Электродвигатель с охлаждением вала

Независимое охлаждение электродвигателя

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Практически все электродвигатели общепромышленного назначения выпускаются со встроенной крыльчаткой, которая напрессовывается на свободный конец вала и располагается под защитным кожухом. Если электрическая машина эксплуатируется в обычном режиме, охлаждение электродвигателя обеспечивается в должной степени, необходимой для длительной безаварийной работы. Однако довольно часто возникают ситуации, когда потока воздуха, создаваемого штатным вентилятором, будет недостаточно для эффективного обдува двигателя.

Это может произойти в случае, если эксплуатация двигателя осуществляется:

  • в условиях постоянных нагрузок;
  • с частыми пусками и остановами;
  • под управлением частотных преобразователей с пониженной или увеличенной частотой вращения вала;
  • при повышенной температуре окружающей среды.

Кроме того, независимая вентиляция электродвигателя необходима при установке на его вал вместо крыльчатки специальных датчиков скорости и положения.

Эксплуатация электрических машин без дополнительного охлаждения в перечисленных выше условиях неизбежно приведет к возникновению аварийных ситуаций.

Обычно на производстве стараются свести к минимуму риск выхода оборудования из строя и внедряют независимые системы охлаждения электродвигателей. Но здесь потенциального покупателя подстерегает неприятная неожиданность! Двигатели с дополнительной вентиляцией в массовом производстве отсутствуют, поэтому просто позвонить менеджеру завода-изготовителя и заказать необходимый типоразмер не получится, так как его может не оказаться на складе.

Ситуация немного проще в том случае, когда требуется несколько двигателей с полностью идентичными размерами и характеристиками. Предприятие по индивидуальному заказу изготовит небольшую партию. Однако ее производство может растянуться на несколько месяцев, да и стоимость будет несоразмерно велика. Но ведь для решения производственных задач могут понадобиться двигатели разных типоразмеров, причем в единичных экземплярах и разных марок. Вероятность того, что удастся собрать комплект оборудования у разных производителей, практически равна нулю.

Но не стоит паниковать и предаваться унынию. Из кажущейся тупиковой ситуации есть довольно простой выход. Вам нужно только связаться с менеджерами компании Кабель.РФ ® , выбрать необходимые марки электродвигателей и заказать их модернизацию. Наши технические специалисты в течение двух недель установят дополнительные однофазные или трехфазные вентиляторы, подключаемые к обмоткам электрической машины или к независимой сети, а также предоставят все сопроводительные документы к такой электрической машине с независимым охлаждением.

Охлаждение электродвигателей

Все электродвигатели выделяют тепло в результате электрических и механических потерь, это свойство конечно же учитывается при проектировании, и при стандартных нагрузках, машина успешно справляется с естественным повышением температуры рабочих органов и корпуса. Но, например, при использовании частотных преобразователей, когда требуется изменение частоты вращения ротора электродвигателя более, чем на 30% от номинального значения, электромотор перегревается. Сильное нагревание агрегата также наблюдается и при увеличении допустимой нагрузки на двигатель. Учитывая то, что обмотки большей части промышленных двигателей рассчитаны на эксплуатацию при температурах не выше 90-95 градусов, остро встает вопрос подбора высокоэффективной системы охлаждения, так как перегрев электродвигателя, а особенно его обмоток, значительно сокращает срок службы агрегата. В худшем случае, перегрев электродвигателя спровоцирует межвитковое замыкание, за которым последует потеря мощности и полная остановка двигателя.

Для охлаждения промышленных асинхронных электродвигателей, как правило, используется «вентилятор» — крыльчатка, установленная на валу электродвигателя, которая нагнетая воздух, отводит тепло за пределы агрегата. Чтобы двигатель мог работать в обоих направлениях, крыльчатки бывают двунаправленными, изготавливают их из прочного пластика, алюминия или стали. Корпус двигателя обычно снабжен ребрами, расположенными по пути движения воздуха, что значительно улучшает охлаждение мотора. Маломощным электродвигателям и вовсе хватает естественного охлаждения, за счет передачи накопленного тепла в окружающую среду через корпус электродвигателя.

