Электродвигатели с электромагнитным тормозом У2

Электродвигатели с электромагнитным тормозом У2: конструкция, принцип действия и область применения

Электродвигатели серии У2 с электромагнитным тормозом представляют собой асинхронные двигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, конструктивно объединенные с тормозным устройством электромагнитного типа. Основное назначение данного исполнения – обеспечение быстрой остановки и удержания вала двигателя в неподвижном состоянии после отключения питания, а также возможность выполнения точного позиционирования. Двигатели У2 с тормозом нашли широкое применение в механизмах, где требуется сокращение времени выбега, фиксация груза или рабочего органа в заданном положении: в грузоподъемных установках, металлообрабатывающих станках, конвейерных линиях, поворотных устройствах, вентильных заслонках и другом промышленном оборудовании.

Конструктивные особенности и маркировка

Двигатель У2 с тормозом состоит из двух основных узлов: собственно асинхронного электродвигателя и тормозной приставки (тормозного устройства), смонтированной на заднем щите двигателя со стороны противоположной выходу вала. Корпусная часть двигателя выполнена из чугуна, что обеспечивает высокую механическую прочность и улучшенное теплоотведение. Степень защиты стандартных исполнений – IP44 (защита от попадания твердых предметов размером более 1 мм и брызг воды со всех направлений), климатическое исполнение У2 или У3 для умеренного климата.

Тормозное устройство представляет собой электромагнитный колодочный или дисковый тормоз нормально-замкнутого типа. Это означает, что при отсутствии напряжения в сети тормоз находится в затянутом состоянии и удерживает вал. При подаче напряжения на двигатель одновременно подается напряжение и на катушку электромагнита тормоза. Электромагнит создает усилие, преодолевающее усилие пружин, и растормаживает двигатель, позволяя валу свободно вращаться. При отключении питания электромагнит обесточивается, пружины прижимают колодки (или дисковый пакет) к тормозному шкиву (ротору), осуществляя торможение.

Маркировка двигателей включает в себя информацию о серии, габарите, длине сердечника, числе полюсов и исполнении с тормозом. Например, обозначение ДВС У2 100L2 5.5кВт 3000об/мин ТС расшифровывается следующим образом:

• ДВС – двигатель вентиляторный специальный (часто указывается как просто «У2»).
• У2 – климатическое исполнение для умеренного климата, категория размещения 2.
• 100 – высота оси вращения вала в мм (габарит).
• L – установочный размер по длине станины (S, M, L).
• 2 – длина сердечника (2 или 4).
• 5.5кВт – номинальная мощность.
• 3000об/мин – синхронная частота вращения (2 полюса).
• ТС – исполнение с электромагнитным тормозом. Также могут встречаться обозначения «Е» или «Е2».

Принципиальная электрическая схема подключения

Подключение двигателя с тормозом требует особого внимания. Катушка тормоза рассчитана, как правило, на переменное напряжение той же величины, что и обмотка статора двигателя (220/380В, 380/660В). Существует две основные схемы подключения:

1. Схема с одновременным включением. Напряжение на катушку тормоза подается непосредственно параллельно обмоткам двигателя через силовые контакты пускателя. При включении пускателя двигатель и тормоз получают питание одновременно. Тормоз растормаживается, двигатель начинает разгон. Недостаток схемы – при прямом пуске большой пусковой ток вызывает просадку напряжения, что может привести к недостаточному усилию электромагнита и неполному растормаживанию, вызывающему повышенный износ колодок и нагрев.

2. Схема с принудительным растормаживанием (рекомендуемая). В этой схеме используется блок управления тормозом (реле задержки времени) или специализированный контактор. При подаче команды на пуск сначала подается напряжение на катушку тормоза. После небольшой задержки (0.2-0.5 сек), необходимой для полного срабатывания электромагнита и отхода колодок, подается напряжение на обмотки двигателя. При отключении питания процесс происходит в обратном порядке: сначала отключается двигатель, и только после задержки, необходимой для его остановки выбегом, отключается тормоз. Эта схема исключает работу тормоза «внатяг» и значительно увеличивает его ресурс.

Основные технические характеристики и параметры тормоза

Параметры двигателя соответствуют стандартным значениям для серии У2 по мощности, току, КПД, cos φ. Ключевые характеристики, относящиеся непосредственно к тормозному устройству:

• Номинальный тормозной момент (M_торм). Измеряется в Н·м. Должен превышать момент инерции нагрузки, приведенный к валу двигателя, с запасом не менее 1.5. Указывается в паспорте на двигатель.
• Время растормаживания (t_раст). Время от момента подачи напряжения на катушку до полного отхода колодок. Обычно составляет 0.1-0.3 с.
• Время торможения (t_торм). Время от момента обесточивания катушки до полной остановки вала. Зависит от момента инерции вращающихся масс и обычно не превышает 0.3-0.5 с для двигателей малой и средней мощности.
• Напряжение катушки тормоза. Как правило, соответствует напряжению сети двигателя (380В). Существуют исполнения на иное напряжение (24В DC, 220В AC) для систем управления.
• Мощность катушки тормоза. Потребляемая полная мощность при включении, обычно в диапазоне 30-200 В·А в зависимости от габарита двигателя.
• Регулировка зазора и износ колодок. Конструкция предусматривает возможность регулировки зазора между колодками и шкивом, а также замену фрикционных накладок по мере их износа.

