Как подобрать двигатель для оборудования с частыми включениями

Для оборудования с частыми включениями электродвигатель подбирают по нагрузке на валу, количеству пусков в час, времени разгона, продолжительности работы и условиям охлаждения. Если пуски существенно влияют на нагрев, необходимо учитывать режим S4, а при циклах с электрическим торможением и остановками без питания также режим S5. Одинаковые мощность и обороты не гарантируют, что новый двигатель выдержит рабочий цикл оборудования.

Почему частые пуски увеличивают нагрузку на двигатель

При запуске асинхронного двигателя возникают повышенные токи и дополнительные потери в обмотках статора и роторе. Пока механизм разгоняется, двигатель нагревается иначе, чем при установившейся работе. Чем тяжелее запуск и дольше разгон, тем существеннее его влияние на тепловое состояние.

Во время короткой остановки двигатель может не успеть остыть. Если вентилятор установлен на валу, при остановленном роторе принудительный обдув этим вентилятором отсутствует. Поэтому небольшая суммарная продолжительность работы ещё не означает лёгкий режим эксплуатации.

Такие условия встречаются у транспортеров, механизмов подачи, упаковочных машин, рольгангов, подъемных устройств и другого оборудования с циклической работой.

Какие данные нужны для подбора

Начинать следует с описания наиболее напряжённого рабочего цикла. Среднее количество включений за смену может скрывать короткие периоды интенсивной работы.

• Тип механизма и требуемая частота вращения.
• Рабочий момент на валу и сопротивление механизма при трогании.
• Количество пусков в час и максимальное число последовательных запусков.
• Время разгона, работы под нагрузкой, торможения и остановки.
• Момент инерции нагрузки, приведённый к валу двигателя, с учётом передачи.
• Наличие реверса и способ торможения.
• Способ пуска: прямое включение, устройство плавного пуска или частотный преобразователь.
• Температура окружающего воздуха, запыленность и условия вентиляции.
• Напряжение питания, монтажное исполнение и присоединительные размеры.

При замене двигателя дополнительно нужны фотография шильдика и сведения о работе прежнего привода: сколько длится разгон, когда срабатывает защита и при каких условиях появляется перегрев.

Чем отличаются режимы S1, S3, S4 и S5

Обозначение режима показывает характер нагрузки во времени. Для повторяющихся пусков особенно важно различать S3 и S4: режим S3 предполагает, что пуск не оказывает существенного влияния на нагрев.

Если остановки без питания отсутствуют или нагрузка меняется непериодически, фактическая работа может относиться к другим режимам. Выбирать обозначение только по признаку «двигатель часто включается» неправильно.

Как определить продолжительность включения и число пусков

Для повторяющегося цикла S4 продолжительность включения рассчитывают с учётом времени пуска:

ПВ = (tп + tр) / (tп + tр + tо) × 100%

• tп: время пуска, с.
• tр: время работы под постоянной нагрузкой, с.
• tо: время остановки без питания, с.

Для режима S5 в числитель и знаменатель дополнительно включают время электрического торможения.

Пример рабочего цикла

Предположим, двигатель транспортера разгоняется 3 секунды, работает под нагрузкой 17 секунд и остаётся отключённым 40 секунд. Полный цикл занимает 60 секунд.

ПВ = (3 + 17) / 60 × 100% = 33,3%.

При одном запуске в каждом цикле получается 60 пусков в час.

Если другой механизм разгоняется 3 секунды, работает 97 секунд и стоит 200 секунд, его ПВ также составляет 33,3%, но число пусков равно 12 в час. При одинаковой ПВ первый вариант содержит в пять раз больше разгонов. Тепловую допустимость обоих вариантов необходимо проверять отдельно.

Этот расчёт описывает цикл, но не определяет достаточную мощность двигателя. Для выбора нужны также нагрузка, инерция, характеристики разгона и данные производителя.

Как проверить мощность и пусковой момент

Двигатель должен обеспечивать рабочий момент и разгонять механизм за допустимое время. Проверяют моментную характеристику двигателя во всём диапазоне разгона с учётом сопротивления нагрузки и выбранного способа управления.

Высокая инерция и большой момент сопротивления при трогании создают разные задачи. Например, свободно вращающийся массивный барабан может требовать длительного разгона, а загруженный транспортер испытывает значительное сопротивление уже при старте.

Увеличение мощности без расчёта не гарантирует пригодность к частым включениям. У двигателя другого типоразмера меняются пусковые характеристики и инерция ротора. Проверять необходимо весь привод, включая передачу и возможности электросети.