Данная система эффективна при работе двигателя в номинальном режиме и при благоприятных температурных условиях. Ведь если падает скорость вращения двигателя (при использовании ЧП, например), падает и скорость вращения крыльчатки, а соответственно и качество охлаждения. Высокая температура в производственном помещении тоже затрудняет охлаждение агрегата.

В таких случаях спасает принудительные внешние системы охлаждения. Самые популярные и конструктивно простые – это блоки независимого охлаждения с отдельным от электродвигателя источником питания. Такой аппарат не зависит от скорости вращения вала и соответственно может эффективно охлаждать мотор в сложных для двигателя условиях работы. Выпускаются даже взрывозащищенные варианты независимых блоков охлаждения.

Более эффективными, но и более дорогими являются водные системы охлаждения. Использование контура водяного охлаждения позволяет снизить габаритные размеры электродвигателя, понизить уровень шума и вибраций, а также понижает влияние электродвигателя на температурный режим в помещении. В качестве хладагента может использоваться как вода, так и другие вещества, например, фреон, водород, углекислый газ и т.д.

Электродвигатели АВВ для аппаратов воздушного охлаждения

Аппараты воздушного охлаждения (АВО) предназначены для охлаждения или конденсации технологических потоков газа и водяного пара и находят свое применение в таких отраслях, как нефтехимия, нефтепереработка и химическая промышленность, переработка и транспортировка газа, пищевая промышленность и сельское хозяйство. В статье рассматривается конструкция электродвигателя для АВО.

С точки зрения конструкции электропривода все АВО можно разделить на три основных типа (рис. 1) – АВО с прямой посадкой вентилятора на вал электродвигателя, АВО с ременной передачей и АВО с редукторным приводом (соосный или перпендикулярный вал).

Рис. 1. Классификация АВО по типу привода

Каждый из типов привода обладает своими преимуществами и недостатками, которые сведены в таблицу.

Таблица. Преимущества и недостатки АВО с разными типами приводов

Тип привода АВО

Прямая посадка вентилятора на вал

Отсутствие дополнительных узлов: выше надежность, меньше эксплуатационные расходы

Допускается низкая температура эксплуатации (до -60°С)

Простой монтаж с минимумом операций

Низкооборотистый электродвигатель: высокая масса и стоимость, низкий КПД

Компактный высокоскоростной электродвигатель

Невозможность работы при низкой температуре (ниже -40°С)

Пониженная надежность в связи с увеличением количества элементов (ременная передача, подшипниковый узел)

Необходимость настройки силы натяжения ремней перед пуском

Стандартная конструкция электродвигателей

Требуется специальное исполнение для низкой температуры

Низкая надежность – много конструкционных элементов

Высокие расходы на ТО

Низкий суммарный КПД системы

В Российской Федерации имеется около двух десятков предприятий, выпускающих различные типы АВО, а также несколько зарубежных компаний, поставляющих свои аппараты на территорию РФ. В каждой отрасли исторически используется определенный тип электропривода. Например, нефтеперерабатывающие заводы и газотранспортировочные узлы предпочитают АВО с прямой посадкой, реже – с ременной передачей. Нефтехимические и химические предприятия чаще всего используют ременную передачу. Редукторный привод применяется в сельском хозяйстве и пищевой отрасли, а также в генерации электрической энергии, которая наряду с редукторным использует и АВО с прямой посадкой.

С точки зрения электродвигателей наиболее благоприятными решениями являются редукторная и клиноременная передача, так как в этих случаях используются стандартные электродвигатели с частотой вращения 1500 или 1000 об/мин (реже 3000), которые распространены и имеют более высокий КПД.

Электродвигатели с прямой посадкой на вал имеют низкооборотистое исполнение (500 об/мин и ниже), а также специальное монтажное исполнение, которое позволяет крепить его на раму АВО или на фундамент под аппаратом. В конце прошлого года компания АВВ разработала конструкцию электродвигателя с прямой посадкой на вал для АВО, чтобы предоставить производителям наиболее полное предложение, которое может включать электродвигатель, механические компоненты и преобразователь частоты для управления скоростью вращения вентилятора.

