Крановые электродвигатели: особенности, назначение, разновидности

Особенности и назначение

Под крановыми электродвигателями следует понимать такие электроприводы, которые приводят в движение различные механизмы крановых установок. При рассмотрении кранов как составных механизмов, состоящих из различных узлов, назначение электрических крановых машин имеет несколько направлений:

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

Все манипуляции с грузом осуществляются за короткий промежуток времени, поэтому работа двигателя крана должна осуществляться в повторно-кратковременных режимах, при этом диапазон скоростей существенно изменяется.

Благодаря этому им не приходится прилагать длительные усилия, а устройство подвергается кратковременным нагрузкам и воздействию пусковых токов. Помимо стандартных ситуаций, обмотки могут подвергаться перегрузкам и перегревам, поэтому приводы механизмов изготавливаются со следующими особенностями:

• В большинстве случаев это электрические машины закрытого типа, внешний кожух означает возможность их защиты от механических воздействий в процессе эксплуатации. Исключения могут быть сделаны для металлургических агрегатов, так как из-за повышенной температуры возникает необходимость проветривания обмоток.
• Общепромышленные электродвигатели имеют улучшенную изоляцию по стойкости к высоким температурам, обычно класса F и Н. Это позволяет сохранить уровень сопротивления изоляции при нагреве.
• Относительно малая инерция вала, что снижает потери электроэнергии при переходных процессах на рабочих частотах.
• Магнитная система обладает хорошей проводимостью, что создает мощный ток, способный преодолевать серьезные нагрузки.
• Допускается высокий уровень перегрузки по отношению к номинальному значению рабочих токов. Коэффициент может достигать от 2 до 5, что считается нормальным режимом для кранового двигателя.
• Большой разброс скоростей вращения между минимальным и максимальным режимами.

Некоторые требования к крановым двигателям могут быть устранены за счет особенностей режимов работы и технических процессов. А некоторые виды специализации будут продиктованы типом и конструкцией двигателя.

Типы крановых электродвигателей

Крановые двигатели – это устройства, приводящие в движение механизм крана. В зависимости от условий крановые двигатели делятся на двигатели с фазным и короткозамкнутым ротором. С фазным ротором двигатели МТН и МТКН — короткозамкнутые.

Эти устройства выполняют следующие функции:

1. Перемещение крана по рельсам
2. Перемещение каретки механизма перпендикулярно рельсам
3. Прямой подъем груза

Конструкция и  характеристики

У них простая конструкция: щеточный механизм, держатель, встроенный нажимной механизм, служащий для запуска электродвигателя. Кроме того, этот механизм снижает вероятность несчастного случая на производстве. Щеткодержатель гарантирует безопасность при работе мотора, а также действует как тормоз.

Больше всего она распространена у электродвигателей с фазным ротором. Это связано с тем, что по условиям работы кранового механизма в большинстве случаев возникает сопротивление при запуске электродвигателя. Особенностью работы крановых двигателей является необходимость регулирования скорости во время работы механизма.

Крановые фазные электродвигатели МТН

Преимуществом двигателей с фазным ротором МТН (МТФ) является высокий пусковой момент и малый пусковой ток. Особенностью фазного ротора является его конструкция, к фазному ротору добавлены обмотки из трех фаз, соединенных в звезду и концы этих обмоток выведены на контактные кольца.

Щетки скользят по кольцам, соединяющим обмотки от цепи электропитания. Плавный разгон электродвигателя с фазным ротором обеспечивается специальным устройством, контакторы которого включаются последовательно через фиксированный интервал времени, образованный реле времени.

Для перемещения мостового крана часто используют два электродвигателя на обоих концах моста, при этом они работают синхронно и их характеристики и параметры идентичны.

Монтажные крепления крановых двигателей МТН и  МТКН

Кронштейны крепления этих агрегатов отличаются от стандартных кронштейнов общепромышленных асинхронных электродвигателей. Они заключаются в конструкции вала устройства, бывают цилиндрическими или коническими, причем мощные двигатели имеют конический вал.

