Ювелирное обозрение

Многие машины и механизмы в силу своей специфики вынуждены работать в режиме существенных перегрузок, частых пусков и остановок, реверсов и торможений. Особенно это касается подъемных устройств, где используются специальные крановые электродвигатели переменного и постоянного тока. Они характеризуются повторно-кратковременными рабочими циклами и широким диапазоном регулировок частоты вращения.

Их работа сопровождается тряской и вибрациями, а в металлургическом производстве на них дополнительно воздействуют пары, газы и высокая температура. Поэтому основные характеристики и технико-экономические показатели крановых двигателей существенно отличаются от аналогичных устройств общего назначения.

Чем отличаются крановые двигатели

Электродвигатель, предназначенный для кранового оборудования, как правило, выпускается в закрытом исполнении. Класс устойчивости изоляционных материалов к высоким температурам соответствует F и Н.

Технические характеристики данных агрегатов отличаются минимальным моментом инерции ротора и невысокой частотой вращения. Это позволяет значительно снизить энергетические потери во время переходных процессов. Высокая устойчивость к перегрузкам обеспечивается большой величиной магнитного потока.

Существуют показатели значений кратковременных перегрузок по моменту, которые в часовом режиме составляют для двигателей переменного тока от 2,3 до 3,5, а для агрегатов постоянного тока – 2,15-5,0. Максимально допустимая рабочая частота вращения соотносится с номинальной с коэффициентом 3,5-4,9 при постоянном токе и 2,5 – при переменном токе.

Основные виды крановых электродвигателей

Агрегаты этого типа могут иметь фазный или короткозамкнутый ротор. Оба типа обладают высоким КПД и незначительно отличаются принципом действия. Они способны работать как в динамическом, так и в статическом режимах. В первом случае груз определенного веса поднимается в течение установленного времени, а во втором – неподвижно висит на кране какое-то время.

Крановые электродвигатели с фазным ротором отличаются щеткодержателями, обеспечивающими наиболее тесный контакт коллектора с контактным кольцом. Они состоят из щеточного механизма, держателя и встроенного механизма нажатия. Последний элемент не только запускает двигатель, но и прекращает его вращение в случае возникновения аварийной ситуации.

Двигатели с фазным и короткозамкнутым ротором

Агрегаты этого типа являются асинхронными двигателями, в которых ротор обмотки соединяется с рабочими и передаточными элементами посредством контактных колец. Крутящий момент двигателя и его частота вращения регулируется внешним сопротивлением.

Для запуска роторного агрегата используется низкий пусковой ток и высокое сопротивление, установленное в цепи ротора. В процессе дальнейшего разгона сопротивление в случае необходимости уменьшается. Обмотка двигателя с фазным ротором отличается от короткозамкнутого большим количеством витков. Еще одним отличием является увеличенное наведенное напряжение и более низкое имеющееся напряжение.

Стандартный ротор запускается при участии трех полюсов, соединенных с контактными кольцами. В этом случае осуществляется последовательное соединение каждого полюса и переменной мощности резистора. Снижение напряженности поля статора может быть выполнено при запуске этого резистора, что приводит к снижению пускового тока. Кроме того, электродвигатели с фазным ротором отличаются высоким стартовым крутящим моментом.

Крановый агрегат с короткозамкнутым ротором также относится к асинхронным двигателям. Его конструкция включает в себя стальной цилиндр, на поверхности которого в пазах расположены медные или алюминиевые жилы и вращающийся ротор. Для изготовления сердечника ротора применяется специальная легированная сталь.

Характеристики асинхронных двигателей переменного тока

Мощность асинхронных крановых двигателей, выпускаемых отечественной промышленностью, находится в пределах 1,4-160 кВт. Они рассчитаны для работы при частоте 50 Гц и напряжении 220/380 вольт. Некоторые модели могут работать с напряжением 500 В.

Экспортная продукция металлургической серии работает с частотой 60 Гц, напряжение 220380 и 440 вольт. При увеличении напряжения в сети 60 Гц на 20% больше, чем при 50 Гц, возможно увеличение номинальной мощности двигателя на 10-15%. Кратность моментов и пусковых токов условно остается без изменений.

Если номинальные напряжения в обеих сетях равны, то повышать номинальную мощность двигателя уже нельзя. В подобной ситуации происходит снижение номинального момента, пускового момента и тока, а также других параметров на величину кратности частот 50/60 – 17%.