Читайте также  Электродвигатель асинхронный с двумя валами

Конструкция электродвигателей компании АВВ для АВО с прямой посадкой на вал

В настоящее время компания АВВ выпускает электродвигатели на 500 об/мин (12 полюсов) с диапазоном мощностей от 6,5 до 18,5 кВт. Кроме того, ведутся разработки по изготовлению 14-ти-полюсных электродвигателей (428 об/мин).

Двигатели рассчитаны на напряжение питающей сети 380В (+/- 10%) с частотой 50 Гц, но возможно исполнение и на другие напряжения. Питание допускается как напрямую от сети, так и от преобразователя частоты.

В стандартном исполнении электродвигатели выпускаются со степенью защиты IP55, но по дополнительному заказу она может быть увеличена до IP56 или IP65.

Двигатели имеют метод охлаждения IC 0041 А (полностью закрытый корпус воздушного охлаждения, без вентилятора): охлаждение происходит за счет перемещения воздушного потока, создаваемого вентилятором АВО.

Монтажное исполнение двигателя — IM V3. В стандартном варианте электродвигатели поставляются со специальной переходной платформой для удобного монтажа на местах установки в АВО, но можно заказать их и без данной платы с фланцем в соответствии со стандартом DIN. Вал электродвигателя может быть выполнен как в цилиндрической, так и в конической форме.

Двигатели предназначены для применения в условиях окружающей среды от -55 до +40°С при относительной влажности до 100% как внутри, так и вне помещений. Возможна эксплуатация при более высокой температуре по дополнительному согласованию с производителем оборудования. Двигатели имеют нагревательные элементы в обмотке статора, которые служат для ее просушки с целью увеличения сопротивления изоляции.

Для подключения двигателя к сети и вывода сигналов с датчиков двигатели оснащены двумя силовыми выводами M50 и двумя вспомогательными M20 с кабельными сальниками Exd IIB для небронированного кабеля (стандартно). Клеммная коробка имеет достаточно внутреннего места для удобного подведения и подключения силовых и сигнальных кабелей (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид клеммной коробки, габариты 200-225

Конструкция подшипниковых узлов

Одними из наименее надежных узлов электродвигателя являются подшипники. Помимо того, что они требуют постоянного технического обслуживания, они также достаточно чувствительны к внешним воздействиям – температуре, попаданию влаги и грязи вовнутрь, механическим воздействиям.

Электродвигатели АВВ для АВО оснащены шариковыми подшипниками с обоих сторон производства SKF или FAG. Конструкция электродвигателя позволяет производить замену смазки подшипников без снятия подшипникового щита. Интервалы, количество и тип необходимой смазки указаны в инструкции по монтажу и эксплуатации, поставляемой совместно с электродвигателем, а также непосредственно на его паспортной табличке. Срок службы подшипников при соблюдении надлежащих условий монтажа и эксплуатации составляет 100 000 моточасов.

Для защиты от проникновения влаги и грязи переднего подшипника электродвигателя, который установлен вертикально валом вверх, компания АВВ разработала ряд специальных защит: в частности, все двигатели уже в стандартном исполнении имеют лабиринтное уплотнение, которое не позволяет попасть внутрь грязи и влаге во время простоя двигателя, а также специальную «тарелку», установленную перед подшипником, которая защищает его во время работы. Данная конструкция прошла серьезные испытания и показала свою состоятельность.

Кроме того, электродвигатели имеют специальный фланец с отверстиями для стока воды, чтобы она не задерживалась в районе подшипниковых узлов (рис. 3).

Рис. 3. Лабиринтное уплотнение и специальный фланец

Питание электродвигателей от преобразователя частоты

Сегодня всё большее количество электродвигателей комплектуется преобразователями частоты, которые, помимо основной функции (управления скоростью вращения электродвигателем) имеют ряд дополнительных преимуществ: энергосбережение, дополнительная защита двигателя и сети от аварийных режимов, реализация простых алгоритмов АСУ ТП и т.д.

