Электродвигатели вспомогательные

Электродвигатели вспомогательные: классификация, конструкция, применение и выбор

Вспомогательные электродвигатели представляют собой отдельный класс электрических машин, предназначенных для привода механизмов, не связанных напрямую с основной технологической линией или силовым агрегатом, но обеспечивающих их нормальное функционирование, безопасность, управление и автоматизацию. Эти двигатели приводят в действие насосы систем охлаждения и смазки, вентиляторы и заслонки, системы управления (приводы задвижек, регуляторов), подъемно-транспортные механизмы в пределах основного агрегата, а также различные вспомогательные станции. Их надежность напрямую влияет на бесперебойность работы основного оборудования в энергетике, промышленности, на транспорте.

Классификация и типы вспомогательных электродвигателей

Классификация осуществляется по ряду ключевых параметров, определяющих область применения и конструктивное исполнение.

По роду тока и принципу действия:

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) – наиболее распространенный тип для вспомогательных механизмов. Обладают простотой конструкции, высокой надежностью, низкой стоимостью и простотой обслуживания. Применяются для привода насосов, вентиляторов, дымососов, транспортеров, где не требуется регулирование скорости в широком диапазоне.
Асинхронные двигатели с фазным ротором (АДФР) – используются реже, в случаях, когда необходим повышенный пусковой момент при ограниченном пусковом токе, или требуется плавное регулирование скорости (с использованием реостата или преобразователя частоты). Могут применяться в мощных крановых механизмах на энергопредприятиях.
Синхронные двигатели – применяются для привода мощных вспомогательных агрегатов (например, циркуляционных насосов на ТЭЦ), где требуется постоянство скорости вращения и возможность компенсации реактивной мощности в сети.
Двигатели постоянного тока (ДПТ) – используются в случаях, где необходимо точное и плавное регулирование скорости в широком диапазоне (приводы механизмов собственных нужд электростанций, испытательные стенды). Требуют источника постоянного тока или выпрямительного устройства, более сложны в обслуживании.
Специальные двигатели (шаговые, серводвигатели) – применяются в системах точного позиционирования, автоматических регуляторах, роботизированных комплексах.

По степени защиты (IP) и климатическому исполнению:

Условия эксплуатации вспомогательных двигателей разнообразны: от чистых машинных залов до запыленных, влажных или взрывоопасных помещений.

IP54, IP55 – защита от пыли и водяных струй. Стандарт для большинства промышленных применений (насосные, вентиляционные установки внутри помещений).
IP56, IP65 – пыленепроницаемое исполнение и защита от сильных струй воды. Для наружной установки, в условиях высокой влажности и запыленности.
Взрывозащищенное исполнение (Ex d, Ex e, Ex n) – для привода механизмов в помещениях с наличием взрывоопасных газовых или пылевых смесей (топливоподача, химические производства, шахты).
Исполнение для тропического (Т), морского (М) климата – с защитой от коррозии, плесневых грибков, повышенной влажности.

По способу монтажа и конструктивному исполнению (по ГОСТ, IEC):

IM 1001 – на лапах, с одним цилиндрическим концом вала.
IM 3001 – на лапах, с фланцем на станине.
IM 3601 – без лап, с фланцем на станине (фланцевые двигатели, часто для насосов).
IM B3, B5, B35 (по IEC) – наиболее распространенные варианты монтажа.

Конструктивные особенности и требования

Конструкция вспомогательных электродвигателей определяется их назначением. Для общепромышленных применений это классические асинхронные двигатели серий АИР (Россия) или аналоги (IE2, IE3 по эффективности). Однако для ответственных применений в энергетике предъявляются особые требования:

Повышенная надежность и ресурс: Использование изоляции класса F или H с рабочим классом B, подшипников с повышенным сроком службы (L10).
Устойчивость к внешним воздействиям: Вибрациям, повышенной температуре окружающей среды (до +60°C и более вблизи основного оборудования).
Специальные исполнения: Для двигателей систем аварийного охлаждения или смазки – возможность работы в режиме «холодного резерва» с последующим быстрым пуском. Двигатели приводов задвижек часто имеют встроенный редуктор и концевые выключатели.
Требования к КПД: Все более актуальным становится применение двигателей с повышенным классом энергоэффективности (IE3, IE4 согласно МЭК 60034-30-1), что снижает эксплуатационные расходы.