Крановые электродвигатели с короткозамкнутым ротором серии МТН и МТКН могут быть двухскоростными с синхронной частотой вращения 1000/500, 1000/375, 1000/300 оборотов в минуту. Агрегаты МТФ и MTKF могут иметь две или три скорости при синхронной частоте вращения 1500/500, 1500/750, 1500/250 оборотов в минуту. У большинства электродвигателей присутствует повышенная перегрузочная способность и высокие пусковые моменты при сравнительно малом пусковом токе и незначительном времени пуска.

Мощность новейших агрегатов МТН возросла на одну ступень при сохранении тех же самых габаритных размеров. Подобного улучшения позволили добиться используемые в конструкциях современные изоляционные материалы.

Особенности краново-металлургических двигателей (серия 4МТ)

Конструкции данных агрегатов выполнены в четырехполюсном варианте. Их мощность может быть увеличена при сохранении определенной частоты вращения. Они отличаются высокой надежностью и могут безотказно работать на протяжении всего гарантийного срока с вероятностью 0,96-0,98. Срок эксплуатации таких крановых двигателей составляет в среднем 20 лет.

У электродвигателей серии 4МТ заметно снизилась вибрация и уровень шума, существенно улучшились энергетические показатели. В конструкции использованы новые материалы – электротехническая холоднокатаная сталь, изоляция из финилоновой бумаги и синтетической пленки, эмалированные провода с высоким запасом прочности и прочие компоненты.

Электродвигатели с 8 полюсами могут достигать мощности до 200 киловатт.

К рановые электродвигатели трехфазного переменного тока (асинхронные) и постоянного тока (последовательного или параллельного возбуждения) работают, как правило, в повторно-кратковременном режиме при широком регулирования частоты вращения, причем работа их сопровождается значительными перегрузками, частыми пусками, реверсами и торможениями.

Кроме того, электродвигатели кра н овых механизмов работают в условиях повышенной тряски и вибраций. В ряде металлургических цехов они, помимо всего этого, подвергаются воздействию высокой температуры (до 60-70 о С), паров и газов.

В связи с этим по своим технико-экономическим показателям и характеристикам крановые электродвигатели значительно отличаются от электродвигателей общепромышленного исполнения.

Основные особенности крановых электродвигателей:

исполнение, обычно, закрытое ,

изоляционные материалы имеют класс нагревостойкости F и H,

момент инерции ротора по возможности минимальный, а поминальные частоты вращения относительно небольшие – для снижения потерь энергии при переходных процессах,

магнитный поток относительно велик – для обеспечения большой перегрузочной способности по моменту,

значение кратковременной перегрузки по моменту для кра но в ых электродвигателей постоянного тока в часовом режиме составляет 2,15 – 5,0, а для электродвигателей переменного тока – 2,3 – 3,5,

отношение максимально допустимой рабочей частоты вращения к номинальной составляет для электродвигателей постоянного тока 3,5 – 4,9, для электродвигателей переменного тока 2,5,

для крановых электродвигателей переменного тока за номинальный принят режим с ПВ – режим 80 мин (часовой).

Наиболее широко для привода крановых механизмов применяются трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором, обеспечивающие регулирование скорости и плавный пуск при относительно большом значении нагрузки на валу.

Крановые электродвигатели с фазным ротором устанавливают на крановых механизмах при среднем, тяжелом и весьма тяжелом режимах работы. Оля допускают регулирование пускового момента в заданных пределах и регулирование скорости в диапазоне (1 : 3) – (1 : 4).

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяются реже (для привода механизмов передвижения малоответственных тихоходных кранов) из-за несколько пониженного пускового момента и значительных пусковых токов, хотя масса их примерно на 8 % меньше, чем у двигателей с фазным ротором, а стоимость в 1,3 раза меньше, чем у этих двигателей при одинаковой мощности.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором иногда применяют при режимах Л и С (для механизмов подъема). Применение их на механизмах кранов, работающих в более тяжелых режимах, ограничено малой допустимой частотой включения и сложностью схем регулирования скорости.

Преимуществами асинхронных электродвигателей по сравнению с электродвигателями постоянного тока являются их относительно меньшая стоимость, простота обслуживания и ремонта.

Масса кранового асинхронного электродвигателя с наружной самовентиляцией в 2,2 – 3 раза меньше массы кранового электродвигателя постоянного тока при одинаковых поминальных моментах, а масса меди соответственно примерно в 5 раз меньше.

