Электродвигатели ВАДМ: конструкция, технические характеристики и область применения
Электродвигатели серии ВАДМ представляют собой асинхронные двигатели с фазным ротором (двигатели с контактными кольцами) общепромышленного исполнения. Аббревиатура расшифровывается как: В – встроенное исполнение, А – асинхронный, Д – двигатель, М – модернизированный. Данные электродвигатели предназначены для продолжительного режима работы (S1) в условиях, где необходим пуск под нагрузкой и регулировка частоты вращения в процессе эксплуатации. Их ключевое отличие от более распространенных двигателей с короткозамкнутым ротором (типа АИР) – наличие фазного ротора с выведенными на контактные кольца обмотками, что позволяет вводить в цепь ротора дополнительные сопротивления или системы управления.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструктивно двигатель ВАДМ состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.
- Статор: Сердечник статора набран из изолированных листов электротехнической стали и запрессован в литую станину. В пазы сердечника уложена трехфазная обмотка, выполненная из медного провода. Концы обмотки выводятся в клеммную коробку для подключения к сети переменного тока.
- Ротор (фазный): Сердечник ротора также шихтованный, насажен на вал. В его пазах расположена трехфазная обмотка, соединенная, как правило, «звездой». Концы этой обмотки выведены на три контактных кольца, изолированных друг от друга и от вала. По кольцам скользят графитографитовые щетки, установленные в щеткодержателях на траверсе. К щеткам подключаются выводы для соединения с пускорегулирующей аппаратурой.
- Корпус и система охлаждения: Двигатели ВАДМ имеют встроенное исполнение (закрытые, защищенного типа). Охлаждение осуществляется наружным вентилятором, расположенным под защитным кожухом на валу двигателя (система охлаждения IC0141). Станина имеет ребристую поверхность для улучшения теплоотдачи.
- Подшипниковые щиты: Вал вращается в подшипниках качения (шариковых или роликовых), установленных в подшипниковых щитах. Со стороны контактных колец обычно расположен щит с лабиринтными уплотнениями для защиты узла контактных колец от попадания пыли и влаги.
- Пусковой реостат: Наиболее распространенный способ пуска. В цепь ротора последовательно вводятся ступени активного сопротивления (металлические резисторы). В процессе разгона сопротивление постепенно уменьшается (ступени закорачиваются) до полного вывода, после чего ротор замыкается накоротко, а щеты могут быть приподняты для снижения износа.
- Регулировочный реостат: Позволяет в небольших пределах (до 10-15% вниз от номинальной) регулировать частоту вращения двигателя, изменяя сопротивление в цепи ротора при постоянной нагрузке.
- Системы частного регулирования: В современных условиях двигатели ВАДМ могут работать в комплекте с преобразователями частоты (ПЧ), подключаемыми в цепь ротора (каскадные схемы) или статора. Это позволяет осуществлять глубокое и экономичное регулирование скорости.
- Крановое и подъемно-транспортное оборудование: Мостовые, козловые, башенные краны. Двигатели обеспечивают высокий пусковой момент при подъеме груза и позволяют регулировать скорость перемещения.
- Приводы мельниц, дробилок, шаровых барабанов: Механизмы с большой массой инерции, требующие плавного разгона.
- Конвейеры длинноходовые и наклонные: Пуск под нагрузкой, возможность работы на пониженной скорости для технологических операций.
- Насосы и вентиляторы с регулированием производительности (при использовании каскадных схем или современных ПЧ).
- Экскаваторы и другая горная техника.
- Щеточный узел: Регулярная проверка состояния щеток (износ, равномерность прилегания, свободное движение в держателе), контактных колец (чистота, отсутствие борозд и подгаров). Кольца при необходимости протачиваются и шлифуются.
- Подшипниковые узлы: Контроль температуры, уровня шума, вибрации. Замена смазки согласно межсервисным интервалам.
- Обмотки: Измерение сопротивления изоляции мегаомметром. Очистка от пыли и загрязнений.
- Вентиляция: Обеспечение свободного прохода охлаждающего воздуха, очистка ребер станины.
- Ремонт: Типовые ремонтные работы включают перепайку или замену концов обмотки ротора на кольцах, проточку коллектора, замену подшипников, перемотку статора или ротора при повреждении изоляции.
- Повышение класса нагревостойкости изоляции (до F, H) для увеличения перегрузочной способности.
- Улучшение системы охлаждения (оптимизация воздушного потока).
- Снижение материалоемкости при сохранении или улучшении энергетических показателей (КПД, cos φ).
- Комплектация двигателей с фазным ротором в едином блоке с частотными преобразователями для систем «каскадного» типа, что позволяет создавать высокоэффективные регулируемые электроприводы для мощных вентиляторов и насосов.
Принцип работы основан на создании вращающегося магнитного поля статором, которое индуцирует токи в обмотке фазного ротора. Взаимодействие этих токов с полем статора создает электромагнитный момент. Введение дополнительного активного сопротивления в цепь ротора через щеточный узел позволяет изменять пусковые и рабочие характеристики двигателя: снижать пусковые токи, увеличивать пусковой момент и регулировать скорость в небольших пределах.
