Электродвигатели с короткозамкнутым ротором У2

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии У2: конструкция, характеристики и применение

Электродвигатели серии У2 с короткозамкнутым ротором представляют собой асинхронные машины общего назначения, разработанные в СССР и длительное время составлявшие основу электропривода в промышленности. Серия У2 пришла на смену устаревшей серии У и АО2, став значительным шагом вперед в плане унификации, технологичности и эксплуатационных характеристик. Несмотря на появление более современных серий (АИР, А и др.), двигатели У2 до сих пор находятся в эксплуатации на множестве объектов, что требует от специалистов глубокого понимания их устройства, параметров и особенностей обслуживания.

Исторический контекст и классификация

Серия У2 была разработана в соответствии с ГОСТ 19523-81 «Двигатели асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором. Общие технические условия». Она относится к двигателям закрытого обдуваемого исполнения (IP44), что означает защиту от попадания внутрь твердых тел размером более 1 мм и водяных брызг, падающих под углом до 60° от вертикали. Основное назначение – привод механизмов, не требующих регулирования частоты вращения (насосы, вентиляторы, компрессоры, станки, транспортеры и т.д.).

Конструктивные особенности

Конструкция двигателя У2 является классической для асинхронных машин данного типа и включает следующие ключевые узлы:

• Статор: Состоит из корпуса (литая станина из алюминиевого сплава или чугуна), сердечника, набранного из изолированных листов электротехнической стали, и трехфазной обмотки, уложенной в пазы. Обмотка статора соединяется «звездой» или «треугольником» в зависимости от напряжения питающей сети.
• Ротор: Короткозамкнутый, типа «беличья клетка». Сердечник ротора также шихтованный, запрессован на вал. В пазах залита алюминиевая обмотка – стержни, замкнутые накоротко с торцов концевыми кольцами. Часто эти кольца имеют вентиляционные лопатки для улучшения охлаждения.
• Подшипниковые щиты: Изготавливаются из алюминиевого сплава или чугуна. В них устанавливаются подшипники качения (обычно шариковые) для вала ротора.
• Вентиляционная система: Двигатель закрыт, но не герметичен. На валу со стороны, противоположной выходному концу, установлен центробежный вентилятор, закрытый защитным кожухом. Воздух засасывается через отверстия в кожухе, прогоняется по вентиляционным каналам статора и ротора и выбрасывается, отводя тепло.
• Коробка выводов (борно): Расположена в верхней части станины. В ней размещены клеммы для подключения питающего кабеля и, в большинстве исполнений, пластины для переключения схемы соединения обмоток («звезда»/«треугольник»).

Основные технические характеристики и маркировка

Маркировка двигателя У2 расшифровывается следующим образом: У – серия (унифицированная), 2 – модификация (вторая), далее цифры, указывающие высоту оси вращения в мм, и буквенно-цифровой индекс, определяющий длину сердечника (габарит) и число полюсов.

Пример: У2-100L2-4. У2 – серия; 100 – высота оси вращения (100 мм); L – установочный размер по длине станины (L – длинная, M – средняя, S – короткая); 2 – модификация по длине; 4 – число полюсов (синхронная частота вращения 1500 об/мин).

Основные параметры двигателей серии У2 представлены в таблице:

Таблица 1. Основные параметры двигателей серии У2 (выборка)

Типоразмер	Мощность, кВт	Синхронная частота, об/мин	Номинальный ток (380В), А	КПД, %	cos φ	Пусковой ток / Ном. ток (Кi)	Масса, кг
У2-80-2	1.5	3000	3.4	81.5	0.87	6.5	17
У2-100S-4	3.0	1500	6.7	84.5	0.85	6.5	38
У2-112M-6	4.0	1000	9.5	84.0	0.77	5.5	58
У2-160S-8	7.5	750	17.5	86.0	0.76	5.0	115
У2-200M-2	37.0	3000	69.5	90.5	0.91	7.0	280

Эксплуатационные особенности и условия применения

Двигатели У2 рассчитаны на работу от трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц. Номинальные напряжения: 220/380 В (для меньших мощностей) и 380/660 В. Схема соединения обмоток должна строго соответствовать напряжению сети. Для двигателей мощностью свыше 3 кВт обычно применяется схема «треугольник» для 380 В с возможностью пуска «звездой» для снижения пусковых токов.

Климатическое исполнение: У2, У3, ХЛ2, ХЛ3 по ГОСТ 15150-69. Двигатели могут эксплуатироваться в условиях умеренного (У) или холодного (ХЛ) климата, категории размещения 2 (на открытом воздухе под навесом) или 3 (в закрытых помещениях без регулирования температуры).

Сравнение с современными аналогами (серия АИР)

Серия У2 стала основой для разработки более совершенной и актуальной по сей день серии АИР (российский стандарт) и ее международных аналогов (IE1, IE2 по МЭК). Ключевые отличия:

• Энергоэффективность: КПД двигателей У2 соответствует классу энергоэффективности Е (низкий). Современные двигатели АИР соответствуют классам IE1 (стандартный) и IE2 (повышенный), что обеспечивает экономию электроэнергии 3-8%.
• Материалы: В У2 активно использовались алюминиевые сплавы для корпусов и щитов, в АИР чаще применяется чугун, что улучшает теплоотвод и механическую прочность.
• Уровень шума и вибраций: Современные двигатели имеют более строгие нормы по шуму и вибрациям за счет оптимизации конструкции вентилятора и подшипниковых узлов.
• Унификация: Серия АИР имеет более широкое унифицированное исполнение по монтажным размерам с международными стандартами (IEC).

