Электродвигатели IM9701

Электродвигатели IM9701: технические характеристики, конструкция и сфера применения

Электродвигатели с обозначением IM9701 относятся к категории асинхронных двигателей переменного тока с фазным ротором (двигатели с контактными кольцами). Код IM9701, согласно международному стандарту IEC 60034-7, определяет конкретное исполнение монтажного узла и способ установки. Расшифровка обозначения: IM – International Mounting (международное исполнение), цифры 9701 указывают на тип крепления. В данном случае, это обозначение обычно соответствует двигателям с двумя подшипниковыми щитами, фланцевым креплением на лапах (комбинированный способ), с одним цилиндрическим концом вала. Такие двигатели предназначены для тяжелых условий пуска и эксплуатации, где требуется высокий пусковой момент и плавное регулирование скорости в широком диапазоне.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструктивно электродвигатель IM9701 состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор представляет собой сердечник из электротехнической стали, набранный из изолированных листов, с уложенной в его пазах трехфазной обмоткой. При подключении к сети трехфазного напряжения в обмотке статора создается вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя IM9701 – фазный. Его сердечник также шихтованный, в пазах уложена трехфазная обмотка, соединенная, как правило, «звездой». Концы фаз этой обмотки выведены на три контактных кольца, расположенных на валу. Через щеточный аппарат (графитовые или медно-графитовые щетки) и кольца в цепь ротора можно вводить дополнительное сопротивление или подключить источник постоянного тока (для режима синхронного хода).

Ключевое отличие от двигателей с короткозамкнутым ротором (АИР) заключается именно в доступности роторной цепи. В момент пуска в цепь ротора вводится пусковой реостат, что позволяет значительно увеличить активное сопротивление цепи, снижая пусковые токи статора (в 1.5-2 раза по сравнению с прямым пуском АИР) и одновременно увеличивая пусковой момент. По мере разгона двигателя сопротивление поэтапно выводится, и в конце пуска обмотка ротора замыкается накоротко. Такая конструкция обеспечивает высокую надежность и управляемость, но требует более сложного и дорогостоящего обслуживания щеточного узла и контактных колец.

Основные технические параметры и характеристики

Технические характеристики двигателей IM9701 варьируются в зависимости от конкретной модели и производителя, однако можно выделить общие параметры для данного типа машин.

Сравнение с двигателями с короткозамкнутым ротором (АИР)

Выбор между асинхронным двигателем с фазным ротором (IM9701) и с короткозамкнутым ротором определяется требованиями технологического процесса.

• Пусковые характеристики: Двигатели IM9701 обеспечивают плавный пуск с высоким моментом и малыми токами. АИР при прямом пуске создает пусковые токи в 5-7 раз выше номинальных, что может быть неприемлемо для слабых сетей.
• Регулирование скорости: Для IM9701 возможно и экономически оправдано регулирование скорости в диапазоне 2:1 или 3:1 путем изменения сопротивления в цепи ротора. Для АИР такое регулирование частотным преобразователем (ЧП) сложнее и дороже, особенно на высоких мощностях.
• Надежность и обслуживание: АИР проще, дешевле и практически не требует обслуживания ротора. IM9701 имеет изнашиваемый щеточный узел, требует периодической замены щеток, зачистки колец, контроля давления щеток.
• Стоимость: Первоначальная стоимость двигателя с фазным ротором и пускорегулирующей аппаратурой (реостаты, контакторы) выше, чем у АИР с устройством плавного пуска. Однако на мощных приводах это может быть единственным технически реализуемым вариантом.

Области применения двигателей IM9701

Данные электродвигатели находят применение в отраслях, где привод работает в тяжелых пусковых условиях или требуется регулирование скорости.

• Горнодобывающая промышленность: Приводы шаровых, стержневых и галечных мельниц, конвейеров большой длины, дробилок, шахтных подъемных машин.
• Металлургия: Приводы прокатных станов, мостовых кранов, волочильных станов.
• Подъемно-транспортное оборудование: Краны большой грузоподъемности, лифты, экскаваторы.
• Цементная промышленность: Вращающиеся печи, дробилки, мельницы.
• Водное хозяйство: Крупные насосные станции с регулируемым режимом работы.

