый». Данные электродвигатели предназначены для привода механизмов, требующих регулирования частоты вращения, плавного пуска и высокого пускового момента в тяжелых условиях эксплуатации. Их ключевая особенность – наличие выведенных через контактные кольца и щеточный аппарат обмотки ротора, что позволяет вводить в роторную цепь дополнительные сопротивления или источники питания для управления параметрами.
Конструктивные особенности электродвигателей ДСО
Конструкция двигателя ДСО базируется на классической схеме асинхронной машины, но с существенными дополнениями, обеспечивающими его специальные характеристики.
- Статор: Состоит из корпуса, шихтованного магнитопровода из электротехнической стали и трехфазной обмотки, уложенной в пазы. Обмотка статора соединяется «звездой» или «треугольником» и подключается непосредственно к сети переменного тока. Корпус имеет ребристую поверхность для улучшения теплоотдачи и исполнение, обеспечивающее наружный обдув (защита IP23, IP44 в зависимости от модификации).
- Ротор: Фазный ротор (ротор с контактными кольцами). Состоит из вала, шихтованного сердечника и трехфазной обмотки, аналогичной обмотке статора. Фазы обмотки ротора обычно соединяются «звездой», а их свободные концы выводятся на три контактных кольца, изолированных друг от друга и от вала.
- Щеточный аппарат: Узел, состоящий из щеткодержателей, графитовых или медно-графитовых щеток, прижимных пружин и изолированной траверсы. Щетки скользят по поверхности контактных колец, обеспечивая электрическое соединение между вращающейся обмоткой ротора и неподвижной внешней цепью (пуско-регулирующим реостатом или преобразователем).
- Система вентиляции: Исполнение «обдуваемый» подразумевает наличие собственного вентилятора на валу двигателя, закрытого защитным кожухом. Воздушный поток омывает ребра корпуса статора и, в некоторых исполнениях, внутренние полости, что позволяет отводить значительные тепловые потери, характерные для режимов длительного пуска и работы с повышенным скольжением.
- Подшипниковые щиты: Чугунные или стальные щиты, несущие подшипниковые узлы (обычно роликовые и шариковые подшипники качения). Имеют лабиринтные уплотнения для защиты от попадания пыли и влаги.
- Пуск с помощью реостата: В цепь ротора последовательно вводится трехфазный пусковой реостат (или ступенчатый резистор). Это увеличивает полное сопротивление роторной цепи, что приводит к снижению пускового тока и одновременному увеличению пускового момента (при правильном подборе сопротивления). По мере разгона двигателя сопротивление реостата плавно или ступенчато уменьшают, выводя его полностью в конце пуска. После завершения разгона обмотку ротора часто замыкают накоротко, а щетки поднимают, чтобы избежать их износа.
- Регулирование частоты вращения: Введение в роторную цепь дополнительного активного сопротивления увеличивает скольжение двигателя, тем самым снижая его частоту вращения. Данный метод позволяет регулировать скорость вниз от номинальной. Недостаток – низкий КПД, так как часть электрической мощности рассеивается в реостате в виде тепла.
- Каскадные схемы: ЭДС, снимаемая с контактных колец, может быть выпрямлена и возвращена в сеть через инвертор или использована для питания другого двигателя. Такие схемы (электромашинный каскад) позволяют осуществлять экономичное регулирование скорости в ограниченном диапазоне.
- Подъемно-транспортное оборудование: Мостовые, козловые, башенные краны; лифты большой грузоподъемности. Плавный пуск и регулирование скорости опускания/подъема груза.
- Горнодобывающая и цементная промышленность: Дробилки щековые и конусные, шаровые и стержневые мельницы, роторные экскаваторы. Необходимость преодоления высокого момента инерции и плавного пуска под нагрузкой.
- Металлургия: Приводы клетей прокатных станов, моталки, рольганги. Требуется широкое регулирование скорости.
- Насосные и вентиляторные установки особо большой мощности: Для ограничения пусковых токов, влияющих на сеть.
- Ежедневный осмотр: Контроль температуры подшипниковых узлов и статора на слух и ощупь, проверка отсутствия посторонних шумов и вибраций, осмотр щеточного аппарата на предмет искрения.
- Ежемесячное ТО: Очистка наружных поверхностей от пыли и грязи, препятствующих охлаждению. Проверка состояния щеток: их длина (замена при износе до ⅔ от первоначальной), свободное движение в держателе, давление пружин (регулировка по паспортным данным). Осмотр контактных колец на наличие следов подгаров, борозд, овальности. При необходимости – проточка и шлифовка колец.
- Ежегодное ТО: Полная разборка, чистка внутренних полостей, замена смазки в подшипниках, измерение сопротивления изоляции обмоток статора и ротора мегомметром (норма не менее 1 МОм на 1 кВ номинального напряжения). Проверка и протяжка электрических соединений.
- Типовые неисправности: Чрезмерный износ или заклинивание щеток; подгар и биение контактных колец; ослабление контактов в роторной цепи; нарушение изоляции обмоток; износ подшипников.
- В условиях агрессивных сред, где электроника ЧРП требует дорогостоящей защиты.
- В взрывоопасных зонах, где размещение преобразователя связано с дополнительными сложностями.
- При модернизации старых производств, где уже установлена инфраструктура для ДСО (реостаты, аппаратура управления).
- Для привода механизмов с очень тяжелыми пусковыми условиями, где перегрузочная способность и надежность электромеханической системы выше.
Принцип действия и схемы управления
При подаче трехфазного напряжения на обмотку статора создается вращающееся магнитное поле. Это поле пересекает проводники обмотки ротора, наводя в них ЭДС. Поскольку обмотка ротора замкнута через щеточный аппарат на внешнюю цепь, под действием ЭДС в ней возникает ток. Взаимодействие тока ротора с магнитным полем статора создает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Частота вращения ротора всегда меньше синхронной частоты вращения поля (скольжение s > 0).
