Электродвигатели трехфазные фланцевые

Электродвигатели трехфазные фланцевые: конструкция, типы, применение и выбор

Трехфазные фланцевые электродвигатели представляют собой специализированный класс асинхронных машин, конструктивной особенностью которых является наличие монтажного фланца (фланцевого щита) на одном или обоих концах вала. Данное исполнение предназначено для непосредственной соосной установки на приводной механизм без использования переходных плит, редукторов или муфт, что обеспечивает высокую жесткость соединения, точность центровки и компактность привода. Основная сфера применения таких двигателей – насосы, вентиляторы, гидравлические агрегаты, компрессоры и другое оборудование, где требуется прямая посадка рабочего колеса или ротора на вал двигателя.

Конструктивные особенности и типы фланцев

Конструкция фланцевого двигателя базируется на стандартном асинхронном двигателе, однако его подшипниковый щит (или щиты) выполнен в виде плоского диска с отверстиями под крепеж и центрирующим выступом или расточкой. Ключевым элементом является тип и размер фланца, который стандартизирован согласно международным и национальным нормам.

Основные компоненты фланцевого двигателя:

• Статор: Сердечник из электротехнической стали с трехфазной обмоткой, определяющий основные параметры двигателя (мощность, напряжение, скорость).
• Ротор: Короткозамкнутый (типа «беличья клетка») или фазный. В фланцевых исполнениях преобладает короткозамкнутый ротор.
• Фланцевый подшипниковый щит: Литая деталь (из чугуна или алюминиевого сплава), объединяющая посадочное место для подшипника и монтажный фланец. Обеспечивает соосность вала двигателя и присоединяемого механизма.
• Вал: Как правило, выполнен удлиненным или специальной формы для непосредственного монтажа рабочего органа.
• Система охлаждения: Чаще всего наружное обдуваемое (IC 411) или замкнутое (IC 416) исполнение.
• Корпус: Защищает внутренние части от воздействия окружающей среды (степени защиты IP54, IP55, IP65).

Типы фланцев по стандартам

Существует два основных типа фланцевого исполнения, регламентированных стандартами IEC 60034-7 и ГОСТ 2479 (для российского производства):

Тип фланца	Обозначение по IEC/ГОСТ	Конструктивная особенность	Типовое применение
Фланец с свободным отверстием	FF (Flange with free hole) / ФЛ (Фланец свободный)	Фланец имеет несквозные резьбовые отверстия для крепежных болтов. Болты проходят через ответный фланец механизма и ввинчиваются в корпус двигателя.	Наиболее распространенный тип для насосов, вентиляторов общего назначения.
Фланец с направляющим выступом	FT (Flange with tapped hole) / Ф (Фланец с отростком)	Фланец имеет сквозные отверстия, а центровка осуществляется по цилиндрическому выступу на фланце двигателя. Крепежные болты проходят через фланец двигателя и ввинчиваются в ответную часть механизма.	Применяется в тяжелонагруженных приводах, где критична точная центровка (например, в некоторых типах гидронасосов).

Размеры фланцев строго нормированы и привязаны к габаритам двигателя. Стандартные диаметры фланцев (D1), диаметры центрирующего пояска (D3 для FT) или расточки (D2 для FF), а также расположение и размер крепежных отверстий определяются рамкой двигателя (высотой оси вращения). Например, для двигателя с высотой оси вращения 160 мм стандартный диаметр фланца D1 составляет 300 мм.

Классификация и технические характеристики

Трехфазные фланцевые двигатели классифицируются по множеству параметров, которые необходимо учитывать при выборе.