Схемы управления и пуска

Типовая схема управления двигателем IM9701 включает в себя высоковольтное или низковольтное распределительное устройство для статора и низковольтный шкаф управления роторной цепью. Пуск осуществляется через ступенчатый реостат, сопротивление которого выводится контакторами по заданной временной или токовой характеристике. Для регулирования скорости используется реостат с возможностью плавного изменения сопротивления. Современные системы заменяют резистивные реостаты на тиристорные преобразователи, вводящие в цепь ротора активное сопротивление, управляемое электроникой, что повышает точность и надежность.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж двигателей IM9701, особенно крупных, требует тщательного выравнивания по осям с рабочим механизмом. Вибрация на валу не должна превышать норм, указанных в ГОСТ или IEC 60034-14. Основные мероприятия по техническому обслуживанию сосредоточены на узле контактных колец и щеток:

• Регулярный визуальный контроль состояния щеток (равномерность износа, отсутствие подгорания).
• Контроль и регулировка давления пружин щеткодержателей.
• Очистка коллекторных колец от графитовой пыли.
• Проточка и шлифовка колец при появлении биения или глубоких рисок.
• Контроль изоляции обмоток статора и ротора (мегаомметром).
• Контроль состояния подшипников, периодическая замена смазки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем главное преимущество двигателя IM9701 перед частотным приводом?

На мощностях свыше 1-2 МВт стоимость и сложность высоковольтного частотного преобразователя (ЧП) для двигателя с короткозамкнутым ротором становятся чрезвычайно высокими. Комплект «двигатель с фазным ротором + пускорегулирующий реостат» часто оказывается значительно дешевле и надежнее в суровых промышленных условиях (запыленность, вибрация), особенно если требуется не глубокое регулирование, а лишь улучшение пусковых характеристик и ограниченное изменение скорости.

Можно ли перевести двигатель IM9701 в режим работы двигателя с короткозамкнутым ротором?

Да, это стандартная практика по окончании пуска. После вывода всего сопротивления роторной цепи контакторы замыкают обмотку ротора накоротко, а в некоторых конструкциях предусмотрен механический подъемщик щеток и короткозамыкатель, который замыкает кольца между собой. Двигатель далее работает как асинхронный с короткозамкнутым ротором, что минимизирует износ щеток.

Какие основные неисправности характерны для двигателей с контактными кольцами?

• Износ щеток и подгорание контактных колец из-за неправильного давления, вибрации или повышенной коммутационной искры.
• Загрязнение изоляции роторной цепи графитовой пылью, ведущее к пробоям.
• Неравномерный износ щеток из-за биения колец.
• Ослабление контактов в местах присоединения обмотки ротора к кольцам.
• Выход из строя ступеней пускового реостата (перегорание резисторов, залипание контакторов).

Как выбрать сопротивление пускового реостата для IM9701?

Расчет сопротивления реостата — инженерная задача, основанная на каталожных данных двигателя (номинальные ток и напряжение ротора, параметры кратности моментов). Цель — обеспечить требуемую кратность пускового момента (обычно в пределах 0.7-1.2 M_н) при минимальном пусковом токе статора. Расчет ведется по приведенным параметрам схемы замещения. На практике часто используют типовые реостаты, рекомендованные заводом-изготовителем двигателя.

Существуют ли современные аналоги классических двигателей IM9701?

Конструкция остается актуальной, но постоянно модернизируется. Современные аналоги используют вакуумную пропитку обмоток, изоляцию классов F и H, подшипники с долговременной смазкой, встроенные системы термоконтроля (PT100). Вместо металлических реостатов все чаще применяются системы жидкостного роторного стартера (LRS) или тиристорные каскады (ТКР), которые обеспечивают бесступенчатый и плавный пуск без механических коммутаторов.

Как определить номинальное напряжение на роторе двигателя с контактными кольцами?

Номинальное напряжение ротора (U_2н) указывается на заводской табличке двигателя. Это напряжение между кольцами при разомкнутой обмотке ротора (режим холостого хода) и номинальном напряжении на статоре. Оно необходимо для правильного выбора сопротивлений пускового реостата и расчета токов роторной цепи. Типичные значения для высоковольтных двигателей — от 500 В до 2000 В.