Основные технические параметры и характеристики
Двигатели ВАДМ выпускались на стандартные напряжения 220/380, 380/660 В, частотой 50 Гц. Номинальная мощность охватывала широкий диапазон, от нескольких десятков до сотен киловатт. Синхронная частота вращения составляла 1000, 750, 600 об/мин (соответственно 6, 8, 10 полюсов), что определяло их применение в качестве привода механизмов с низкой и средней скоростью.
| Типоразмер | Мощность, кВт | Синхронная частота, об/мин | Напряжение, В | КПД, % | cos φ | Пусковой момент, % от ном. | Макс. момент, % от ном. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ВАДМ 315 S8 | 55 | 750 | 380/660 | 91.5 | 0.84 | 120 | 240 |
| ВАДМ 355 M10 | 75 | 600 | 380/660 | 92.0 | 0.82 | 110 | 220 |
| ВАДМ 450 M6 | 315 | 1000 | 380/660 | 94.0 | 0.88 | 100 | 220 |
Схемы подключения и пускорегулирующая аппаратура
Подключение статора двигателя ВАДМ к сети осуществляется через силовой автоматический выключатель и контактор. Управление и защита цепи ротора требуют применения более сложных схем.
Область применения и типовые приводы
Двигатели с фазным ротором применяются там, где требуется тяжелый пуск и/или регулирование скорости.
Преимущества и недостатки по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором
| Критерий | Двигатель ВАДМ (с фазным ротором) | Двигатель АИР (с короткозамкнутым ротором) |
|---|---|---|
| Пусковой ток | Снижен в 1.5-2.5 раза за счет введения сопротивления в ротор | Высокий (5-7 Iн), требует применения устройств плавного пуска |
| Пусковой момент | Высокий, регулируемый (может достигать Мmax) | Ограничен (обычно 1.2-2.0 Мн) |
| Регулирование скорости | Возможно в небольших пределах резисторами, широко – с ПЧ в цепи ротора | Только с ПЧ в цепи статора |
| Надежность и стоимость | Ниже из-за наличия щеточного узла и дополнительной аппаратуры. Требует большего обслуживания. | Выше. Конструкция проще, обслуживание минимальное. |
| КПД и cos φ | Несколько ниже при работе с введенными сопротивлениями | Выше в номинальном режиме |
Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт
Эксплуатация ВАДМ требует строгого соблюдения регламента технического обслуживания (ТО).
Современные аналоги и тенденции развития
В настоящее время классические двигатели серии ВАДМ считаются морально устаревшими. Их прямые современные аналоги – двигатели серий 4ДК, ДАЗО4, МТН, МТКН и другие, соответствующие актуальным стандартам (ГОСТ, МЭК). Основные тенденции:
Однако, в связи с развитием силовой полупроводниковой техники и снижением стоимости частотных преобразователей, наблюдается общая тенденция к вытеснению приводов на основе двигателей с фазным ротором в пользу приводов на основе двигателей с короткозамкнутым ротором и ПЧ на статоре, как более надежных и не требующих щеточного обслуживания.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем принципиально отличается ВАДМ от обычного асинхронного двигателя?
Принципиальное отличие – конструкция ротора. У ВАДМ ротор фазный, с трехфазной обмоткой, концы которой выведены на контактные кольца. Это позволяет влиять на характеристики двигателя, вводя в цепь ротора дополнительные резисторы или системы управления. У обычного двигателя (АИР) ротор короткозамкнутый, «беличья клетка», и его параметры фиксированы.
Можно ли закоротить контактные кольца и работать как двигатель с короткозамкнутым ротором?
Да, это стандартный режим работы после завершения пуска. После вывода всего пускового сопротивления контактные кольца замыкаются накоротко специальным устройством – короткозамыкателем. При этом щетки могут оставаться опущенными или быть подняты. Однако, рабочие характеристики двигателя (пусковой момент, ток) при таком пуске «прямым включением» будут хуже, чем у специализированного двигателя АИР аналогичной мощности.
Каковы главные проблемы при эксплуатации ВАДМ?
Основные проблемы связаны с щеточным узлом: износ и пыление щеток, подгар и биение контактных колец, нарушение контакта. Это требует постоянного контроля и обслуживания. Также частой проблемой является выход из строя пусковых резисторов (перегорание, нарушение контакта в ступенях) и неисправности в системе управления (контакторы, реле времени).
Как правильно подобрать пусковой реостат для ВАДМ?
Подбор осуществляется на основе каталожных данных двигателя: номинального тока ротора, его напряжения (ЭДС) при разомкнутой цепи и требуемой кратности пускового момента. Расчет ведется по ступеням, определяя сопротивление каждой ступени и ее мощность. Рекомендуется использовать специализированные справочники или программное обеспечение для расчета реостатов. Неправильный подбор приводит к слишком резкому или, наоборот, медленному пуску, перегреву резисторов.
Существуют ли бесщеточные двигатели с фазным ротором?
Да, существуют системы с бесщеточным выведением тока с ротора (так называемые «двигатели с контактными кольцами и системой бесщеточного возбуждения» или системы с индукционным耦合телем). Однако они имеют сложную конструкцию и применяются в специфических областях. В большинстве промышленных применений ВАДМ используются традиционные щеточные узлы.
Что выгоднее сегодня: привод на основе ВАДМ с реостатом или привод на основе АИР с частотным преобразователем?
Для новых проектов в абсолютном большинстве случаев выгоднее и технологичнее привод на основе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и частотным преобразователем на статоре. Он обеспечивает лучшее качество регулирования, более высокий КПД, не требует обслуживания щеточного узла и проще в управлении. Привод на основе ВАДМ может сохранять экономическую целесообразность при модернизации существующих установок, где уже есть вся инфраструктура, или в особых условиях (взрывоопасные среды, где предъявляются особые требования к ПЧ).