Архив / 1997 / №1(11) / 

Выбор асинхронных двигателей для различных приводов и условий эксплуатации

Потребность предприятий в трехфазных низковольтных асинхронных двигателях покрывается в основном двумя сериями электродвигателей – 4А и АИ. В каждой серии имеются тысячи типоразмеров электродвигателей. Поэтому перед потребителями этих двигателей всегда возникает непростой вопрос правильности выбора электродвигателя по целому ряду важнейших параметров. К ним, в первую очередь, можно отнести: число фаз, напряжение и частоту сети, номинальную мощность, частоту вращения, соединение обмоток, тип ротора (короткозамкнутый или фазный), монтажное исполнение, степень защиты от окружающей среды, климатическое исполнение, основное исполнения двигателя, электрические модификации или специализированные исполнения (по условиям окружающей среды, по точности установочных размеров) и др. Надежность работы электродвигателей в значительной степени зависит от правильности их выбора.

В сериях 4Аи и АИ учтены рекомендации Международной организации по стандартизации (ИСО) и Международной электротехнической комиссии (МЭК). Рассмотрим основные из них.

Номинальные режимы работы

Все возможные режимы работы могут быть разбиты на 8 групп. Основной стандарт на электрические машины ГОСТ 183-74, в соответствии с рекомендациями МЭК, предусматривает следующие режимы работы S1 – S8, которые необходимо иметь в виду при выборе мощности электродвигателей.

Продолжительный режим работы S1.

Это работа электродвигателя при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей (рис. 1).

Продолжительный режим работы S1: Р - нагрузка; Qmax - максимальная температура; tн - время нагружения
Продолжительный режим работы S1: Р - нагрузка; Qmax - максимальная температура; tн - время нагружения

Кратковременный режим работы S2.

Это работа электродвигателя при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями электродвигателя установившейся температуры, после чего следует остановка двигателя на время, достаточное для его охлаждения до температуры, не более чем на 2оС превышающей температуру окрыжающей среды. На рис. 2 приведен график кратковременного режима работы S2.

Повторно-кратковременный режим работы S3.

Кратковременный режим работы S2
Кратковременный режим работы S2

Это последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, при которой электродвигатель не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое электродвигатель не охлаждается до температуры окружающей среды. На рис. 3 приведен график повторно-кратковременного режима работы.

Повторно-кратковременный режим работы S3
Повторно-кратковременный режим работы S3

Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4.

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей электродвигателя, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. На рис. 4 приведен график повторно-кратковременного режима работы с влиянием пусковых процессов.

Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4
Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4

Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5.

Это последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое электродвигатель не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое электродвигатель не охлаждается до температуры окружающей среды. На рис. 5 приведен график повторно-кратковременного режима работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением.

Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5
Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5

Перемежающийся режим работы S6.

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу, причем длительность этих периодов такова, что температура электродвигателя не достигает установившегося значения. На рис. 6 приведен график перемежающегося режима работы.

Перемежающийся режим работы S6
Перемежающийся режим работы S6

Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7.

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз. На рис. 7 приведен график перемежающегося режима работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением.

Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7
Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7

Перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8.

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждый из которых соответствует своя частота вращения. Режим не содержит пауз. Этот режим имеет место при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя. На рис. 8 приведен график перемежающегося режима работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8.

Перемежающийся режим работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8
Перемежающийся режим работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8

Приведем некоторые примеры механизмов, работающих в перечисленных режимах работы. Вентиляторы работают в режиме S1. Дробилки – в режимах S1 или S2. Пилы – в режимах S1 или S3. Машины барабанного типа – в режимах от S1 до S4. Манипуляторы, толкатели, кантователи – в режимах от S1 до S5. Подъемники – в режиме S2, S3 или S6.

Следующим номинальным стандартизированным параметром, который принят для серий 4А и АИ являются номинальные мощности электродвигателей.

Предусмотрены следующие номинальные мощности (в пределах от 0,06 до 1000 кВт): 0,06; 0,09; 0,12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75; 90; 110; 132; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800 и 1000 кВт.

Степени защиты от внешних воздействий

Электрические машины имеют различные исполнения по защите от внешних воздействий, которые, с одной стороны, должны обеспечить защиту обслуживающего персонала от прикосновения к токоведущим или вращающимся частям, а с другой – защиту машины от попадания внутрь ее твердых посторонних тел и воды. Согласно рекомендаций МЭК обозначение степеней защиты состоит из букв IP (International, Protection) и следующих за ними цифр. Первая цифра характеризует степени защиты от прикосновения и от проникновения твердых тел в машину. Вторая цифра характеризует степень защиты машины от проникновения воды.

В асинхронных двигателях серии 4А и АИ использованы следующие степени защиты от окружающей среды:

IP23 – электродвигатель, защищенный от попадания твердых тел размером более 12 мм и от дождя (защищенная машина);

Закрытый обдуваемый электродвигатель (степень защиты IP44)
Закрытый обдуваемый электродвигатель (степень защиты IP44)
Защищенный электродвигатель (степень защиты IP23)
Защищенный электродвигатель (степень защиты IP23)

IP44 – электродвигатель, защищенный от попадания твердых тел размером более 1 мм и от водных брызг (закрытая машина);

IP54 – электродвигатель полностью защищен от соприкосновения персонала к токоведущим и вращающимся частям; пыль, попадая внутрь машины не нарушает ее нормальную работы; двигатель защищен от водяных брызг (закрытая машина).

На рис. 9 приведены принципиальная конструкция асинхронного двигателя закрытого исполнения (степень защиты IP44).

На рис. 10 дана принципиальная конструкция асинхронного двигателя защищенного исполнения (степень защиты IP23).

При выборе асинхронных двигателей для определенного вида привода обязательно следует учитывать степень защиты его от внешних воздействий.

Степень охлаждения

Способы охлаждения электрических машин также стандартизированы в соответствии с рекомендациями МЭК. Обозначение способов охлаждения состоит из букв IC (International, Cooling) и следующей за ними характеристиками цепей охлаждения. При охлаждении воздухом после букв IC следуют цифры, которые указывают на устройство цепи для циркуляции хладоагента и способ его перемещения.

Для асинхронных двигателей серий 4А и АИ используются следующие обозначения способов охлаждения: IC01 – защищенная машина с самовентиляцией; вентилятор расположен на валу машины; IC0141 – закрытая машина, обдуваемая наружным вентилятором, расположенным на валу машины.

(Продолжение следует).

Оскар Гольдберг
академик АЭН РФ, доктор техническихнаук, профессор