Если эксплуатационные затраты принять за единицу для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, то для электродвигателей с фазным ротором эти затраты составят 5, а для электродвигателей постоянного тока 10. Поэтому в крановых электроприводах наиболее широко применяются электродвигатели переменного тока (около 90 % от общего числа электродвигателей).

Электродвигатели постоянного тока применяют в тех случаях, когда требуется широкое и плавное регулирование скорости, для приводов с большим числом включений в час, при необходимости регулирования скорости вверх от номинальной, для работы в системах Г – Д и ТП – Д. В последнее время, в связи с развитием частотно-регулируемого электропривода, двигатели постоянного тока начали вытеснятся асинхронными электродвигателями, работающими в комплекте с частотными преобразователями.

Крановые электродвигатели переменного тока

У нас в стране выпускаются асинхронные крановые и металлургические электродвигатели в диапазоне мощностей 1 от 1,4 до 160 кВт при ПВ=40%.

Асинхронные электродвигатели изготовляются для частоты 50 Гц на напряжение 220/380 и 500 В, для экспортных поставок (металлургическая серия) – для частоты 60 Гц на напряжение 220/380 и 440 В, для частоты 50 Гц на напряжение 240/415 и 400 В.

Если напряжение сети 60 Гц на 20 % выше напряжения сети 50 Гц, то поминальная мощность электродвигателя может быть увеличена на 10 – 15 %, а кратность пусковых токов и моментов приближенно принимают неизменной.

Если номинальное напряжение сети на 50 Гц равно напряжению номинальному на 60 Гц, то повышение номинальной мощности не допускается. В этом случае номинальный момент и кратности максимального момента, пускового момента и пускового тока снижаются соответственно отношению: частот 50/60, т. е. на 17 %.

Отечественной промышленностью выпускаются асинхронные крановые электродвигатели с классом нагревостойкости F , которые обозначаются буквами МТ F (с фазным ротором) и МТК F (с короткозамкнутым ротором) . Металлургические асинхронные электродвигатели с классом нагревостойкости Н, которые обозначаются МТН и МТКН (соответственно с фазным или короткозамкнутым ротором) .

Электродвигатели серий МТ F , МТК F , МТН и МТКН изготовляют па синхронную частоту вращения 600, 750 и 1000 об/мин при частоте 50 Гц и на 720, 900 , и 1200 об/мин при частоте 60 Гц.

Электродвигатели серии МТКН изготовляются и в двухскоростном исполнении (синхронные частоты вращения 1000/500, 1000/375, 1000/300 об/мин), серии МТК F – в двух- и трехскоростном исполнениях (синхронные частоты вращения 1500/500, 1500/250, 1500/750, 250 об/мин) /

Электродвигатели серий МТ F , МТК F , МТН и МТКН характеризуются повышенной перегрузочной способностью, большими пусковыми моментами при сравнительно небольших значениях пускового тока и малом времени пуска (разгона).

Мощность электродвигателей серии МТН за счет применения современных изоляционных материалов увеличена па одну ступень при равных габаритных размерах при сравнению с ранее выпускавшимися электродвигателями серии МТМ.

Краново-металлургические асинхронные электродвигатели серии 4МТ имеют следующие особенности:

увеличение мощности при данной частоте вращения,

наличие четырехполюсного исполнения,

вероятность безотказной работы в течение гарантийного срока не менее 0,96 для крановых электродвигателей и 0,98 – для электродвигателей металлургического исполнения, средний срок службы 20 лет,

приуменьшенные шум и вибрация,

применение новых материалов – холоднокатаной электротехнической стали, изоляционных материалов на базе синтетических пленок и финилоновой бумаги, эмалированных проводов повышенной стойкости и др.

расширение шкалы мощностей восьмиполюсных электродвигателей до 200 кВт,

технически возможная унификация электродвигателей этой серии с электродвигателями серии 4А,

В обозначение электродвигателей серии 4МТ введена высота оси вращения (мм) так же, как и для электродвигателей серии 4А.

Крановые электродвигатели постоянного тока

Краново-металлургические электродвигатели постоянного тока изготовляются в диапазоне мощностей от 2,5 до 185 кВт при частотах вращения изготовляются с изоляцией класса нагревостойкости Н.

Степень защиты электродвигателей: I Р20 – для защищенного исполнения с независимой вентиляцией, I Р23 – для закрытого исполнения. Станины электродвигателей серии Д до исполнения 808 – неразъемные, а начиная с исполнения 810 – разъемные.

