Схемы и технические характеристики крановых электродвигателей

Для подъема грузов на различную высоту используется электродвигатель крановый. Его особенность в том, что он рассчитан на работу в режиме частых пусков. Обычный двигатель, даже достаточно мощный, при таких режимах сильно перегревается и выходит из строя.

Электродвигатель подъемного крана работает под напряжением 380 вольт, хотя есть варианты на другие значения по электропитанию. Как правило, это трехфазные асинхронные аппараты с фазным ротором, регулируемые при помощи сопротивлений. В некоторых моделях кранов вместо резисторов устанавливают тиристорные регуляторы с горизонтальным управлением угла открытия. Такие схемы позволяют делать плавный пуск, что исключает рывки, толчки, а также делает работу с краном более комфортной и безопасной. Для этих же целей могут применяться двигатели постоянного тока.

Фазные аппараты

В мостовых кранах, как правило, стоят асинхронные двигатели с фазным ротором, к примеру, МТН. Такие моторы обеспечивают плавный пуск, а также позволяют регулировать скорость, несмотря на значительную нагрузку на валу. Их устанавливают на оборудовании среднего, тяжелого и очень тяжелого режимов работы. Преимущество МТН перед двигателями постоянного тока заключается в более низкой цене и простоте обслуживания. Если сравнить массы этих двигателей на мостовых кранах, то будет видно, что фазники в несколько раз легче.

Если общие затраты на работу короткозамкнутых асинхронных машин принять равными единице, то для фазных аппаратов они будут равны пяти, а для двигателей постоянного тока – десяти. Это объясняет, почему подавляющее большинство моторов на кранах именно трехфазные.

Для отечественной промышленности выпускаются электродвигатели различной нагревостойкости изоляции, обозначаемой буквой в модели аппарата: МТФ – 155○С, МТН – 180○С.

Электрические машины для мостовых, а также других кранов, серии МТН и МТКН выпускают с частотой вращения 600, 750 и 1 тыс. об/мин. при 50 Гц, а для частоты сети 60 Гц – 720, 900 и 1200 об/мин. Эта серия характеризуется высокой перегрузочной способностью, повышенным пусковым моментом при небольшом токе и быстрым разгоном.

Двигатели МТН имеют повышенную мощность за счет улучшенных характеристик изоляционных материалов, по сравнению с предыдущими моделями подобных электрических машин.

Пусковая аппаратура может представлять из себя мощные резисторы, несколько пускателей, постепенно закорачивающих ротор, и реле времени.

Схема с использованием мощных резисторов, нескольких пускателей, постепенно закорачивающего ротора, и реле времени

Подобные схемы успешно работают на мостовых кранах. После пуска двигатель МТН включается на полном значении сопротивлений в цепи ротора. Через определенное время, выставленное на реле времени, когда пусковой ток падает до номинала, включается первый контактор, который как бы «выбрасывает» часть сопротивлений и двигатель получает дополнительный момент, разгоняясь до следующего значения. В каждом отдельном случае количество резисторов и пускателей «выброса» может быть разное.

Когда включается последний пускатель, МТН выходит на свои полные обороты и работает как асинхронник с короткозамкнутым ротором. Крановые электродвигатели с фазным ротором можно использовать как для кратковременного режима работы, так и для постоянного.

Пониженная скорость

На современных мостовых кранах используется электронная схема, позволяющая получить пониженную, или «ползучую», скорость. Это бывает крайне необходимо в случаях погрузки опасных или негабаритных грузов, а также в случае, когда нужна очень точная погрузка.

Для этой цели используют тиристоры или симисторы. Получая напряжение с фазных колец ротора, схема устанавливает угол открытия тиристора согласно заданного значения. В результате, машинист может регулировать нужную скорость, если такая регулировка выведена в его кабину, либо включать заданное значение.

Торможение

Для торможения двигателя на мостовых, и не только, кранах, успешно применяют динамический режим: в обмотку статора, после отключения питания, кратковременно подают постоянное напряжение, имеющее неподвижное магнитное поле. Такой способ позволяет повысить точность остановки механизма.

Такое напряжение подают либо через гасящий резистор, либо при помощи понижающей схемы. После остановки двигателя его необходимо обесточить.

Другие типы двигателей

В крановом хозяйстве широко применяются электродвигатели постоянного тока. Они изготавливаются с разбросом мощностей от 2,5 до 185 кВт. Степени защищенности: IP20 – сборка защищенная, обдув независимый, IP23 – полностью закрытая сборка.

Если возбуждение либо смешанное, либо параллельное, тогда эти обмотки можно не обесточивать. Это обусловлено техническими характеристиками данной электрической машины, рассчитанной на длительные режимы работы.

Если возбуждение у аппарата последовательное, то обмотки собираются из двух групп. При 220 в их собирают и подключают друг с другом последовательно, если 110 в – параллельно, а если двигатель питается от 440 в – последовательно-параллельно с добавочным резистором.

