Электродвигатели трехфазные АИР

Электродвигатели трехфазные АИР: конструкция, характеристики, применение и выбор

Трехфазные асинхронные электродвигатели серии АИР представляют собой основу современного промышленного электропривода. Аббревиатура АИР расшифровывается как «Асинхронный двигатель Единой серии с привязкой мощностей и установочных размеров к стандартам МЭК». Данная серия является российской реализацией международного стандарта IEC 60034 и полностью соответствует его требованиям по габаритам, установочным размерам и основным энергетическим показателям, что обеспечивает взаимозаменяемость с импортными аналогами (например, сериями М2АА, М3АА от ABB, Siemens 1LA/1LG, WEG W22). Двигатели АИР предназначены для продолжительного режима работы S1 от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 380/660 В или 220/380 В.

Конструктивное исполнение и система охлаждения

Конструкция двигателей АИР является классической для асинхронных машин с короткозамкнутым ротором. Основными узлами являются: неподвижный статор, состоящий из корпуса, сердечника с трехфазной обмоткой, и вращающийся ротор, включающий вал, сердечник с беличьей клеткой и вентилятор. Корпус и подшипниковые щиты изготавливаются из чугуна или алюминиевого сплава (для двигателей малой мощности). Важнейшим классифицирующим признаком является способ охлаждения и конструктивное исполнение по способу монтажа.

По способу охлаждения двигатели АИР в основном выпускаются с самовентиляцией (IC 0141) – вентилятор расположен на валу двигателя и обдувает наружную оребренную поверхность корпуса. Для специальных исполнений может применяться независимая вентиляция (IC 0161) или водяное охлаждение.

Конструктивное исполнение по способу монтажа регламентируется ГОСТ 2479 и стандартом IEC 60034-7. Наиболее распространенные варианты:

• IM 1081: На лапах с двумя подшипниковыми щитами, с одним цилиндрическим концом вала.
• IM 2081: На лапах с двумя подшипниковыми щитами, с фланцем на подшипниковом щите.
• IM 3081: Комбинированное исполнение: на лапах и с фланцем.
• IM 3681: Без лап, с большим фланцем (фланцевое исполнение).

Основные технические характеристики и параметры

Номинальные данные двигателя указываются на его шильдике и включают: мощность (P_N), напряжение (U_N), частоту тока (f), номинальный ток (I_N), КПД (η), коэффициент мощности (cos φ), номинальную частоту вращения (n_N), способ соединения обмоток («звезда»/«треугольник»), степень защиты IP и класс изоляции.

Мощность двигателей серии АИР нормирована и охватывает диапазон от 0,03 кВт до 400 кВт и более, с градацией по ряду R40. Частота вращения определяется количеством полюсов и для сети 50 Гц составляет:

• 2 полюса: ~3000 об/мин (синхронная скорость)
• 4 полюса: ~1500 об/мин
• 6 полюса: ~1000 об/мин
• 8 полюса: ~750 об/мин
• 10 и 12 полюсов: ~600 и ~500 об/мин соответственно

Фактическая номинальная скорость на 2-5% ниже синхронной из-за наличия скольжения.

Классы энергоэффективности и КПД

Современные двигатели АИР производятся с различными классами энергоэффективности согласно ГОСТ Р МЭК 60034-30-1 (аналог IEC 60034-30-1):

• IE1 (Стандартная эффективность) – устаревающий класс.
• IE2 (Повышенная эффективность) – базовый уровень для большинства применений.
• IE3 (Высокая эффективность) – обязателен для вновь вводимых двигателей мощностью от 0.75 кВт в соответствии с техрегламентами.
• IE4 (Сверхвысокая эффективность) – перспективный класс.

Повышение класса достигается за счет использования большего количества активных материалов (медь, сталь), оптимизации магнитной системы и снижения потерь. Разница в КПД между IE1 и IE3 может достигать 3-8%.