Обмотки возбуждения (при параллельном и смешанном возбуждении) рассчитаны на продолжительную работу, т. е. могут не отключаться на период остановки электродвигателя. Обмотки параллельного возбуждения состоят из двух групп, которые при включении на напряжение 220 В соединяются последовательно: на 110 В – параллельно, на 440 В – последовательно с последовательно включенными добавочными резисторами,

Двигатели рассчитаны па регулирование частоты вращения путем ослабления магнитного потока или повышения напряжения на якоре.

Двигатели с параллельным возбуждением и со стабилизирующей обмоткой допускают увеличение частоты вращения относительно номинальной в два раза (тихоходные со стабилизирующей обмоткой – в 2,5 раза) путем уменьшения тока возбуждения.

При такой увеличенной частоте вращения максимальный вращающий момент не должен превышать 0,8Мн – для электродвигателей па напряжение 220 В и 0,64Мн – для электродвигателей на напряжение 440 В.

Для работы подъемных механизмом необходимо использование специального редуктора. Предлагаем рассмотреть, как работают асинхронные крановые электродвигатели с фазным ротором для частотного регулирования, их обмоточные данные и технические характеристики.

Особенности двигателей

Все тяговые электродвигатели ГОСТ 18374 делятся на две группы:

• работающие с фазным ротором;
• работающие с короткозамкнутым ротором.

Обе эти группы имеют высокий КПД, но у них несколько разный принцип работы. Данные моторы используются во всех видах кранов: тельферах, талях, башенных, козловых и портальных установках. Главным преимуществом работы обоих типов является то, что помимо динамического способа работы, когда определенное количество времени поднимается груз с некоторым весом, они могут работать статично, когда груз некоторое время висит на кране неподвижно. Рассмотрим подробнее их принцип работы.

Основные технические характеристики

Двигатели с фазным ротором

Стандартные габариты и основные размеры мощностей двигателей:

Фото — Короткозамкнутые двигатели

Роторный мотор – это асинхронный двигатель, где ротор обмотки соединен через контактные кольца для внешнего сопротивления с рабочей и передаточной частью. Регулировка сопротивления позволяет контролировать частоты вращения крутящего момента двигателя. Роторный движок может быть запущен при помощи низкого пускового тока, а также путем использования высокого сопротивления в цепи ротора; при разгоне двигателя, сопротивление может быть уменьшено.

По сравнению с короткозамкнутым ротором, фазный двигатель роторного типа имеет больше витков обмотки; наведенное напряжение увеличивается, и имеющееся ниже, чем для короткозамкнутого ротора. При запуске типичного ротора используются 3 полюса, связанные с контактными кольцами. Каждый полюс соединен последовательно с переменной мощностью резистора. Во время запуска резисторов можно снизить напряженность поля статора. Как результат, пусковой ток сокращается. Еще одним важным преимуществом по сравнению с короткозамкнутым ротором является высокий стартовый крутящий момент.

Фото — Управление торможением фазного двигателя

Фазный роторный двигатель (сибэлектромотор), может быть использован в нескольких формах регулируемой скоростью вращения диска. Определенные типы вариаторов могут восстановить частоту скольжения и мощность от цепи ротора и питать его обратно в сеть, позволяя охватывать широкий диапазон скоростей с высокой энергетической эффективностью. Двойное питание электрических машин использует контактные кольца для внешнего питания в цепи ротора, что позволяет увеличить диапазон регулирования скорости вращения. Но сейчас такие механизмы редко используются, в основном они заменены на асинхронные двигатели с частотно-регулируемым приводом.

Фото — Конструкция фазного кранового электродвигателя

Короткозамкнутые роторы

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором – это асинхронные крановые двигатели, которые состоят из стального цилиндра с алюминиевыми или медными жилами, внедренными в их поверхность и вращающейся части — ротора.

Эта модель двигателя представляет собой цилиндр, закрепленный на валу. Внутренне он содержит продольные проводящие бары (обычно изготавливается из алюминия или меди), установленные в пазы и присоединенные с обоих концов путем замыкания кольца, образующих каркасообразную форму. Название происходит от схожести между кольцами обмотки и баров с короткозамкнутым ротором.

Твердый сердечник ротора состоит из соединений легированной стали. Ротор имеет меньшее количество слотов, чем статор и не может быть кратен числу его пазов, для того чтобы предотвращать магнитные блокировки зубов ротора и статора первоначальный крутящий момент.