Электродвигатели для АВО производства АВВ имеют универсальную конструкцию и могут питаться как напрямую от сети, так и от преобразователя частоты. Однако при питании от преобразователя частоты во внимание должны быть приняты следующие моменты.

1. Перегрузочная способность электродвигателей, а также минимальная и максимальная частоты вращения вала электродвигателя.

При регулировании электродвигателя от преобразователя частоты в области частот вращения ниже номинальной охлаждение происходит менее интенсивно, что в конечном итоге может привести к перегреву электродвигателя. Для оценки эффекта ухудшения охлаждения электродвигателя в компании АВВ применяются нагрузочные диаграммы, показывающие допустимый максимальный момент нагрузки на вал двигателя в зависимости от частоты вращения (рис. 4).

Рис. 4. Нагрузочные характеристики при питании от преобразователя частоты АВВ с режимом управления DTC (слева) и любого другого преобразователя частоты (справа)

При чрезмерном повышении частоты вращения следует учитывать закон постоянства мощности, т.е. снижать момент нагрузки на вал электродвигателя в линейной зависимости от увеличения частоты вращения.

Для квадратичной зависимости нагрузки на вал электродвигателя (которой обладают АВО) снижение частоты вращения не является критичным, так как при этом значительно падает нагрузка на вал, что, в свою очередь, вызывает уменьшение потребляемого тока и, следовательно, температуру обмотки. А вот увеличение частоты вращения на вентиляторе может привести к перегреву электродвигателя. При увеличении частоты вращения с 50 до 60 Гц мощность нагрузки на вал увеличивается в 1,7 раз. Поэтому ТЗ на электродвигатели для АВО изначально должно учитывать повышение частоты вращения двигателя выше номинальной, если это может потребоваться для обеспечения параметров технологического процесса.

2. Перенапряжение обмотки статора.

При питании от преобразователя частоты на обмотку электродвигателя могут подаваться пики перенапряжения малой продолжительности, но с большой амплитудой – до двукратного значения напряжения питающей сети.

Стандартная обмотка электродвигателей компании АВВ выдерживает такие перенапряжения без последствий при питающей сети 500 В и ниже.

В случае, если питающая сеть имеет напряжение более 500 В, применяется специальная усиленная изоляция, предотвращающая преждевременный выход электродвигателя из строя (рис. 5).

3. Подшипниковые токи.

При питании электродвигателя от преобразователя частоты в связи с асимметрией подаваемого на обмотки электродвигателя трехфазного напряжения формируется разность потенциалов, которая преобразуется в протекание тока по контуру «корпус двигателя – подшипники – ротор». Особенно неблагоприятно данный ток влияет на подшипники (вернее, их смазку) – в течение короткого времени они перегреваются и выходят из строя. Для уменьшения негативного влияния подшипниковых токов существует ряд мер. Компания АВВ, например, применяет изолированный подшипник с неприводной стороны, который значительно уменьшает или даже прерывает ток через подшипники, значительно увеличивая срок их службы. Изолированный подшипник устанавливается на электродвигатели мощностью от 100 кВт и высотой оси вращения выше 280 мм.

4. Защита поверхности электродвигателя от перегрева.

В случае, когда электродвигатель питается от преобразователя частоты, также необходим контроль температуры поверхности электродвигателя с целью недопущения превышения температуры выше указанного класса (ГОСТ Р МЭК 60079-14 — 2008). Его можно реализовать двумя способами – проведением типовых испытаний конкретного типа электродвигателя с конкретным типом преобразователя частоты или с помощью непосредственного контроля температуры поверхности электродвигателя.

Компания АВВ провела типовые испытания со всеми преобразователями частоты серий ACS8, имеющими алгоритм прямого управления моментом (DTC – Direct Torque Control), которые подтвердили отсутствие перегрева поверхности электродвигателя в заданном рабочем диапазоне. В случае комплексного применения взрывозащищенных электродвигателей с данными преобразователями необходимости в применении датчиков температуры поверхности нет. Во всех остальных случаях компания АВВ может оснастить свои электродвигатели датчиками температуры поверхности типа PTC или Pt100.