• По мощности и частоте вращения: Диапазон мощностей широк – от 0.12 кВт до нескольких сотен кВт. Наиболее распространены двигатели мощностью от 0.55 до 315 кВт. Синхронная скорость определяется числом пар полюсов: 3000 об/мин (2р), 1500 об/мин (4р), 1000 об/мин (6р), 750 об/мин (8р). Двигатели на 1500 об/мин являются наиболее универсальными.
• По степени защиты (IP):
  • IP54: Защита от пыли и брызг воды. Стандартное исполнение.
  • IP55: Защита от струй воды. Для влажных и пыльных сред.
  • IP65: Полная защита от пыли и струй воды под давлением.
• По климатическому исполнению и категории размещения: УХЛ4, У3 для умеренного климата; Т3, Т2 для тропического.
• По классу изоляции: Класс F (до 155°C) или класс H (до 180°C) с рабочим перегревом по классу B (до 130°C) – это стандартная практика, обеспечивающая запас по термостойкости.
• По энергоэффективности (КПД): Согласно IEC 60034-30-1, классы IE1 (Standard Efficiency), IE2 (High Efficiency), IE3 (Premium Efficiency), IE4 (Super Premium Efficiency). Современный минимум в большинстве стран – IE3.
• По способу монтажа (IM): Для фланцевых двигателей основными являются:
  • IM B3 – Лапы с двумя фланцами (комбинированное исполнение).
  • IM B5 – Фланец на переднем щите, задний торец гладкий.
  • IM B14 – Фланец на переднем щите, лапы на станине со стороны заднего щита.
  • IM B35 – Лапы с фланцем на станине (комбинированное исполнение).
  • IM V1 – Фланец на переднем щите, вертикальный монтаж валом вниз.
  • IM V18 – Фланец на переднем щите, вертикальный монтаж валом вверх.

Особенности выбора и монтажа

Выбор фланцевого двигателя является комплексной задачей, выходящей за рамки простого соответствия мощности и скорости.

Критерии выбора фланцевого электродвигателя

Критерий	Что учитывать	Последствия ошибки
Совместимость фланца	Тип (FF/FT), диаметры (D1, D2/D3), количество и диаметр крепежных отверстий, их расположение.	Невозможность физического присоединения к механизму.
Нагрузка на вал	Радиальная (R) и осевая (F) нагрузка, указанные в каталоге. Зависит от массы и типа рабочего колеса, способа его посадки.	Преждевременный износ подшипников, разрушение вала.
Режим работы (S1-S10)	Продолжительный (S1), повторно-кратковременный (S3-S5) с указанием ПВ%.	Перегрев двигателя, снижение срока службы изоляции.
Пусковые характеристики	Момент инерции присоединяемого механизма, требуемый пусковой момент. Возможность использования ПЧ.	Длительный пуск, перегрев, срабатывание защит.
Рабочая среда	Температура, наличие химически активных веществ, взрывоопасность (исполнение Ex d, Ex e).	Коррозия, разрушение изоляции, взрыв.

Процесс монтажа требует особой точности. Даже при наличии центрирующего пояска необходимо обеспечить чистоту сопрягаемых поверхностей и равномерную затяжку крепежных болтов по диагонали с рекомендованным моментом. Несоблюдение этого правила приводит к перекосу, повышенной вибрации и нагрузке на подшипники. Для двигателей с комбинированным креплением (IM B35) сначала выверяют и закрепляют лапы, затем присоединяют фланец.

Области применения и примеры оборудования

Фланцевые двигатели являются приводом, выбранным по конструктивному признаку, поэтому их применение определяется необходимостью создания моноблочного агрегата.

• Насосное оборудование: Центробежные, вихревые, погружные скважинные насосы. Двигатель напрямую фланцуется к улитке насоса.
• Вентиляторное оборудование: Радиальные, канальные вентиляторы. Колесо вентилятора монтируется непосредственно на вал двигателя.
• Гидравлические агрегаты: Шестеренные, пластинчатые, аксиально-поршневые насосы в гидроприводах станков и мобильной техники.
• Компрессорная техника: Винтовые и поршневые компрессоры малой и средней мощности.
• Специальные применения: Приводы мешалок, миксеров, конвейеров с прямым приводом.