Частота вращения регулируется двумя способами: ослаблением напряжения возбуждения или увеличением его на якоре.

Электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и стабилизирующей обмоткой, согласно своим характеристикам, допускают ускорение вращения в два раза от номинала при помощи уменьшения напряжения возбуждения. Если же это тихоходный тип двигателя, тогда можно увеличить скорость в 2,5 раза.

Однако стоит помнить о таком ограничении: для аппаратов на 220 в при увеличенной скорости вращающий момент должен быть не выше 0,8 Мн, а для двигателей на 440 в – не выше 0,64 Мн.

Электродвигатели для кранового хозяйства имеют свои характеристики, которые необходимо учитывать при установке их на соответствующие механизмы.

Крановые электродвигатели — особенности, назначение, разновидности

Автоматизация процессов в современном обществе повсеместно заменяет труд человека, как в простейших повседневных делах, так и в сложных производственных процессах. Для привода различных грузоподъемных механизмов применяются электродвигатели, которые полностью исключают физический труд по перемещению. В отличии от классических электрических машин крановые электродвигатели обладают рядом отличительных особенностей.

Особенности и назначение

Под крановыми электродвигателями следует понимать такие электроприводные агрегаты, которые осуществляют перемещение различных механизмов крановых установок. При рассмотрении грузоподъемных кранов, как компонентного механизма, состоящего из различных составных элементов, назначение крановых электрических машин имеет несколько направлений:

• Перемещение самой крановой установки по рельсам;
• Перемещение крановых установок в вертикальной плоскости;
• Поворот крановых элементов;
• Движение грузоподъемных механизмов для перемещения крюка.

Все манипуляции с грузом выполняются за краткосрочный период, поэтому работа кранового электродвигателя должна производиться в повторно-кратковременных режимах, при этом существенно изменяется диапазон частоты вращения. Из-за этого продолжительных усилий им совершать не приходится, но агрегат претерпевает кратковременные нагрузки и воздействия пусковых токов. Помимо стандартных ситуаций обмотки могут подвергаться перегрузкам и перегреву, поэтому приводы механизмов изготавливаются со следующими особенностями:

• В большинстве случаев это электрические машины закрытого типа, наружный кожух позволяет защищать их от механических воздействий в процессе эксплуатации. Для металлургических агрегатов могут делаться исключения, так как из-за повышенной температуры возникает необходимость вентиляции обмоток.
• Общепромышленные электродвигатели имеют улучшенную изоляцию по параметрам устойчивости к высоким температурам, как правило, классов F и H. Что позволяет сохранять уровень сопротивления изоляции при ее нагревании.
• Относительно небольшая инерционность вала, что обеспечивает снижение потерь электрической энергии во время переходных процессов на рабочих частотах.
• Магнитная система обладает хорошей проводимостью, что создает мощный поток, способный преодолевать серьезные нагрузочные усилия.
• Допускается высокий уровень перегрузки относительно номинального значения рабочих токов. Коэффициент может достигать от 2 до 5, что считается нормальным режимом для кранового электродвигателя.
• Большой разброс частот вращения между минимальным и максимальным режимами.

Некоторые требования для крановых электродвигателей могут упраздняться в виду особенностей рабочих режимов и техпроцессов. А некоторые виды специализации будут продиктованы типом и конструкцией мотора.

Разновидности крановых электродвигателей

В виду использования различных принципов для вращения ротора в электродвигателе, многие из них нашли широкое применение в эксплуатации крановых установок. Среди электродвигателей общепромышленного назначения выделяют машины переменного и постоянного тока, асинхронные двигатели, как с фазными, так и с короткозамкнутым ротором. Далее рассмотрим каждый из типов, применяемых для кранового оборудования.

Переменного тока

Для отечественных кранов используются асинхронные электрические машины переменного тока. Отличительной особенностью таких установок являются хорошие тяговые характеристики, а вот к недостаткам относится необходимость подключения сразу трех фаз и большие пусковые токи. Большинство моделей изготавливаются на стандартную частоту сети в 50Гц, такие варианты способны постоянно переносить перегрузки в 10 – 15%.

Рис. 1. Пример электродвигателя переменного тока

Наиболее распространенными моделями в сети переменного тока являются электродвигатели MTF и MTKF, которые имеют фазный и короткозамкнутый ротор соответственно. А в металлургическом производстве модельный ряд составляют электрические машины MTH и MTKH с теми же конструктивными особенностями. На практике для питания и одних, и других может применяться переменное напряжение с частотой в 50 и 60Гц. Возможность вращения ротора для них колеблется в пределах от 600 до 1000 об/мин для питающей электрической величины частотой 50Гц. Или от 700 до 1200 на частотах 60Гц. Электроприводы механизмов в большинстве случаев может иметь сразу несколько скоростей.

