Электродвигатели трехфазные серии У2: конструкция, параметры и применение

Электродвигатели серии У2 представляют собой асинхронные трехфазные машины с короткозамкнутым ротором, разработанные в СССР как унифицированная замена устаревшим сериям А, А2 и АО2. Индекс «У» означает «унифицированный». Данные двигатели относятся к послевоенному поколению электротехнической продукции и были сконструированы для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц при номинальном напряжении 220/380 В или 380/660 В. Несмотря на появление более современных серий (АИР, RA, 5А и др.), двигатели У2 до сих пор находятся в эксплуатации на многих промышленных предприятиях, что требует от специалистов глубокого понимания их устройства, характеристик и особенностей обслуживания.

Конструктивные особенности и исполнения

Конструкция электродвигателя У2 является классической для асинхронных машин. Основными узлами являются: неподвижный статор, вращающийся ротор, два подшипниковых щита, вентилятор и вентиляционный кожух, коробка выводов.

• Статор состоит из корпуса, сердечника из листов электротехнической стали и трехфазной обмотки, уложенной в пазы. Корпус литой, чугунный, с ребристой наружной поверхностью для улучшения теплоотвода.
• Ротор короткозамкнутый, типа «беличья клетка». Сердечник ротора также набран из листовой стали и напрессован на вал. Обмотка выполнена из алюминиевых или медных стержней, замкнутых накоротко концевыми кольцами.
• Защита от воздействия окружающей среды определяет климатическое исполнение. Серия У2 выпускалась в нескольких основных вариантах:
  • У2 – защищенное исполнение (от капель и падающих под углом брызг). Вентиляция осуществляется наружным воздухом через сетчатые люки на защитном кожухе.
  • У2Л – тропическое исполнение, защищенное.
  • У2Т – тропическое исполнение, защищенное.
  • У2М – морское исполнение, с материалами и покрытиями, стойкими к воздействию морского климата.
• Способ монтажа определяется по ГОСТ 2479. Наиболее распространены:
  • IM1081 – на лапах, с одним цилиндрическим концом вала.
  • IM2081 – на лапах, с двумя цилиндрическими концами вала.
  • IM3081 – комбинированное крепление: на лапах и фланце.
• Класс изоляции – В или F, что допускает нагрев обмотки до 130°C (класс В) или 155°C (класс F).

Основные технические характеристики и параметры

Номенклатура двигателей У2 охватывала широкий диапазон мощностей и частот вращения. Основные параметры сведены в таблицы.

Таблица 1. Диапазон мощностей и синхронных частот вращения серии У2

Синхронная частота вращения, об/мин	Диапазон номинальных мощностей, кВт	Количество полюсов
3000	0.6 – 110	2
1500	0.6 – 132	4
1000	1.0 – 75	6
750	1.5 – 45	8
600	4.0 – 30	10

Таблица 2. Примеры конкретных моделей и их параметров (выборка)

Тип двигателя	Мощность, кВт	Синхр. частота, об/мин	КПД, %	cos φ	Пусковой ток / Ном. ток (Кi)	Масса, кг
У2-31-2	3.0	3000	86.0	0.89	7.0	~42
У2-112М-4	5.5	1500	87.5	0.87	7.0	~72
У2-160S-6	11.0	1000	88.0	0.84	6.5	~145
У2-180М-8	15.0	750	89.0	0.81	6.0	~230

Маркировка двигателей У2 расшифровывается следующим образом: «У2» – серия; следующая цифра (31, 112, 160, 180) – высота оси вращения в миллиметрах; буква после цифры (S – короткий статор, M – средний, L – длинный) – длина сердечника статора; последняя цифра (2, 4, 6, 8, 10) – количество полюсов.

Эксплуатационные особенности и схемы подключения

Двигатели У2 рассчитаны на продолжительный режим работы S1 по ГОСТ. Пуск осуществляется прямым включением в сеть. Высокие пусковые токи (в 5-7 раз превышающие номинальные) накладывают ограничения на частые пуски и требуют проверки возможностей питающей сети.

Обмотка статора может быть соединена в «звезду» (Y) или «треугольник» (Δ). Напряжение питания зависит от схемы соединения:

• Схема «треугольник» – для номинального напряжения 220 В (межфазное).
• Схема «звезда» – для номинального напряжения 380 В (межфазное).

На шильде двигателя указывается оба значения: 220/380 В Δ/Y. В большинстве современных сетей с линейным напряжением 380-400 В используется схема «звезда». Переключение между схемами осуществляется в коробке выводов («борно») путем установки соответствующих перемычек между клеммами.

Техническое обслуживание и ремонт

Плановое техническое обслуживание (ТО) двигателей У2 включает в себя:

• Внешний осмотр, очистку от загрязнений.
• Проверку и подтяжку крепежных соединений, включая соединения в коробке выводов.
• Контроль вибрации и шума.
• Контроль температуры подшипниковых узлов (на ощупь или пирометром).
• Чистку и замену подшипниковой смазки. Для двигателей У2 применялась консистентная смазка ЦИАТИМ-221 или ее современные аналоги (ЛИТОЛ-24). Важно не переполнять полость подшипника смазкой (не более 2/3 объема).
• Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 1000 В. Для обмоток статора сопротивление изоляции при температуре 20°C должно быть не менее 1 МОм, а в горячем состоянии – не менее 0.5 МОм на 1 кВ номинального напряжения.