Описание принципа работы короткозамкнутого ротора: поля обмотки статора асинхронного электродвигателя переменного тока настраиваются на вращающееся магнитное поле через ротор. Благодаря движению, устройство начинает индуцировать ток и передавать его в обмотку и на бары. В свою очередь эти продольные токи в проводниках взаимодействуют с магнитным полем для производства моторной силы, выступая на касательный ортогональный ротор, в результате чего крутящий момент проворачивает вал. Также ротор вращается от магнитного поля, но на более низкой скорости. Разница в скорости называется скольжением и увеличивается с ростом нагрузки.

Схема работы изображена ниже:

Фото — Схема работы короткозамкнутых приводов

Проводники часто слегка наклонены по длине ротора, что снижает шум и сглаживает колебания крутящего момента, это может привести к увеличению скорости из-за взаимодействия с полюсными наконечниками статора. Количество баров на короткозамкнутом роторе определяет, в какой степени индуцированные токи возвращаются на обмотки статора и, следовательно, ток через них. Конструкция также может работать в качестве реверсивного механизма.

Железный якорь используется для того, чтобы проводить магнитное поле через проводники ротора. Дело в том, что МП ротора взаимодействует с МП якоря, и несмотря на то, что конструкция аналогичная трансформатору, это является причиной снижения и потери энергии. Якорь сделан из тонких пластин, разделенных лаковой изоляцией, чтобы уменьшить вихревые токи, циркулирующие в нем. Материал отличается низким уровнем выбросов углекислого газа, высоким кремния. Основа из чистого железа значительно снижает потери на вихревые токи, низкая коэрцитивная сила уменьшает малые потери на гистерезис.

Эта базовая конструкция используется как для однофазных, так и для трехфазных двигателей в широком диапазоне размеров. Роторы для трехфазных двигателей будут иметь вариации в глубину и форму баров. Как правило, бруски с большей толщиной могут иметь хороший крутящий момент и являются более эффективными в борьбе со скольжением, поскольку они представляют меньшую устойчивость к ЭМП.

Фото — Конструкция трехфазного двигателя

Трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются для:

1. Крановых механизмов;
2. Тяговых машин;
3. Комбайнов;
4. Грузовых автомобилей и кораблей.

Говоря про варианты установки двигателей, они бывают вертикально-фланцевые, горизонтальные, горизонтально-фланцевые.

Марки двигателей и обзор цен

На данный момент, в России и Украине осуществляется производство таких крановых электродвигателей:

Фазных – MTF, MTKF, MTM, MTН, MEZ FRENSTAT, KMR, DMTF, (завод Leroy Somer), WASI, FLSLB, SMH;

Короткозамкнутых – Sew-Eurodrive, двигатели от Bularia, Siemens, VEM, HORS, МТВ, МТИ, МТК, МТКМ, МТКН, МТМ, МТН, МТФ;

Для некоторых видов крановых механизмов (к примеру, металлургические подъемники), используются серии АИР (двухскоростные двигатели постоянного тока).

Купить крановые электродвигатели можно в любом городе СНГ, цена товара напрямую зависит от его мощности, фирмы-производителя и города, де он покупается. Возможен наличный и безналичный расчет. Из открытых источников мы собрали прайс-лист, предлагаем с ним ознакомиться (цены приблизительные, при покупке кранового электродвигателя обязательно просмотрите дополнительно каталог производителя, возможны изменения цен):

Город	Стоимость, рубли	Город	Стоимость, рубли
Москва	50 000	Минск	43 000
Киев	50 000	Владивосток	46 000
Воронеж	43 000	Омск	40 000
Новосибирск	46 000	Владимир	40 000
Вологда	40 000	Томск	46 000
Тула	40 000	Уфа	40 000
Екатеринбург	43 000	Казань	40 000
Астана	46 000	Волгоград	40 000

Все производители дают на свои приборы гарантию – 5 лет (минимум – год, т.к. мощность более 10 кВт). Продажа осуществляется в специализированных центрах, магазинах. Мы не советуем приобретать данные устройства из рук либо на стихийных рынках. Следите за тем, чтобы двигатели были работоспособные и полностью исправные, обязательно должны быть соблюдены условия хранения (влажность ниже 40 %, температура от +3 до +20 градусов), иначе возможно окисление внутренних контактов.

“>