Двигатели с двумя выходными валами также распространены, и эта конструкция является наиболее важной, в отличие от основных монтажных кронштейнов общепромышленных двигателей.

Режимы работы агрегатов МТН и  МТКН

Крановые двигатели в основном работают в повторно-кратковременном режиме с различными передаточными числами. В основном это режим работы S3, у которого процессы переключения: 15, 25, 40 и 60% скважность. Подробнее о режимах работы электродвигателей читайте в этой статье .

Разновидности крановых электродвигателей

Ввиду использования различных принципов вращения ротора в электродвигателе многие из них нашли широкое применение в работе крановых установок.

Среди электродвигателей общепромышленного назначения выделяют машины переменного и постоянного тока, асинхронные двигатели, как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором. Далее рассмотрим каждый из видов применяемого для кранового оборудования.

Переменного тока

Для бытовых кранов используются асинхронные машины переменного тока. Отличительной чертой таких установок являются хорошие тяговые характеристики, но к недостаткам можно отнести необходимость подключения трех фаз одновременно и большие пусковые токи.

Большинство моделей выпускаются со стандартной частотой сети 50 Гц, такие варианты способны постоянно выдерживать перегрузки в 10 – 15%.

Наиболее распространенными моделями в сети переменного тока являются электродвигатели МТФ и МТКФ, имеющие соответственно фазный и короткозамкнутый роторы. А в металлургическом производстве модельный ряд составляют электрические машины МТХ и МТХ с такими же конструктивными особенностями.

На практике для привода и того, и другого можно использовать переменное напряжение частотой 50 и 60 Гц. Возможность вращения ротора у них варьируется от 600 до 1000 об/мин при подаче электроэнергии частотой 50 Гц. Или от 700 до 1200 при 60Гц. Электроприводы механизмов в большинстве случаев могут иметь несколько скоростей одновременно.

Постоянного тока

Электродвигателями постоянного тока оснащены такие крановые установки, которые требуют частого переключения в течение часа или всей рабочей смены. Кроме того, они позволяют регулировать частотный диапазон в довольно широком диапазоне.

Конечно, в наше время трехфазные асинхронные машины могут приблизиться к двигателям постоянного тока за счет внедрения систем преобразования частоты. Регулирование осуществляется либо ослаблением магнитного поля статора, либо повышением напряжения на обмотках ротора.

Конструктивно они выпускаются на мощность от 2 до 190 кВт, в зависимости от величины питающего напряжения группы обмоток возбуждения могут иметь последовательное или параллельное соединение. В крановом двигателе этого типа управление осуществляется изменением токов в обмотке возбуждения.

Краново-металлургические асинхронные электродвигатели серии 4МТ

Металлургическая промышленность характеризуется значительными объемами транспортируемых материалов и удельным весом металла. Поэтому крановые двигатели серии МТ должны обеспечивать заявленную мощность вне зависимости от скорости.

Ярмо электрической машины изготавливается с четырьмя или восемью полюсами для передачи магнитного потока, а материалом для магнитопровода служит холоднокатаная сталь. Для изоляции двигателей кранов в качестве диэлектриков применяют полимерные пленки, пропитанные вещества или бумагу.

В электростанциях металлургических кранов на этапе производства добавляется большая надежность — до 0,98, тогда как все остальные могут иметь коэффициент 0,96. Заявленный производителем срок службы также должен быть не менее 20 лет.

Читайте также: Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

С фазным ротором

Крановые двигатели с фазным ротором отличаются наличием на вращающейся части отдельной обмотки. Подача тока на обмотку ротора осуществляется за счет коллекторного узла, который производит токосъем и отбор мощности через скользящий контакт. Однако щеточный механизм в них — самый прочный элемент; после износа графитовых контактов их необходимо заменить.