Управление двигателем осуществляется за счет изменения параметров цепи ротора:
Основные технические характеристики и параметры
Электродвигатели ДСО характеризуются рядом ключевых параметров, которые определяют область их применения.
| Типоразмер (пример) | Мощность, кВт | Напряжение, В | Синхронная частота, об/мин | КПД, % | cos φ | Пусковой момент, % от ном. | Макс. момент, % от ном. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ДСО-52-8 | 22 | 380/660 | 750 | 88.5 | 0.78 | 150 | 220 |
| ДСО-72-10 | 55 | 380/660 | 600 | 90.5 | 0.80 | 140 | 210 |
| ДСО-83-12 | 100 | 6000 | 500 | 91.5 | 0.82 | 130 | 200 |
| ДСО-115-12 | 250 | 6000 | 500 | 93.0 | 0.84 | 125 | 200 |
| Критерий | Двигатель ДСО (фазный ротор) | Двигатель АИР (короткозамкнутый ротор) |
|---|---|---|
| Пусковой ток | Ограничен (1.5-2.5 Iн) | Высокий (5-7 Iн) |
| Пусковой момент | Высокий, регулируемый | Ограниченный (1-2 Mн) |
| Регулирование скорости | Возможно вниз от номинала (реостатом) | Практически невозможно без ЧРП |
| Надежность | Ниже из-за щеточного узла | Выше, проще конструкция |
| Стоимость и обслуживание | Выше, требует обслуживания щеток и колец | Ниже, практически не требует обслуживания |
| Типовые применения | Краны, мельницы, дробилки, экскаваторы | Насосы, вентиляторы, станки, компрессоры |
Области применения электродвигателей ДСО
Двигатели с фазным ротором применяются там, где требования к пусковым характеристикам и управлению скоростью являются критичными, а использование частотных преобразователей экономически или технически нецелесообразно.
Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт
Надежная работа двигателя ДСО напрямую зависит от качества и регулярности технического обслуживания (ТО).
Современные альтернативы и тенденции
С развитием силовой полупроводниковой техники традиционные схемы с фазным ротором вытесняются системами на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), управляемых частотными преобразователями (ЧРП). ЧРП обеспечивает плавный пуск, широкое и экономичное регулирование скорости, высокий КПД. Однако, двигатели ДСО сохраняют свою актуальность в ряде случаев:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем двигатель ДСО принципиально отличается от обычного асинхронного двигателя?
Принципиальное отличие – конструкция ротора. У двигателя ДСО ротор имеет трехфазную обмотку, концы которой выведены на контактные кольца. Это позволяет подключать к роторной цепи внешние резисторы или источники питания для управления пусковыми и рабочими характеристиками. У обычного асинхронного двигателя (АИР) ротор – короткозамкнутый («беличья клетка»), и его параметры изменить извне невозможно.
Когда целесообразно выбирать двигатель ДСО, а не частотный привод с АДКЗ?
Выбор в пользу ДСО может быть обоснован в следующих случаях: необходимость работы в условиях сильных вибраций, запыленности, высокой температуры, где надежность ЧРП снижается; требования к ремонтопригодности в полевых условиях (ремонт щеточного узла vs. ремонт сложной электроники); модернизация существующих установок с ДСО; приводы с крайне тяжелыми пусковыми режимами, где требуются очень высокие пусковые моменты при ограниченном токе; соображения стоимости для единичных приводов очень большой мощности.
Каковы главные недостатки двигателей с контактными кольцами?
Основные недостатки: наличие изнашиваемого щеточного аппарата, требующего регулярного обслуживания и замены; повышенные потери в щеточном контакте; сниженная надежность и взрывобезопасность из-за искрения щеток; большие габариты и масса по сравнению с АДКЗ аналогичной мощности; как правило, более низкий cos φ и КПД.
Как правильно подобрать пусковой реостат для двигателя ДСО?
Подбор осуществляется на основе каталожных данных двигателя: номинального тока ротора I2н и номинального напряжения ротора U2н (при неподвижном роторе и разомкнутой обмотке статора). Сопротивление одной фазы реостата Rдоб рассчитывается по формуле, исходя из требуемого пускового момента. Обычно используются таблицы или графики, предоставляемые заводом-изготовителем двигателя. Реостат должен быть рассчитан на длительный ток не менее I2н и иметь достаточную теплоемкость для рассеивания энергии при пуске.
Можно ли закоротить контактные кольца после пуска и работать как двигатель с короткозамкнутым ротором?
Да, это стандартная практика. После завершения процесса разгона и вывода всего пускового реостата, обмотка ротора замыкается накоротко специальным устройством – короткозамыкателем. Часто также предусматривается механический подъем щеток, чтобы исключить их износ во время установившейся работы. В таком режиме двигатель работает с характеристиками, близкими к характеристикам АДКЗ, но с несколько худшими показателями из-за особенностей конструкции обмотки ротора.
Какие существуют методы регулирования скорости ДСО кроме реостатного?
Помимо введения активного сопротивления в цепь ротора, существуют более экономичные, но и более сложные схемы: 1) Электромашинный каскад – выпрямление энергии скольжения и возврат ее в сеть через двигатель-генераторный агрегат или инвертор. 2) Статический каскад (тиристорный преобразователь частоты в цепи ротора) – наиболее современный метод, позволяющий возвращать энергию скольжения в сеть с высоким КПД и осуществлять регулирование в широком диапазоне. 3) Двойное питание – подвод напряжения не только на статор, но и на ротор через контактные кольца.