Таблица примерных параметров двигателей У2 с тормозом

Типоразмер двигателя	Мощность, кВт	Частота вращения, об/мин	Номинальный тормозной момент, Н·м (не менее)	Потребляемая мощность катушки тормоза, В·А
У2 80L2 ТС	2.2	3000	15	40
У2 90L2 ТС	3.0	3000	25	50
У2 100S2 ТС	4.0	3000	40	60
У2 112M2 ТС	5.5	3000	60	80
У2 132M2 ТС	7.5	3000	80	100
У2 100L4 ТС	3.0	1500	60	60
У2 132S4 ТС	5.5	1500	120	100

Области применения и выбор двигателя

Двигатели У2 с электромагнитным тормозом применяются в следующих областях:

• Грузоподъемные механизмы: тельферы, тали, лебедки, мостовые краны – для удержания груза в подвешенном состоянии и точной остановки.
• Металло- и деревообрабатывающие станки: для быстрой остановки шпинделей, пильных дисков, подающих механизмов, что повышает безопасность и производительность.
• Конвейеры и транспортеры: для остановки ленты в заданной позиции, предотвращения обратного хода на наклонных участках.
• Вращающиеся платформы и поворотные устройства: для точного позиционирования.
• Запорная арматура с электроприводом: задвижки, шиберы, клапаны – для фиксации положения после закрытия/открытия.

При выборе двигателя необходимо учитывать:

1. Мощность и частоту вращения, требуемые для рабочего механизма.
2. Момент инерции нагрузки, приведенный к валу двигателя. Тормозной момент двигателя должен превышать динамический момент нагрузки при торможении с учетом требуемого ускорения (замедления).
3. Режим работы (продолжительный, повторно-кратковременный S3-S5). Частые пуски и остановки требуют выбора тормоза с повышенным ресурсом и, возможно, принудительным охлаждением.
4. Напряжение управления. Необходимо согласовать напряжение катушки тормоза с системой управления.
5. Класс нагревостойкости изоляции (обычно F или B) в зависимости от ambient температуры.

Эксплуатация, обслуживание и устранение неисправностей

Регламентное обслуживание двигателя с тормозом включает в себя, помимо стандартных процедур (контроль вибрации, состояния подшипников, очистка от пыли), специфические операции для тормозного узла:

• Регулярная проверка и регулировка зазора между тормозными колодками и шкивом (ротором) согласно паспортным данным (обычно 0.3-0.8 мм). Увеличенный зазор приводит к увеличению времени срабатывания и снижению тормозного момента.
• Контроль износа фрикционных накладок. Замена при износе более 50% от первоначальной толщины.
• Проверка легкости хода якоря электромагнита, отсутствия заеданий и загрязнений в направляющих.
• Контроль состояния и надежности электрических соединений катушки.
• Проверка времени срабатывания тормоза.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается нормально-замкнутый тормоз от нормально-разомкнутого?

Нормально-замкнутый тормоз (используется в У2) заторможен при отсутствии питания. Это безопасное исполнение, так как при аварийном отключении энергии механизм гарантированно остановится. Нормально-разомкнутый тормоз расторможен без питания и требует энергии для торможения, что применяется реже, в специфических задачах.

Можно ли заменить катушку тормоза на катушку другого напряжения?

Да, при наличии такой возможности конструктивно. Однако это должен выполнять квалифицированный персонал с учетом соответствия нового напряжения системе управления. Несоответствие напряжения приведет к выходу катушки из строя или некорректной работе тормоза.

Что делать, если двигатель не растормаживается при включении?

Возможные причины: отсутствие напряжения на катушке тормоза (обрыв цепи, неисправность контактора или блока управления), механическое заедание якоря электромагнита или колодок, чрезмерный износ колодок, приводящий к увеличению хода якоря сверх допустимого, межвитковое замыкание или обрыв в катушке. Необходима поэтапная проверка электрической цепи и механической части.

Почему греется тормоз в рабочем режиме?

Нагрев корпуса тормоза в пределах 60-80°C – нормальное явление из-за потерь в катушке и трения в механизме. Сильный перегрев может быть вызван постоянным подтормаживанием из-за неполного отхода колодок (недостаточное напряжение на катушке, заедание), изношенными колодками, неправильной регулировкой зазора или слишком частыми циклами пуск-стоп в тяжелом режиме.

Как правильно отрегулировать зазор в тормозе?

Регулировка осуществляется с помощью регулировочных болтов после ослабления контргаек. Необходимо выставить равномерный зазор между каждой колодкой и тормозным шкивом согласно данным паспорта (например, 0.5 мм). Проверка осуществляется щупом. После регулировки при подаче напряжения должен быть слышен четкий отход якоря без заеданий.

Можно ли использовать двигатель У2 с тормозом в режиме частых пусков (например, S4)?

Да, но с оговорками. Необходимо выбирать двигатель с тормозом, рассчитанный на такой режим. Частые пуски приводят к повышенному нагреву катушки тормоза и ускоренному износу фрикционных накладок. Рекомендуется применение схемы с принудительным растормаживанием и увеличение периодичности технического обслуживания.

Заключение

Электродвигатели серии У2 с электромагнитным тормозом являются надежным и проверенным решением для задач, требующих быстрой остановки и фиксации исполнительного механизма. Их успешная эксплуатация зависит от правильного выбора по моменту инерции и тормозному моменту, грамотного подключения по рекомендуемой схеме с задержкой, а также от регулярного технического обслуживания тормозного узла. Понимание принципа работы, конструкции и особенностей настройки позволяет максимально эффективно и долговечно использовать данные электродвигатели в различных отраслях промышленности.