Техническое обслуживание и ремонт

Регламент обслуживания двигателей У2 включает регулярные операции:

• Внешний осмотр и очистка: Удаление пыли и грязи с корпуса и ребер охлаждения, проверка состояния коробки выводов.
• Контроль вибрации и шума: Измерение виброскорости на подшипниковых щитах.
• Контроль температуры: Мониторинг нагрева подшипников и статора (как правило, на ощупь или пирометром).
• Техническое обслуживание подшипников: Основная причина отказов. Требуется периодическая (раз в 1-3 года) чистка и замена смазки. Используется консистентная смазка типа ЦИАТИМ-221, Литол-24. Пересмазка производится на работающем двигателе через пресс-масленки, старая смазка должна вытесняться через дренажные отверстия.
• Проверка изоляции: Измерение сопротивления изоляции обмоток мегомметром (500 В или 1000 В). Норма – не менее 1 МОм при температуре 20°С. При снижении сопротивления требуется сушка обмоток.

Типовые неисправности и методы их устранения

• Перегрев: Причины: перегруз, нарушение вентиляции, повышенное напряжение, межвитковое замыкание, износ подшипников.
• Повышенная вибрация: Причины: дисбаланс ротора, износ подшипников, несоосность с приводным механизмом, ослабление крепления.
• Гул при работе, снижение скорости: Вероятный признак обрыва фазы в питающей сети или в обмотке статора.
• Искрение в борно: Ослабление контактных соединений, необходимо подтянуть клеммы.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель У2 от У?

Серия У2 является модернизацией серии У. Основные отличия: повышенный КПД и cos φ, улучшенные пусковые характеристики, более надежная система изоляции обмоток (класс В или F вместо А), унификация по установочно-присоединительным размерам с международной практикой, что облегчало замену импортных двигателей.

Можно ли использовать двигатель У2 с частотным преобразователем (ЧП)?

Да, но с существенными ограничениями. Изоляция обмоток У2 не рассчитана на высокочастотные перенапряжения, характерные для выходного ШИМ-сигнала современных ЧП. Для безопасной работы необходима установка выходного синус-фильтра или дросселя, а также снижение несущей частоты ЧП. Длительная работа на низких скоростях (менее 30% от номинала) ограничена из-за ухудшения собственного охлаждения двигателя (снижение скорости вентилятора). Рекомендуется использовать специализированные двигатели с изоляцией, усиленной для работы с ЧП.

Как правильно выбрать схему соединения обмоток «звезда» или «треугольник» для двигателя У2?

Выбор определяется паспортными данными двигателя и напряжением сети. На крышке коробки выводов или на табличке указаны два напряжения, например, 220/380В или 380/660В. Для сети 380В: если указано 220/380В, то обмотки должны быть соединены «треугольником»; если указано 380/660В, то обмотки должны быть соединены «звездой». Неправильное соединение приведет к выходу двигателя из строя: при соединении «звездой» вместо «треугольника» на 220/380В двигатель не разовьет мощность и сгорит под нагрузкой; при соединении «треугольником» вместо «звезды» на 380/660В обмотки получат повышенное напряжение и мгновенно сгорят.

Каковы нормы сопротивления изоляции для двигателей У2 и как его проверить?

Согласно ПТЭЭП, сопротивление изоляции обмоток статора напряжением до 1000 В должно быть не менее 1 МОм при температуре 20±5°С. Измерение производится мегомметром на 1000 В для двигателей напряжением 380 В. Замеры делаются между каждой фазой и корпусом, а также между фазами. Перед измерением двигатель должен быть отключен от сети, а клеммы в борно соединены между собой для снятия возможного емкостного заряда. Если сопротивление ниже нормы, двигатель требует сушки.

Как часто и чем нужно смазывать подшипники двигателей У2?

Периодичность смазки указана в паспорте и зависит от режима работы, обычно 1 раз в 1-3 года при 8-часовой работе в сутки. Для двигателей У2 применялась консистентная смазка ЦИАТИМ-221 (температурный диапазон -60…+120°С). Современным аналогом является Литол-24 (диапазон -40…+120°С). Количество смазки – примерно 1/2 — 2/3 свободного объема полости подшипникового узла. Необходимо удалять старую смазку перед закладкой новой. Избыток смазки приводит к перегреву подшипника.

Что означает климатическое исполнение У2 или У3 на табличке двигателя?

Это обозначение по старому ГОСТ 15150-69. Первая буква: У – для умеренного климата, ХЛ – для холодного. Цифра: категория размещения. 2 – для эксплуатации на открытом воздухе под навесом (защита от солнечного излучения и атмосферных осадков). 3 – для работы в закрытых помещениях без искусственного регулирования температурных условий (например, в цехах). Таким образом, У2 – для умеренного климата на открытом воздухе под навесом, У3 – для умеренного климата в закрытых помещениях.

Заключение

Электродвигатели серии У2, несмотря на моральное устаревание, остаются важным элементом парка оборудования многих предприятий. Их надежная и долговечная эксплуатация возможна при строгом соблюдении правил монтажа, пуска и систематического технического обслуживания, в первую очередь – контроля состояния подшипниковых узлов и изоляции. При замене вышедших из строя или модернизации приводов двигатели У2 целесообразно менять на современные энергоэффективные модели серий АИР или их зарубежные аналоги, что обеспечит значительную экономию электроэнергии и снижение эксплуатационных затрат. Понимание конструкции и характеристик У2 необходимо для грамотной эксплуатации, ремонта и принятия решений о замене этого классического образца советского электромашиностроения.