Типичные неисправности: износ подшипников качения (шум, вибрация, перегрев), нарушение контактов в борно, старение и пробой изоляции обмотки (межвитковое замыкание, замыкание на корпус), обрыв стержней «беличьей клетки» (падение момента, неравномерный ход). Ремонт обмотки требует перемотки статора с использованием современных изоляционных материалов класса F или H, что повышает надежность отремонтированной машины.

Сравнение с современными аналогами (серия АИР)

Современным преемником серии У2 в России и странах СНГ является серия АИР (Асинхронные Исполнения Р). Ключевые отличия:

• Материалы и КПД: Двигатели АИР имеют более высокий класс энергоэффективности (IE1, IE2, IE3) за счет использования улучшенных электротехнических сталей, оптимизированного магнитопровода и более точного производства. КПД двигателей АИР на 1-3% выше, чем у аналогичных по мощности У2.
• Масса и габариты: При одинаковой мощности двигатели АИР, как правило, имеют меньшую массу и габариты.
• Уровень шума и вибрации: Конструктивные улучшения в АИР обеспечивают более низкие показатели шума и вибрации.
• Номенклатура: Серия АИР имеет более широкий и стандартизированный (по IEC) ряд мощностей и установочных размеров.

Таким образом, замена двигателя У2 на АИР аналогичной мощности и частоты вращения является целесообразной с точки зрения энергосбережения, надежности и удобства монтажа.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель У2 от У2Л и У2Т?

Двигатели У2Л и У2Т имеют тропическое исполнение. Их обмотки пропитаны влагостойким лаком, металлические детали имеют антикоррозионные покрытия, а материалы (изоляция, смазка) устойчивы к плесневым грибкам и повышенной влажности. У2Т также может иметь дополнительные требования к стойкости против насекомых.

Как правильно определить схему подключения обмотки для сети 380В?

При линейном напряжении сети 380 В и указании на шильде «220/380 В Δ/Y» обмотки статора должны быть соединены в «звезду» (Y). В коробке выводов три конца фазных обмоток (С1, С2, С3 или U1, V1, W1) соединяются перемычками с клеммами питания, а три других конца (С4, С5, С6 или U2, V2, W2) – объединяются между собой общей перемычкой (образуется нейтральная точка звезды).

Какая смазка используется для подшипников двигателей У2 и как часто ее менять?

Изначально применялась смазка ЦИАТИМ-221. Современный аналог – ЛИТОЛ-24. Периодичность замены зависит от условий эксплуатации. При нормальных условиях (t до 40°C, 8-часовой рабочий день) смазку рекомендуется обновлять каждые 4000-5000 часов работы. При тяжелых условиях (пыль, высокая температура) интервал сокращается до 2000-3000 часов. Необходимо следить за чистотой смазки и не допускать ее переполнения.

Можно ли использовать частотный преобразователь для управления двигателем У2?

Да, можно, но с существенными оговорками. Изоляция обмоток старых двигателей У2 не рассчитана на высокочастотные импульсные перенапряжения, характерные для выходного ШИМ-сигнала современных частотных преобразователей. Это может привести к ускоренному старению и пробою изоляции. Для безопасной работы рекомендуется:

• Установить выходной синус-фильтр или дроссель между ПЧ и двигателем.
• Ограничить минимальную частоту (не ниже 20-25 Гц) из-за ухудшения охлаждения на низких оборотах.
• Провести диагностику состояния изоляции двигателя перед вводом в такую эксплуатацию.

В идеале, для частотно-регулируемого привода следует использовать двигатели с изоляцией, усиленной для работы с ПЧ (с инверторным классом изоляции).

Что означает цифра в обозначении, например, У2-160S-4?

Цифра 160 указывает на высоту оси вращения вала двигателя над плоскостью установки (лапами). Это один из главных установочных размеров по ГОСТ. Высота 160 мм соответствует определенному посадочному размеру вала, расстоянию между лапами и их размерам. Это позволяет взаимозаменять двигатели разных производителей, но одного габарита.

Заключение

Электродвигатели серии У2, несмотря на моральное устаревание, остаются значимым элементом парка оборудования многих предприятий. Их надежная и долговечная конструкция обеспечивает многолетнюю службу при корректном обслуживании. Понимание их технических характеристик, схем подключения, особенностей эксплуатации и ремонта является обязательным для инженерно-технического персонала, ответственного за электрохозяйство. При планировании модернизации или замены вышедших из строя агрегатов целесообразно рассматривать современные энергоэффективные аналоги серии АИР, что позволяет получить экономический эффект за счет снижения потерь электроэнергии и повышения общей надежности технологического процесса.