Преимущества и недостатки по сравнению с двигателями на лапах

Преимущества:

• Компактность и экономия пространства.
• Жесткое и точное соединение с ведомым механизмом, отсутствие необходимости в центровке по полумуфтам.
• Снижение потерь на передачу (отсутствие муфт, редукторов).
• Часто – лучший отвод тепла через фланец в корпус механизма.
• Упрощение конструкции приводного агрегата в целом.

Недостатки:

• Жесткие требования к совместимости фланцев.
• Сложность замены двигателя на модель другого производителя без доработки ответной части.
• Нагрузка от веса и работы механизма напрямую передается на подшипниковые узлы двигателя.
• Как правило, более высокая стоимость по сравнению с аналогичным двигателем на лапах.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается фланец FF от FT и можно ли их взаимозаменять?

Отличие принципиально. В исполнении FF крепежные болты ввинчиваются в корпус двигателя, а центровка осуществляется по расточке во фланце. В исполнении FT болты проходят насквозь через фланец двигателя и ввинчиваются в ответный фланец механизма, а центровка – по наружному выступу. Прямая взаимозамена невозможна без переделки ответного фланца на механизме.

Как правильно подобрать двигатель для замены вышедшего из строя?

Необходимо зафиксировать все данные со старого двигателя: тип и размеры фланца (можно снять чертеж), мощность (кВт), синхронную скорость (об/мин), напряжение и схему соединения обмоток (звезда/треугольник), степень защиты (IP), монтажное исполнение (IM), габариты посадочного места. Критически важно измерить высоту оси вращения (рамку) и длину выступающей части вала. Лучше всего искать двигатель с идентичными каталогизационными данными у производителя оригинального оборудования или у крупных электромашиностроительных компаний.

Каковы особенности обслуживания фланцевых двигателей?

Обслуживание аналогично двигателям на лапах: контроль вибрации, температуры подшипников, периодическая замена смазки (для двигателей с обслуживаемыми подшипниками). Специфической особенностью является необходимость контроля затяжки фланцевых болтов, особенно в первые часы работы после монтажа. Также важно следить, чтобы в зазоре между фланцем двигателя и механизма не скапливалась грязь и влага, способствующая коррозии.

Можно ли использовать фланцевый двигатель в режиме с частотным преобразователем (ПЧ)?

Да, большинство современных фланцевых двигателей, особенно классов IE2 и IE3, предназначены для работы от ПЧ. Однако необходимо учитывать несколько факторов: для работы на низких скоростях может потребоваться независимое охлаждение (двигатель с принудительным вентилятором, IC 416), так как собственная скорость вентилятора на валу снижается. Также при длинных кабелях между ПЧ и двигателем рекомендуется использование выходных дросселей или синус-фильтров для защиты изоляции обмотки от перенапряжений.

Что означает комбинированное исполнение IM B35 и когда оно применяется?

Исполнение IM B35 означает, что двигатель имеет и лапы для крепления к фундаменту, и фланец для соединения с механизмом. Это наиболее универсальное и распространенное исполнение. Оно применяется в случаях, когда требуется дополнительная жесткость и разгрузка подшипниковых узлов от веса двигателя и механизма, либо когда конструкция агрегата это предусматривает (например, насосный агрегат на общей плите). Монтаж такого двигателя следует начинать с выверки и закрепления по лапам, а затем присоединять фланец к механизму.

Как правильно интерпретировать параметр «допустимая осевая нагрузка» для фланцевого двигателя?

Допустимая осевая нагрузка (F) – это максимальная сила, которая может быть приложена к торцу вала двигателя вдоль его оси без риска повреждения подшипников качения. Эта нагрузка возникает от веса и гидродинамических сил рабочего колеса насоса или вентилятора. Значение указано в ньютонах (Н) для определенного положения (горизонтальный/вертикальный вал) и является критическим параметром при подборе двигателя для вертикальных насосов или механизмов с существенной осевой составляющей. Превышение этой нагрузки ведет к катастрофически быстрому износу подшипников.