Сравнительные данные двигателей АИР мощностью 7.5 кВт, 1500 об/мин

Параметр	АИР132M4 (IE1)	АИР132M4 (IE2)	АИР132S4 (IE3)
Номинальный КПД, η	87.5%	89.4%	90.9%
Номинальный ток, IN (380В), А	~15.1	~14.9	~14.6
Коэффициент мощности, cos φ	0.86	0.87	0.88
Масса, кг	~73	~75	~78

Механические характеристики и режимы работы

Асинхронный двигатель имеет жесткую механическую характеристику – незначительное изменение скорости при увеличении нагрузки от холостого хода до номинальной. Важными точками являются:

• Пусковой момент (M_п/M_N): Отношение момента при пуске к номинальному. Для АИР общего назначения лежит в диапазоне 1.8 – 2.2.
• Минимальный момент (M_min/M_N): Наименьшее значение момента на характеристике. Должен быть выше момента нагрузки.
• Максимальный момент (M_max/M_N): Отношение критического (опрокидывающего) момента к номинальному. Обычно 2.5 – 3.5. Обеспечивает перегрузочную способность.

Двигатели АИР рассчитаны на продолжительный режим работы S1. Однако возможна работа в других режимах (S2 – кратковременный, S3 – периодически-кратковременный, S6 – перемежающийся) при условии правильного выбора мощности и обеспечения соответствующего охлаждения.

Степень защиты (IP) и класс изоляции

Степень защиты оболочки по ГОСТ IEC 60529 (IP Code) определяет защиту от проникновения твердых тел и воды.

• IP54: Защита от пыли (ограниченное проникновение) и брызг воды со всех направлений. Наиболее распространенное исполнение для цехов с нормальной влажностью и запыленностью.
• IP55: Защита от пыли (ограниченное проникновение) и струй воды. Для помещений с повышенной влажностью или наружной установки под навесом.
• IP23: Защита от средних твердых тел и капель воды при наклоне до 60°. Для чистых, сухих помещений (закрытые распределительные устройства).

Класс изоляции обмотки определяет ее стойкость к термическим воздействиям. Современные двигатели АИР используют изоляцию класса F (допустимый нагрев 155°C) или H (180°C), но работают с запасом по температуре, что соответствует классу B (130°C) для IE2/IE3. Это повышает надежность и ресурс.

Области применения и выбор двигателя

Двигатели АИР применяются практически во всех отраслях промышленности для привода:

• Насосов, вентиляторов, дымососов, компрессоров.
• Конвейеров, транспортеров, элеваторов.
• Станков (токарных, фрезерных, сверлильных).
• Дробилок, мельниц, смесителей.
• Лебедок, крановых механизмов (в модификациях для режима S3-S5).

Алгоритм выбора двигателя включает следующие шаги:

1. Определение требуемой мощности на валу с учетом характера нагрузки и кинематики.
2. Выбор синхронной частоты вращения (числа полюсов) исходя из требований к скорости приводимого механизма.
3. Определение конструктивного исполнения (IM) и способа монтажа.
4. Выбор степени защиты (IP) в зависимости от условий окружающей среды.
5. Определение необходимого класса энергоэффективности (IE2/IE3).
6. Проверка соответствия пусковых характеристик (момент, ток) условиям пуска.
7. При необходимости – выбор специального исполнения (повышенного скольжения, с фазным ротором, влагозащищенного, химстойкого и т.д.).

Специальные и модифицированные исполнения

Помимо общепромышленных, выпускаются модификации АИР для специфических условий:

• АИРС – с повышенным скольжением (5-8%). Для привода механизмов с частыми пусками/остановами или ударной нагрузкой (молоты, прессы).
• АИРМ – малошумные. С оптимизированной системой вентиляции и подшипниковыми узлами для снижения акустического шума.
• Взрывозащищенные исполнения (1Ex, 2Ex) – маркируются по ГОСТ Р МЭК 60079-0. Имеют усиленную защиту оболочки, специальные уплотнения, ограничение температуры поверхностей. Применяются в химической, нефтегазовой промышленности.
• Крановые двигатели (MTKF, 4MTK) – оптимизированы для работы в повторно-кратковременных режимах S3-S5, имеют повышенную прочность вала и износостойкость подшипников.
• Исполнения для частотного регулирования – с усиленной изоляцией обмоток, специальными подшипниками (защита от токов Фуко) и вентилятором независимого охлаждения для работы на низких скоростях.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель АИР от АИРЕ?