Основные области применения в энергетике и промышленности

Тепловые и атомные электростанции (ТЭС, АЭС):

Системы циркуляции и подачи воды: Привод циркуляционных, конденсатных, питательных, технического водоснабжения насосов.
Топливно-транспортные системы: Двигатели мельничных вентиляторов, дымососов, дутьевых вентиляторов (ДВ), скребковых транспортеров топливоподачи.
Системы регулирования: Приводы регулирующих клапанов (МОК), шиберов, поворотных заслонок.
Маслосистемы: Маслонасосы турбин и генераторов.

Гидроэлектростанции (ГЭС):

Системы техводоснабжения и осушения: Дренажные, осушительные насосы.
Маслохозяйство: Насосы систем регулирования и смазки гидротурбин.
Вспомогательные механизмы: Двигатели кранов машинного зала, вентиляционных установок, затворов.

Промышленные предприятия:

Насосные и вентиляторные установки всех типов.
Приводы конвейеров, элеваторов, норий.
Станки и технологическое оборудование: Вспомогательные подачи, насосы охлаждающей эмульсии, вытяжные вентиляторы.
Системы аспирации и пылеудаления.

Критерии выбора вспомогательного электродвигателя

Выбор осуществляется на основе комплексного анализа требований технологического процесса.

**Таблица 1. Ключевые параметры выбора электродвигателя**
Критерий	Параметры и варианты	Комментарии
Нагрузочная характеристика	Мощность (кВт), скорость (об/мин), момент (Нм)	Мощность выбирается с запасом 10-15% от максимальной нагрузки механизма. Анализируется график нагрузки (постоянная, переменная).
Режим работы (S1-S10 по ГОСТ/МЭК)	S1 (продолжительный), S2 (кратковременный), S3 (повторно-кратковременный), S6, S9	Для насосов, вентиляторов – обычно S1. Для кранов, задвижек – S2, S3, S4. Определяет тепловой расчет.
Способ пуска и регулирования	Прямой пуск, звезда-треугольник, ЧРП, устройство плавного пуска (УПП)	Зависит от допустимого пускового тока, требований к плавности и необходимости регулирования скорости.
Климатические условия и среда	Температура, влажность, запыленность, наличие химически активных веществ	Определяет степень защиты (IP), климатическое исполнение (У, УХЛ, Т) и материал исполнения (например, нержавеющая сталь для фланцев).
Класс энергоэффективности	IE1 (стандарт), IE2 (повышенный), IE3 (премиум), IE4 (суперпремиум)	Выбор более высокого класса окупается за счет экономии электроэнергии при длительной эксплуатации.
Надежность и обслуживание	Класс изоляции, тип подшипников, наличие термодатчиков (PTC, PT100)	Для ответственных механизмов выбирают двигатели со встроенной температурной защитой и подшипниками с консистентной смазкой длительного действия.

Схемы управления и защиты

Управление вспомогательными двигателями осуществляется, как правило, с местных или централизованных щитов управления. Основные элементы защиты:

Защита от короткого замыкания: Автоматические выключатели или предохранители.
Защита от перегрузки (тепловая): Тепловые реле или электронные расцепители в составе пускателей, настроенные на номинальный ток двигателя.
Защита от обрыва фазы и перекоса напряжений.
Температурная защита обмоток и подшипников: Встроенные датчики, подключенные к реле или ПЛК.
Механическая защита: Датчики вибрации, контроля уровня масла (для редукторных приводов).

Современные тенденции предполагают интеграцию двигателей в системы АСУ ТП с передачей данных о токе, температуре, состоянии в режиме реального времени для прогнозирования технического обслуживания.