Читайте также  Cc 508 trialli крестовина карданного вала 29×77

Охлаждение промышленных электродвигателей

Нагрев любой электрической машины обусловлен преобразованием части электроэнергии в тепловую, трением отдельных конструктивных элементов, величиной нагрузки на валу. Учитывая то, что обмотки большинства промышленных электродвигателей могут работать при температуре, не превышающей 90-95 градусов, становится актуальным вопрос выбора эффективных систем охлаждения.

На практике применяют несколько конструктивных решений, способных обеспечить снижение температуры ЭД различных типов до нормируемых значений. Наибольшее распространение в промышленных электродвигателях средней и большой мощности получили следующие варианты.

Принципы самовентиляции электродвигателей

Самый простейший способ — естественное охлаждение двигателя, обеспеченное за счет передачи накопленного тепла в окружающий воздух через корпус электродвигателя. Но такой вариант приемлем только для маломощных модификаций, в промышленных установок подобного отвода тепла уже недостаточно.

В большинстве электродвигателей реализована схема охлаждения за счет самовентиляции. Благодаря созданию воздушных потоков скорость отвода тепла от нагретых деталей повышается на порядок. Для этой цели на вал двигателя с нерабочей стороны устанавливается крыльчатка, действующая по принципу обычного вентилятора. В отдельных случаях создание устойчивых воздушных потоков обеспечено конструкцией самого ротора. Различают два основных типа системы охлаждения:

Наружная самовентиляция — поток охлаждающего воздуха проходит вдоль поверхности корпуса электродвигателя, который для увеличения теплоотдачи имеет специальное оребрение. Увеличение площади соприкосновения позволяет обеспечить более эффективный отвод тепловой энергии.

Внутренняя самовентиляция — воздушный поток циркулирует между основными конструктивными элементами по специальным каналам. Благодаря такому решению тепловая энергия отбирается непосредственно с нагретых обмоток и деталей двигателя, что позволяет поддерживать требуемую температуру даже при работе с максимально допустимой мощностью.

Для большинства электродвигателей, работающих с постоянной частотой вращения ротора, этот вариант считается наиболее простым. Но, при в системах для которых требуется регулировка скорости, такой вариант уже неэффективен, и требуется применение принудительного охлаждения.

Принудительное охлаждение

Принцип системы заключается в том, что частота вращения крыльчатки вентилятора не зависит от режима работы самого двигателя. Вентилятор обеспечен отдельным двигателем. Поэтому, при работе в режимах с небольшим количеством оборотов ротора производительность системы охлаждения не снижается.

Особенно актуален такой тип охлаждения для электродвигателей с частотными преобразователями и другими регуляторами частоты вращения ротора. Практически все ЭД постоянного тока комплектуются охлаждающими устройствами такого же типа. При этом наиболее эффективным считают замкнутые системы охлаждения, в том числе и с жидкостными воздухоохладителями. Воздух при этом циркулирует по замкнутой системе между электродвигателем и воздухоохладителями, благодаря чему отпадает необходимость в его постоянной очистке.

Особенности систем охлаждения синхронных электродвигателей

В синхронных электродвигателях различной мощности чаще всего реализована проточного (продуваемого) типа. Воздух, необходимый для отвода тепла, забирается из машинного зала, проходит через ЭД, нагревается и удаляется за пределы рабочей зоны. В отдельных случаях применяют схемы, при которых охлаждающий воздух забирается непосредственно у места установки электродвигателя и отводится из рабочей зоны по вентиляционной сети. В отдельных случаях тепловую энергию воздуха используют в системах рекуперации, позволяющих организовать обогрев других производственных и бытовых помещений.

Системы охлаждения асинхронных двигателей

При небольшой мощности двигателей (обычно до 15 кВт) используется схема с наружным охлаждением, причем могут применяться системы как с самовентиляцией, так и с принудительным охлаждением. Для более мощных электродвигателей характерна схема с внутренним охлаждением.