Этот тип трехфазной асинхронной электрической машины характеризуется плавным пуском и высокой нагрузочной способностью. Благодаря чему их устанавливают на краны среднего и тяжелого типа, перемещающие тяжелые грузы. Позволяет регулировать мощность крутящего момента на оси в три и четыре ступени, пропорционально увеличивая мощность удара.

С короткозамкнутым ротором

Конструктивно вращающаяся часть представляет собой литую или наборную стальную конструкцию. В отличие от предыдущего варианта крановые двигатели с короткозамкнутым ротором отличаются меньшим весом и меньшей стоимостью.

Однако основным недостатком является малый момент, создаваемый на валу, а это в свою очередь приводит к недостатку усилия. Поэтому двигатели с короткозамкнутым ротором устанавливают на маломощные крановые установки, предназначенные для перемещения грузов небольшой массы с малой скоростью.

Технические характеристики

Как и любая электроустановка, электрические машины изготавливаются в соответствии с требованиями и условиями, в которых они будут эксплуатироваться. При выборе конкретной модели кранового двигателя ориентируются на параметры. К основным характеристикам относятся:

• Потребляемая мощность — характеризует количество потребляемой электрической энергии, необходимой для работы электродвигателя. Она может быть выражена в киловаттах или киловольт-амперах.
• КПД — показывает отношение полезной работы, совершаемой электрической машиной, к потребленной электроэнергии из сети. В крановых установках этот параметр может варьироваться от 60 до 90%.
• Частота вращения — показывает количество оборотов вала, которое он может сделать в единицу времени. Как правило, используется значение, основанное на одной минуте. Для каждой модели скорость может отличаться, поэтому параметр будет иметь диапазонное значение.
• Мощность на валу – определяет мощность, вырабатываемую двигателем крана непосредственно на рабочем органе.
• Номинальное рабочее напряжение — указывает на разность потенциалов, которую необходимо подать на вход электрической машины, чтобы привести ее в движение.
• Масса и габаритные размеры являются физическими параметрами, необходимыми для установки в общую конструкцию крана.
• Степень пылевлагозащиты обозначается латинскими буквами IP и двумя цифрами, обозначающими возможность проникновения частиц внутрь дома.

Фазные аппараты

В мостовых кранах обычно стоят асинхронные двигатели с фазным ротором, например МТН. Такие двигатели обеспечивают плавный пуск, а также позволяют регулировать скорость, несмотря на значительную нагрузку на ось. Их устанавливают на среднюю, тяжелую и сверхтяжелую технику.

Преимущество MTH по сравнению с двигателями постоянного тока заключается в более низкой стоимости и простоте обслуживания. Если сравнить массы этих двигателей на мостовых кранах, то увидим, что фазы в несколько раз легче.

Если общие затраты на эксплуатацию короткозамкнутых асинхронных машин принять равными единице, то для фазных агрегатов они будут равны пяти, а для двигателей постоянного тока — десяти. Это объясняет, почему подавляющее большинство двигателей кранов трехфазные.

Для отечественной промышленности выпускаются электродвигатели с различным сопротивлением теплоизоляции, обозначаемым буквой в модели устройства: МТФ — 155○С, МТН — 180○С.

Электрические машины для мостовых кранов, а также других кранов серии МТН и МТКН выпускаются с частотой вращения 600, 750 и 1 тыс об/мин при частоте 50 Гц, а для частоты сети 60 Гц — 720, 900 и 1200 об/мин. Эта серия характеризуется высокой перегрузочной способностью, высоким пусковым моментом при малом токе и быстрым ускорением.

Двигатели МТН имеют повышенную мощность за счет улучшенных свойств изоляционных материалов по сравнению с предыдущими моделями аналогичных электромашин.

Фазный ротор имеет три обмотки, уложенные друг на друга со смещением на 120 градусов. Обмотка соединена только звездой, а концы выведены на контактные кольца из латуни или стали и качественно изолированы друг от друга, а также от вала, на котором они установлены. С помощью щеточного механизма обмотки ротора соединяются с пусковой или регулирующей аппаратурой.