АИРЕ – это электродвигатель АИР в электромагнитном исполнении. Он имеет те же установочные и присоединительные размеры, но отличается конструкцией магнитной системы и обмоток, что позволяет достичь более высокого класса энергоэффективности (IE2, IE3) по сравнению с базовыми моделями АИР (IE1). По сути, АИРЕ – это современная, энергоэффективная версия классического АИР.

Как правильно подключить двигатель АИР на 380В: «звездой» или «треугольником»?

Способ подключения зависит от номинального напряжения двигателя, указанного на шильдике. Стандартные варианты:

• Шильдик: 380/660 В. Для сети 380 В – соединение обмоток «звездой». Для сети 660 В – «треугольником».
• Шильдик: 220/380 В. Для сети 380 В – соединение обмоток «треугольником». Для сети 220 В (редко) – «звездой».

Пуск «звездой» с последующим переключением на «треугольник» используется для снижения пусковых токов, но только для двигателей, рассчитанных на номинальную работу в «треугольнике» при данном сетевом напряжении.

Каковы основные причины выхода из строя двигателей АИР?

• Перегрев обмотки (более 50% отказов): Вызван перегрузкой, нарушением вентиляции, частыми пусками, работой на двух фазах, высоким напряжением обратной последовательности.
• Повреждение подшипников (15-20%): Из-за неправильной центровки, вибраций, перекоса, отсутствия или загрязнения смазки, воздействия токов Фуко (при частотном регулировании без фильтров).
• Механические повреждения: Износ вала, разрушение крыльчатки вентилятора, ослабление крепления.
• Пробой изоляции: Из-за старения, увлажнения, загрязнения, перенапряжений (особенно при питании от частотного преобразователя).

Как выбрать между двигателем на 1500 об/мин и 3000 об/мин для одного и того же насоса?

Выбор определяется типом насоса и требуемыми параметрами. Двигатель на 3000 об/мин (2 полюса) будет иметь меньшие габариты и массу при той же мощности, но более высокий пусковой ток, меньший момент инерции ротора, повышенный уровень шума и, как правило, несколько меньший ресурс подшипников из-за высокой скорости. Для центробежных насосов часто предпочтительны двигатели на 1500 об/мин (4 полюса) из-за более плавной работы и лучшего согласования с характеристиками насоса. Окончательное решение должно основываться на каталоге и кривых производительности насоса (Q-H), где указана требуемая скорость вращения вала.

Что означает маркировка, например, АИР180M4?

• АИР: Серия асинхронного двигателя единых установочных размеров.
• 180: Высота оси вращения вала над плоскостью установки. 180 мм (габаритный размер).
• M: Условная длина сердечника (корпуса). Существуют длины: S (короткая), M (средняя), L (длинная). При одинаковой высоте оси большая длина означает большую мощность или полюсность.
• 4: Количество полюсов. 4 – синхронная частота вращения ~1500 об/мин.

Обязательно ли применение частотного преобразователя с двигателями АИР?

Нет, не обязательно. Двигатели АИР изначально предназначены для прямого пуска от сети. Однако частотный преобразователь (ЧП) применяется для:

• Плавного регулирования скорости в широком диапазоне.
• Осуществления плавного пуска с ограничением тока.
• Энергосбережения в системах с переменным расходом (насосы, вентиляторы).

При использовании ЧП необходимо выбирать двигатели в специальном исполнении (для частотного привода) или предпринимать дополнительные меры: устанавливать выходные дроссели/фильтры для защиты изоляции обмоток от перенапряжений, использовать изолированные подшипники или токосъемные кольца для защиты от подшипниковых токов.