Для асинхронных двигателей большой мощности чаще всего реализованы системы охлаждения с замкнутым циклом. При этом воздухоохладители могут монтироваться как в опорном фундаменте электрической машины, так и на ее корпусе.

Альтернативные способы охлаждения электродвигателей

Повысить эффективность работы систем можно за счет применения хладагентов с большей теплопроводностью. Так, в электрических машинах большой мощности реализованы системы замкнутого цикла с применением водорода, теплоемкость которого по сравнению с воздухом больше в 7,1 раз. Благодаря такому решению эффективность отвода тепла поднимается практически на порядок. Но, к сожалению, для промышленных электродвигателей средней и малой мощности такой поход нецелесообразен из-за больших эксплуатационных расходов. Большего внимания может заслуживать схема с принудительным охлаждением отведенного воздуха в теплообменниках типа «воздух – вода».

Каталог электродвигателей

Электродвигатель — это электрическая машина (электромеханический преобразователь), преобразующая электрическую энергию в механическую. Побочный эффект — выделение тепла. В основе работы всех электродвигателей лежит принцип электромагнитной индукции. Обычно, электродвигатель состоит из двух основных частей: статора (неподвижной внешней части, генерирующей неподвижное или вращающееся магнитное поле ) и ротора (подвижной части, находящейся внутри статора). Электрическим током либо постоянными магнитами в них создаются неподвижные и/или вращающиеся магнитные поля. Взаимодействие этих полей приводит ротор в движение.

Все перечисленные общепромышленные, крановые и взрывозащищенные электродвигатели доступны на складе в Ижевске.

Условные обозначения электродвигателей

общепромышленные электродвигатели :
АИ — обозначение серии общепромышленных электродвигателей
Р, С (АИР и АИС) — вариант привязки мощности к установочным размерам, т.е.
АИР (А, 5А, 4А, АД) — электродвигатели, изготавливаемые по ГОСТ
АИС (6А, IMM, RA) — электродвигатели, изготавливаемые по евростандарту DIN (CENELEC)
взрывозащищенные электродвигатели: ВА, АВ, АИМ, АИМР, 2В, 3В и др.

климатическое исполнение электродвигателя:
У — умеренный климат
Т — тропический климат
УХЛ — умеренно холодный климат
ХЛ — холодный климат
ОМ — на судах морского и речного флота

Монтажное исполнение электродвигателя

Конструктивное исполнение по способу монтажа (крепление и сочленение) и условное обозначение для этих исполнений установлены по ГОСТ 2479

Первая цифра в обозначении — конструктивное исполнение двигателя:
1 — двигатель на лапах с подшипниковыми щитами;
2 — двигатель на лапах с подшипниковыми щитами и фланцем на одном подшипниковом щите;
3 — двигатель без лап с подшипниковыми щитами и фланцем на одном подшипниковом щите;

Вторая и третья цифры в обозначении — способ монтажа двигателя.
Четвертая цифра в обозначении — исполнение вала двигателя:
1 — с одним цилиндрическим концом вала;
2 — с двумя цилиндрическими концами вала.

Общепромышленные электродвигатели изготавливаются в стандартном исполнении:
*климатическое исполнение У3 (умеренный климат, работа в помещении)
*номинальное напряжение 380V, а также 220/380V, 380/660V при частоте 50Гц — для низковольтных двигателей
*номинальное напряжение 6000V и 10000V при частоте 50Гц — для высоковольтных двигателей
*режим работы S1 (продолжительный режим работы) — по ГОСТ 28173
*степень защиты IP54, IP55 (общепромышленные, взрывозащищенные);
IP23 (защищенного исполнения);
IP10 (лифтовые) по ГОСТ 17494

КРАНОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ: общая характеристика

количество полюсов электродвигателя:
6, 8, 10, 6/12, 6/16, 6/20, 4/24
климатическое исполнение электродвигателя и категория размещения:
для крановых электродвигателей стандартно — У1;
возможно изготовление с климатическим исполнением УХЛ1, Т1

монтажное исполнение электродвигателя: