Эксплуатация электродвигателей в сельском хозяйстве

  Электродвигатели, применяемые в сельском хозяйстве

В настоящее время в сельском хозяйстве установлено (в среднем по стране) около одной трети электродвигателей первой единой серии (А и АО), около двух третей второй серии (А2 и А02) и около 5% второй серии узкоспециализированного сельскохозяйственного исполнения А02...СХ и четвертой серии 4А, в том числе сельскохозяйственного исполнения.
В электродвигателях устаревшей первой серии сердечники статора и ротора изготовлены из среднелегированной стали, а обмотка — из провода с волокнистой и комбинированной изоляцией. Эти активные материалы не могут обеспечить высокие технико-экономические показатели электродвигателей.
В электродвигателях второй серии использованы обмоточные провода с эмалевой изоляцией типа ПЭВ, ПЭМ, ПЭТВ, что обеспечило; повышение мощности в единице объема электродвигателя примерно на 20%.
В четвертой серии электродвигателей при изготовлении сердечников применены холоднокатаная малотекстурованная сталь и при изготовлении обмотки — высококачественный провод с эмалевой изоляцией типа ПЭТ-155. Использование в этих электродвигателях высококачественных Активных материалов позволило уменьшить по сравнению с предыдущими сериями электродвигателей расход стали на 25%, меди на 25% и алюминия на 30%. В ближайшие и последующие годы в сельском хозяйстве нашей страны будут эксплуатироваться в основном электродвигатели второй и четвертой серий. Рассмотрим более подробно основные характеристики электродвигателей четвертой серии и электродвигателей, рекомендуемых электропромышленностью специально для работы в специфических условиях сельского хозяйства.
Электродвигатели четвертой серии имеют меньшие габаритные размеры. При тех же и даже несколько повышенных энергетических показателях электродвигателей (cosφ, к. п. д.) повышены пусковые моменты машины, уменьшен уровень шума и вибраций, ее стало удобнее монтировать и эксплуатировать, повышена надежность электродвигателей.
Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А общепромышленного применения защищенного и закрытого обдуваемого исполнения рассчитаны на работу при температуре окружающей среды от —20 до +40°С (253...313К), относительной влажности воздуха 80% при 25°С (298К).
Условные обозначения электродвигателей четвертой серии (на — примере двигателя 4AHA90LB8) расшифровываются следующим образом: 4 — номер серии; А — вид двигателя (асинхронный); Н —защищенный 1Р23 (для закрытых двигателей обозначение не дается); А — алюминиевые станины и щиты (X —алюминиевые станины и чугунные щиты; если станины и щиты чугунные, то никакого обозначения не дается); 90 —высота оси вращения, мм; L — установочные размеры по длине корпуса (S, М, L); В —длина сердечника (А, В дается в том случае, когда на одном установочном размере предусмотрены две мощности); 8 — число полюсов (2, 4, 6, 8).
Обмотку статора двигателя с высотой оси вращения 56...250 мм выполняют всыпной из круглого провода, с высотой оси вращения 355 мм — из прямоугольного провода с жесткими секциями. В двигателях с высотой оси вращения 56 или 63 мм предусмотрено использование изоляции класса нагревостойкости Е, с высотой оси вращения 71...132 мм — класса В, с высотой оси вращения 160... 355 мм — класса F. Для работы в особых условиях окружающей среды выпускаются специализированные двигатели: химостойкого, влагохолодостойкого и тропического исполнения.
Электродвигатели в химостойком исполнении предназначены для работы в помещении и под навесом. Они отличаются от соответствующих электродвигателей основного исполнения или электрических модификаций и специализированных исполнений изоляционными материалами (стеклолакоткань и стекломиканит), обмоточными данными (провод ПЭПОТ и ПСДТ), пропиткой обмотки статора ( лак МЛ-92 и ПЭ-933), а также антикоррозионными покрытиями всех узлов и деталей и смазкой подшипников. Номинальные мощности электродвигателей в химостойком исполнении на одну ступень ниже чем у соответствующих им электродвигателей основного исполнения или электрических модификаций и специализированных исполнений. Электродвигатели в химостойком исполнении рассчитаны на работу в агрессивных средах с температурой от —20 до + 40°С (253...313К) и максимальной относительной влажностью до 90%. Они почти в два раза дороже электродвигателей обычного исполнения.
Электродвигатели влагохолодостойкого исполнения аналогичны двигателям тропического исполнения.
В обмотке электродвигателей класса нагревостойкости В тропического и влагохолодостойкого исполнения главная изоляция — пленкоасбокартон и стекломиканит. Обмотка выполнена из провода ПЭТВ, ПЭТ-155, ПСДКТ и пропитана лаком MJI-92, ПЭ-933 или К-47к. Все узлы и детали электродвигателей имеют антикоррозионные покрытия.
Влагохолодостойкое исполнение распространяется на закрытые обдуваемые электродвигатели всех девяти габаритов второй cepии и на их электрические модификации и специализированные исполнения. Электродвигатели влагохолодостойкого исполнения предназначены для работы в помещениях с повышенной влажностью, а также на открытом воздухе при температуре окружающей среды от —45 до +45°С (228...318К). Следовательно, эти электродвигатели вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к электрооборудованию, используемому в растениеводстве на открытых зернотоках, под навесом, на орошении, а также могут применяться частично и в животноводстве, например к кормокухнях, на летних пастбищах, на фермах при установке электродвигателей в отдельных пристройках к помещениям и т. п.
Номинальные мощности и технические данные электродвигателей 1, 5, 8 и 9-го габаритов влагохолодостойкого исполнения такие же, как у соответствующих им электродвигателей основного исполу нения, модификаций и специализированных исполнений. Номинальные мощности электродвигателей 6-го и 7-го габаритов в зависимости от марки обмоточного провода могут быть на одну ступень, шкалы мощности ниже, чем у соответствующих им электродвигателей основного исполнения или электрических модификаций и специализированных исполнений. Технические данные, а также масса, габариты и установочные размеры этих электродвигателей (кроме махового момента ротора) соответствуют техническим данным электродвигателей основного исполнения.
Предельное превышение температуры обмотки статора электродвигателей влагохолодостойкого исполнения при номинальном режиме работы, измеренное методом сопротивления, составляет: 75° для электродвигателей 1.,.5-го габаритов; 100° для электродвигателей 6...9-го габаритов с пониженной на одну ступень мощностью  90° для электродвигателей без понижения мощности.
Учитывая тяжелые условия работы электродвигателей в сельском хозяйстве, электропромышленность разработала рекомендации по Повышению и эксплуатационной надежности. Одни из рекомендаций достаточно просты и требуют изменения только некоторых технологических процессов изготовления электродвигателей, другие предусматривают перестройку всей технологии и выпуск электродвигателей специального исполнения. Например, согласно ТУ 16510—110—69, рекомендуется выпуск трехфазных асинхронных электродвигателей серии А02 1...6-го габаритов с трехкратной пропиткой обмотки. После такой пропитки они получают название электродвигателей с трехкратной пропиткой обмотки.
В некоторых случаях для повышения эксплуатационной надежности в сельскохозяйственном производстве используются электродвигатели А02 6...9-го габаритов повышенной нагревостойкости с усиленной изоляцией статорных обмоток, имеющих класс нагревостойкости В и F.
В настоящее время электропромышленность выпускает электродвигатели узкоспециализированного сельскохозяйственного исполнения. Обмотки таких электродвигателей выполнены из провода марки ПЭТ-155, изоляция состоит из стеклолакоткани и стекломиканита. Пропитка трехкратна в лаках МЛ-92 или МГМ-8. Кроме того, лобовые части обмотки двукратно покрыты эмалью ЭП-91 или ГФ-92-ГС.
Для герметизации электродвигателя предусмотрено уплотнение подшипниковых узлов. Сельскохозяйственное исполнение распространяется на закрытые обдуваемые электродвигатели с 3-го по 7-й габариты единой серии. Электродвигатели предназначены для привода сельскохозяйственных машин и механизмов и рассчитаны для работы при температуре окружающей среды от —45 (228К) до + 40°С (313К), относительной влажности воздуха до 98% при 20°С (293К).
Электродвигатели могут работать в помещениях, длительно содержащих в воздухе химически активные примеси: аммиак — до 0,03, сероводород — до 0,03, углекислый газ —до 14,7 г/мя. Концентрация аммиака может быть увеличена до 0,09 г/м³ (до 5 чв сутки в течение 4 месяцев в год). Электродвигатели могут быть облиты дезинфицирующими растворами и находиться в среде аэрозолей.     
Электродвигатели рассчитаны на длительную работу при напряжении, составляющем 90...80% номинального, со снижением мощности на 5...15%. При напряжении сети, равном 80% номинального, электродвигатели обеспечивают работу с сохранением на валу момента, равного номинальному, в течение 6 мин.
Электродвигатели сельскохозяйственного исполнения выпускают в двух модификациях: СХ (например, А02-42-4СХ) и Да...С. Их характеристики почти одинаковы, однако электродвигатели типа Да...С выпускаются также с повышенным скольжением и многоскоростные и в отличие от электродвигателей основного исполнения имеют большие кратности пусковых и максимальных моментов, что обусловливает лучшую их эксплуатационную надежность.
Электродвигатели со встроенной температурной защитой имеют устройство (встроенную температурную защиту УВТЗ-1), предназначенное для защиты от аварийного перегрева статорных обмоток асинхронных короткозамкнутых двигателей напряжением 220/380 В, мощностью 0,25...100 кВт.
Электродвигатели со встроенной температурной защитой можно применять в промышленности и других отраслях народного хозяйства, но наилучший эффект от их использования может быть получен в сельском хозяйстве. Объясняется это тем, что электродвигатель, правильно выбранный по конструктивному исполнению изоляции обмоток в соответствии с условиями среды, подвергается в сельском хозяйстве дополнительным воздействиям (нестандартное напряжение питающей сети, повышенная вероятность обрыва фаз питающих сетей из-за их значительной протяженности, аварийные перегрузки и т. д.), от которых его защищает упомянутое устройство.
Устройство УВТЗ-1 отключает электродвигатель при повреждениях обмоток статора, длительных перегрузках, неправильных затянувшихся процессах пуска и торможения, повышенной (против нормальной) частоте включений, обрыве фаз в линии или обмотке статора, значительных колебаниях напряжения сети (в пределах более 0,7...1,1 номинального), заклинивании ротора, повышенной температуре окружающей среды, нарушениях в системе охлаждения.
Устройство встроенной температурной защиты состоит из трех последовательно соединенных термодатчиков, преобразователя и выходного элемента. В качестве термодатчиков используются терморезисторы с положительным температурным коэффициентом. Датчики рассчитаны на соответствующий класс нагревостойкости обмотки. Их встраивают в лобовые части обмоток электродвигателя при его изготовлении, перемотке или текущем ремонте.
Терморезисторы обладают свойством значительно (в десятки и более раз) увеличивать свое сопротивление при изменении температуры двигателя в расчетном интервале. Преобразователь выполнен на транзисторах и служит для усиления сигналов от термодатчиков и преобразования их в сигнал, удобный для управления выходным элементом. Выходным элементом является промежуточное реле, предназначенное для управления магнитным пускателем. В аварийном режиме работы электродвигателя, когда температура его обмоток превышает предельно допустимое для данного класса изоляции значение, сигнал от термодатчиков усиливается и преобразуется в сигнал, достаточный для срабатывания выходного элемента и отключения электродвигателя от сети.
Устройство УВТЗ-1 не позволяет включать электродвигатель до тех пор, пока температура его обмоток не снизится до допустимого значения. Схема устройства выполнена таким образом, что осуществляется самоконтроль и отключение электродвигателя при повреждениях самого устройства (обрыв в цепи термодатчиков, неисправность в преобразователях). Устройство УВТЗ-1 для всех типоразмеров электродвигателей унифицировано, взаимозаменяемо и не требует регулировки и настройки при монтаже и б процессе эксплуатации.
Недостаток рассмотренной защиты электродвигателя заключается в том, что для установки термодатчиков электродвигатель приходится разбирать, применение устройства повышает стоимость электропривода. При ремонте электродвигателя добавляются операции по демонтажу термодатчиков, подготовке их к монтажу и монтаж. Кроме того, в настоящее время не определена эксплуатационная надежность самих устройств. УВТЗ-1 несомненно повысит уровень эксплуатационной надежности электродвигателей, работающих в сельскохозяйственном производстве.
Как показали исследования, проведенные во ВНИПТИЭМ (Т. К. Белов и Г. С. Курбатова), вероятность безотказной работы электродвигателей после 20 000 ч их работы, эксплуатирующихся в сельском хозяйстве, составляет для электродвигателей: общепромышленного исполнения — 0,3; сельскохозяйственного исполнения — 0,65; сельскохозяйственного исполнения со встроенной температурной защитой — 0,86.
Естественно, разработка электродвигателей сельскохозяйственного исполнения, в том числе и со встроенной температурной защитой, требует дополнительных капитальных затрат.
В таблице 23 приведены (по данным ВНИПТИЭМ) фактические показатели экономической эффективности применения разных типоразмеров и исполнений электродвигателей второй серии.
Таблица 23

В электродвигателях общепромышленного исполнения новой, четвертой серии использованы практически те же активные материалы, что и в электродвигателях сельскохозяйственного исполнения, поэтому сроки их службы в жестких и очень жестких условиях сельскохозяйственного производства практически одинаковы, что также подтверждается данными, полученными ВНИПТИЭМ. Следовательно, можно говорить о перспективности применения электродвигателей сельскохозяйственного исполнения, а также о возможности широкого применения в сельском хозяйстве электродвигателей новой четвертой серии общепромышленного исполнения,