Для некоторых механизмов рассматривают специальные серии. Подробнее об одном из вариантов читайте в статье «Когда нужен двигатель с повышенным скольжением». Однако само повышенное скольжение не заменяет проверку допустимого рабочего цикла.

Сколько включений в час допускает двигатель

Универсального допустимого числа пусков для всех электродвигателей нет. Ограничение зависит от конструкции, нагрузки, инерции, длительности разгона, температуры и способа охлаждения.

В документации могут отдельно указываться условия запуска из холодного и нагретого состояния, допустимое время разгона и ограничения последовательных пусков. Значения, полученные для ненагруженного двигателя, нельзя автоматически применять к запуску рабочего механизма.

Если необходимых данных в каталоге нет, производителю или поставщику передают описание цикла для проверки выбранного исполнения.

Поможет ли плавный пуск или частотный преобразователь

Устройство плавного пуска

Устройство плавного пуска позволяет ограничивать пусковой ток и смягчать запуск. При снижении напряжения уменьшается и доступный момент двигателя. Если момента недостаточно, разгон затягивается, поэтому чрезмерное ограничение тока может ухудшить условия запуска.

Само устройство также выбирают по частоте пусков, их длительности и нагрузке. Его допустимое количество включений не подтверждает, что двигатель выдержит такой же режим.

Частотный преобразователь

Частотный преобразователь позволяет управлять разгоном, скоростью и торможением. Его выбирают по току двигателя, требуемой перегрузочной способности и характеру нагрузки. Для частых торможений дополнительно проверяют отвод тормозной энергии и допустимость выбранного решения.

На малых оборотах может потребоваться независимая вентиляция. Подробности приведены в статье «Подбор двигателя для работы с частотным преобразователем».

Охлаждение, тормоз и защита

При частых включениях проверяют условия охлаждения на всех участках цикла, включая паузы и работу на сниженной скорости. Независимая вентиляция может улучшить теплоотвод, но не делает допустимыми любые перегрузки или любое количество пусков.

Если установлен механический тормоз, для него отдельно проверяют допустимую частоту срабатываний, работу трения и время отпускания. Двигатель не должен разгонять механизм при не полностью отпущенном тормозе.

Защита должна учитывать номинальный ток, время разгона и тепловую нагрузку рабочего цикла. При наличии встроенных датчиков температуры их подключают к предусмотренной системе контроля.

Если двигатель отключается при старте, нельзя без проверки увеличивать номинал автомата или многократно повторять запуск. Возможные причины разобраны в статье «Почему двигатель выбивает автомат при запуске».

Типичные ошибки при подборе

• Выбирать замену только по мощности, оборотам и размерам.
• Считать любой повторяющийся цикл режимом S3.
• Указывать ПВ без числа пусков и времени разгона.
• Оценивать только среднее количество включений за смену.
• Считать, что короткая остановка обеспечивает полное охлаждение.
• Переносить допустимое число пусков устройства управления на двигатель.
• Не учитывать электрическое торможение, реверс и состояние механического тормоза.

Что передать для подбора в «Контракт Мотор»

Для обращения подготовьте фотографию шильдика, описание механизма, напряжение сети, требуемые обороты и размеры присоединения. Отдельно укажите время разгона, работы и остановки, число пусков в час, наличие реверса и способ торможения.

Для подъемного оборудования можно рассмотреть крановые электродвигатели. Конкретную серию и исполнение выбирают после проверки рабочего цикла, нагрузки и совместимости с механизмом.

Частые вопросы

Можно ли использовать обычный двигатель S1 при частых включениях?

Можно, если производитель допускает фактический цикл и подтверждены условия пуска и охлаждения. Одной маркировки S1 для такого решения недостаточно.

ПВ 40% означает работу на 40% мощности?

Нет. ПВ характеризует долю соответствующих рабочих участков во времени цикла. Допустимая мощность определяется отдельно для указанного режима.

Достаточно ли знать количество пусков в час?

Нет. Нужны также длительность разгона, нагрузка, инерция, интервалы между включениями, торможение и условия охлаждения.

Почему двигатель перегревается, хотя работает недолго?

Причиной могут быть потери при повторных разгонах, тяжелый запуск, короткие паузы или недостаточное охлаждение. Проверяют весь цикл, электрическую и механическую части привода.

Нужен ли обязательно двигатель с повышенным скольжением?

Нет. Это один из возможных вариантов для определённых механизмов. Пригодность подтверждают по характеристикам выбранной модели и рабочему циклу.

Можно ли повысить число пусков установкой частотного преобразователя?

В некоторых случаях управляемый разгон улучшает условия работы. Но допустимость нового цикла проверяют для двигателя, преобразователя, тормозной системы и механизма.