Постоянного тока

Электродвигателями постоянного тока комплектуются такие крановые установки, которым требуется производить частые включения в течении часа или всей рабочей смены. Помимо этого они позволяют регулировать частотный диапазон в достаточно широком диапазоне. Разумеется, что в наше время трехфазные асинхронные машины могут приближаться к моторам постоянного тока за счет внедрения систем частотного преобразования. Регулирование выполняется за счет либо ослабления магнитного поля статора или повышения напряжения обмоток ротора.

Рис. 2. Пример двигателя постоянного тока

Конструктивно выпускаются на мощность от 2 до 190кВт, в зависимости от величины питающего напряжения группы обмоток возбуждения могут иметь последовательное или параллельное соединение. В данном типе крановых электродвигателях управление производится за счет изменения токов в обмотке возбуждения.

Краново-металлургические асинхронные электродвигатели серии 4МТ

Металлургическая промышленность характеризуется значительными объемами перемещаемых материалов и удельным весом металла. Поэтому крановые электродвигатели серии МТ должны обеспечивать заявленную мощность, несмотря на частоту вращения. Ярмо электрической машины изготавливается с четырьмя или восьмью полюсами для передачи магнитного потока, материалом для магнитопровода служит холоднокатаная сталь. Для изоляции крановых электродвигателей в качестве диэлектрика применяются полимерные пленки, пропитанные ткани или бумага.

Рис. 3. Краново-металлургические электродвигатели

В электроприводах металлургических кранов на этапе изготовления закладывается большая надежность – до 0,98, в то время, как все остальные могут иметь коэффициент 0,96. Срок эксплуатации, заявленный изготовителем также должен быть не ниже 20 лет.

С фазным ротором

Крановые электродвигатели с фазным ротором отличаются наличием отдельной обмотки на вращающейся части. Электроснабжение роторной катушки осуществляется за счет коллекторного узла, который производит токосъем и отбор мощности через скользящий контакт. Однако щеточный механизм в них — это наиболее изнашиваемым элемент, после истирания графитовых контактов они подлежат замене.

Рис. 4. Конструкция электродвигателя с фазным ротором

Данный тип трехфазных асинхронных электрических машин отличается плавным пуском и большой нагрузочной способностью. За счет чего их устанавливают на краны среднего и тяжелого типа, перемещающие тяжеловесные грузы. Позволяют регулировать усилие момента на валу в трех и четырехшаговом режиме, пропорционально повышая мощность воздействия.

С короткозамкнутым ротором

Конструктивно вращающаяся часть представляет собой стальную конструкцию литого или наборного типа. В отличии от предыдущего варианта крановые электродвигатели с короткозамкнутым ротором отличаются меньшей массой и меньшей себестоимостью. Однако главным недостатком является малый момент, создаваемый на валу, а это, в свою очередь, приводит к дефициту усилия. Поэтому моторы с короткозамкнутым ротором устанавливаются на маломощные крановые установки, предназначенные для перемещения грузов небольшой массы с малой скоростью.

Рис. 5. Электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Технические характеристики

Как и любые электроустановки, электрические машины выпускаются в соответствии с требованиями и условиями, в которых их будут эксплуатировать. При выборе конкретной модели кранового электродвигателя руководствуются его параметрами. К основным характеристикам относятся:

• Потребляемая мощность – характеризует объем расходуемой электрической энергии, необходимой для работы электродвигателя. Может выражаться в киловаттах или кило вольт-амперах.
• КПД – показывает соотношение полезной работы, совершенной электрической машиной по отношению к потребленной из сети электроэнергии. В крановых установках этот параметр может варьироваться от 60 до 90%.
• Частота вращения – показывает количество оборотов вала, которые тот может совершать за единицу времени. Как правило, используется величина из расчета на одну минуту. Для каждой модели обороты могут изменяться, поэтому параметр будет иметь диапазонное значение.
• Мощность на валу – определяет усилие, создаваемое крановым электродвигателем непосредственно на рабочем органе.
• Номинальное рабочее напряжение – обозначает разность потенциалов, которая должна подаваться на ввод электрической машины для приведения ее в движение.
• Масса и габаритные размеры – физические параметры, необходимые для установки в общую конструкцию крана.
• Степень пыле- влагозащищенности — обозначается латинскими буквами IP и двумя цифрами, указывающими на возможность проникновения частиц внутрь корпуса.

Производители

Отечественный рынок крановых электродвигателей представляет довольно большой спектр предприятий, функционирующих на постсоветском пространстве, которые специализируются на выпуске электрических машин для сетей 220/380В с частотой 50Гц и прочих установок.

Среди наиболее известных следует выделить:

• Завод крупных электрических машин – специализируется на производстве приводов различной конструкции и принципа действия, выпускает около 100 типов моторов.
• Сибэлектролмотор – выпускает электродвигатели серии крановых машин асинхронного принципа.
• Сафоновский электромашиностроительный завод – производит различные электрические машины для любых сфер и отраслей.
• ЭЛМА – занимается не только производством, но и технической поддержкой в обслуживании электродвигателей.
• Мегаватт – охватывает большой спектр промышленного оборудования, включая электродвигатели МТФ и МТХ, а также МТКХ и МТКФ.