Пусковой аппаратурой могут быть мощные резисторы, несколько пускателей, постепенно закорачивающих ротор, реле времени.

Схема с использованием резисторов большой мощности, многократных пускателей, постепенно закорачивающего ротора и реле времени

Подобные устройства успешно работают на мостовых кранах. После пуска двигатель МТН включается с полным значением сопротивления в цепи ротора.

Через определенное время, установленное на реле времени, когда пусковой ток падает до номинального значения, включается первый контактор, который, так сказать, «выбрасывает» часть сопротивления и двигатель получает дополнительный момент, разгоняясь до следующее значение. В каждом случае количество резисторов и пускателей «выброса» может быть разным.

При включении последнего пускателя МТН достигает полной скорости и работает как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Крановые двигатели с фазным ротором могут использоваться как для кратковременной работы, так и для постоянной работы.

Пониженная скорость

В современных мостовых кранах используется электронная схема для достижения пониженной или «ползучей» скорости. Это крайне необходимо при погрузке опасных или негабаритных грузов, а также когда требуется очень точная погрузка.

Для этого используются тиристоры или симисторы. Получая напряжение от фазирующих колец ротора, схема устанавливает угол открытия тиристора по заданному значению. В результате водитель может отрегулировать нужную скорость, если такая регулировка отображается в его кабине, или включить установленное значение.

Торможение

Для торможения двигателя на подвесных, и не только, кранах успешно применяется динамический режим: в обмотку статора после отключения тока кратковременно подается постоянное напряжение со стационарным магнитным полем. Этот метод повышает точность остановки механизма.

Это напряжение подается либо через гасящий резистор, либо с помощью понижающей схемы. После остановки двигателя его необходимо выключить.

Другие типы двигателей

В крановой промышленности широко применяются электродвигатели постоянного тока. Изготавливаются в диапазоне мощностей от 2,5 до 185 кВт. Степени защиты: IP20 — защищенный монтаж, независимый обдув, IP23 — полностью закрытый монтаж.

Если возбуждение либо смешанное, либо параллельное, эти обмотки не могут быть разъединены. Это связано с техническими характеристиками этой электрической машины, рассчитанной на длительную эксплуатацию.

Если возбуждение устройства последовательное, обмотки собираются из двух групп. При 220 В их собирают и соединяют между собой последовательно, если 110 В — параллельно, а при питании двигателя от 440 В — последовательно-параллельно с добавочным резистором.

 

Скорость вращения регулируют двумя способами: ослаблением напряжения возбуждения или увеличением его на якоре.

Двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и стабилизирующей обмоткой по своим характеристикам допускают ускорение вращения вдвое от номинального за счет снижения напряжения возбуждения. Если это тихоходный мотор, можно увеличить скорость в 2,5 раза.

Однако стоит помнить об этом ограничении: для устройств на 220 В с повышенной скоростью крутящий момент не должен превышать 0,8 МН, а для двигателей на 440 В — не более 0,64 МН.

Электродвигатели крановых систем имеют свои особенности, которые необходимо учитывать при их установке на соответствующие механизмы.

Производители

Отечественный рынок крановых электродвигателей представлен достаточно большим кругом компаний, работающих на постсоветском пространстве, специализирующихся на выпуске электрических машин для сетей 220/380В частотой 50Гц и других установок.

Среди самых известных:

• Завод больших электрических машин – специализируется на выпуске приводов различной конструкции и принципа действия, выпускает около 100 типов двигателей.
• Sibel electromotor — производит электродвигатели для серии крановых машин асинхронного принципа.
• Сафоновский электромашиностроительный завод — производит различные электрические машины для всех областей и отраслей промышленности.
• ELMA занимается не только производством, но и технической поддержкой по обслуживанию электродвигателей.
• Мегаватт — охватывает широкий спектр промышленного оборудования, включая электродвигатели МТФ и МТХ, а также МТХ и МТКФ.