Техническое обслуживание и диагностика

Планово-предупредительное техническое обслуживание (ППТО) – залог длительной и безотказной работы. Основные процедуры включают:

Визуальный контроль: Состояние корпуса, креплений, клеммной коробки.
Контроль вибрации: Измерение виброскорости и виброускорения на подшипниковых узлах. Превышение норм – признак износа подшипников или дисбаланса ротора.
Контроль температуры: Термография соединений, корпуса подшипников и статора.
Контроль изоляции: Измерение сопротивления изоляции обмоток мегомметром (не менее 1 МОм для напряжений до 1 кВ).
Контроль подшипникового узла: Периодическая замена или добавление смазки в соответствии с регламентом. Акустический контроль.
Диагностика электрических параметров: Анализ спектра тока статора позволяет выявить дефекты ротора (обрыв стержней), эксцентриситет, проблемы с питающей сетью.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается вспомогательный электродвигатель от главного (основного) привода?

Главный привод обеспечивает выполнение основной технологической функции агрегата (турбина генератора, ротор мельницы, главный насос). Вспомогательный двигатель обслуживает системы, обеспечивающие работу главного привода или всего комплекса (охлаждение, смазка, подача сырья, удаление отходов). Его остановка обычно приводит к остановке или аварийному отключению основного оборудования.

Как правильно выбрать класс энергоэффективности (IE) для двигателя насоса на ТЭС?

Выбор зависит от режима наработки. Для насосов, работающих постоянно или с высокой нагрузкой (циркуляционные, питательные), экономически целесообразно применение двигателей IE3 и выше. Экономия электроэнергии за год может составлять 3-8% по сравнению с IE2, что окупает разницу в стоимости за 1-3 года. Для редко запускаемых или резервных механизмов можно ограничиться классом IE2.

Каковы основные причины выхода из строя вспомогательных асинхронных двигателей?

Износ подшипников (более 50% отказов): Из-за неправильной смазки, перегрева, вибрации, misalignment.
Повреждение изоляции обмоток статора: Перегрев из-за перегрузки, частых пусков, работы в недогрузке; увлажнение; вибрация; перенапряжения в сети.
Обрыв стержней «беличьей клетки» ротора: Из-за термомеханических напряжений при тяжелых пусках, технологических дефектов литья.
Пробой в клеммной коробке: Из-за неправильного монтажа, попадания влаги, ослабления контактов.

Нужно ли использовать устройство плавного пуска (УПП) или частотный преобразователь (ЧРП) для двигателя вентилятора мощностью 75 кВт?

Использование УПП рекомендуется для ограничения пускового тока (в 2-4 раза против 5-7 при прямом пуске), что снижает нагрузку на сеть и механический удар на привод. ЧРП необходим, если требуется регулирование расхода воздуха изменением скорости, а не заслонками. ЧРП также обеспечивает плавный пуск. Решение принимается на основе анализа требований технологического процесса и возможностей электроснабжения.

Как часто необходимо проводить контроль сопротивления изоляции обмоток?

Для ответственных двигателей, работающих в непрерывном цикле (на электростанциях) – не реже 1 раза в год, а также после длительного простоя. Для двигателей, работающих в условиях повышенной влажности или агрессивной среды, периодичность может быть увеличена до 2 раз в год. Измерения проводятся мегомметром на напряжение 1000 В для двигателей до 690 В. Двигатель считается исправным, если Rиз ≥ 1 МОм (для напряжений до 1 кВ). Более точные требования указаны в ПТЭЭП и внутренних регламентах предприятия.

Что означает маркировка IM B35 4001 L10 на двигателе?

IM B35 – способ монтажа: двигатель на лапах с фланцем.
4001 – исполнение вала: цилиндрический вал с одним свободным концом.
L10 – категория размещения: для работы на открытом воздухе (под навесом).

Заключение

Вспомогательные электродвигатели являются критически важным компонентом любой энергетической или промышленной системы. Их правильный выбор, основанный на глубоком анализе нагрузочных, климатических и эксплуатационных характеристик, определяет надежность и энергоэффективность основного технологического оборудования. Современные тенденции направлены на повышение классов энергоэффективности, интеграцию в системы промышленного интернета весов (IIoT) для предиктивного обслуживания и применение современных материалов для увеличения ресурса. Соблюдение регламентов технического обслуживания и применение методов вибро- и термодиагностики позволяют минимизировать риск внезапных отказов и обеспечить бесперебойную работу всего комплекса.

Электродвигатели вспомогательные