Электродвигатели для промышленных насосов: принцип работы, защита, обозначения и выбор

Электродвигатель — ключевой элемент любого промышленного насоса. Именно он отвечает за преобразование электрической энергии в механическую, приводя в движение рабочее колесо и обеспечивая подачу жидкости в системе. От характеристик двигателя напрямую зависят производительность, энергоэффективность и надёжность насосной установки.

Современные промышленные насосы комплектуются асинхронными электродвигателями, рассчитанными на продолжительную работу в тяжёлых условиях. В зависимости от назначения, конструкция может предусматривать взрывозащиту, повышенную влагостойкость, адаптацию к частотному регулированию и минимальные потери при запуске.

Надёжная работа двигателя — это не только правильный выбор, но и грамотное подключение, защита от перегрузок, своевременное обслуживание и подбор смазки для подшипников. Особенно важны эти аспекты в системах с переменной нагрузкой и непрерывной эксплуатацией.

Запуск и питание – после подачи напряжения на клеммы электродвигателя создаётся вращающееся магнитное поле в статоре. Это поле взаимодействует с токами в роторе, вызывая его вращение. Двигатель начинает развивать крутящий момент, передаваемый на вал насоса

Передача энергии на насосный узел – вал двигателя напрямую соединён с валом насоса (или через муфту). При вращении он приводит в движение рабочее колесо, создавая центробежную силу, которая и обеспечивает перекачивание жидкости

Стабильная работа в заданных режимах – во время эксплуатации двигатель поддерживает заданную скорость вращения и мощность. При необходимости — управляется частотным преобразователем. При правильном подборе и регулировке обеспечивается стабильное давление, расход и надёжность системы

Обмотка электродвигателя: основа электромагнитного процесса

Обмотка — это ключевой элемент статора и/или ротора электродвигателя, формирующий электромагнитное поле, за счёт которого происходит вращение. В большинстве промышленных насосов используются трёхфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, где основная рабочая нагрузка ложится именно на статорную обмотку.

Статор и ротор — это как сердце и мышцы любого электродвигателя. Один создаёт условия, другой выполняет работу. Их слаженное взаимодействие — основа работы всей электрической машины.

От согласованной работы статора и ротора зависит:

• Мощность и КПД электродвигателя
• Плавность запуска и остановки
• Энергоэффективность насосного оборудования
• Долговечность системы в целом

Статор — это неподвижная часть электродвигателя, которая отвечает за создание вращающегося магнитного поля. Именно под воздействием этого поля начинает движение ротор — подвижная часть двигателя. Без статора ротор просто остался бы неподвижной болванкой.

Можно сказать, что статор — это сердце двигателя, в котором циркулирует энергия, а магнитное поле — его пульс, задающий ритм всей системе. Чем стабильнее и мощнее это «сердце», тем надёжнее и эффективнее работает всё оборудование.

Ротор — это вращающаяся часть электродвигателя, на которую передается энергия от магнитного поля статора. Именно ротор принимает на себя «ударную волну» электромагнитного взаимодействия и превращает её в полезное механическое вращение.

Фактически, ротор — это мускулы электродвигателя, которые приводят в движение вал, а вместе с ним и всё подключенное оборудование — насос, вентилятор, мешалку, компрессор и так далее. При этом ротор постоянно работает в условиях скольжения, вибраций и тепловой нагрузки — и должен быть рассчитан на серьёзные испытания.

Три этапа движения ротора в асинхронном электродвигателе

1. Пуск (инициализация вращения)
   После подачи напряжения на статор формируется вращающееся магнитное поле, которое индуцирует токи в обмотке или теле ротора. Эти токи создают электромагнитную силу, заставляющую ротор начать движение. На этом этапе двигатель потребляет максимальный ток, а скольжение — наибольшее (близко к 100%)
2. Ускорение (набор скорости)
   Ротор начинает разгоняться, постепенно приближаясь по скорости к вращающемуся полю статора. Происходит активное взаимодействие магнитных полей, и двигатель выходит на рабочие параметры. Скольжение уменьшается, ток снижается, передаваемый момент стабилизируется.
3. Установившееся вращение (рабочий режим)
   Ротор вращается с почти постоянной скоростью, немного отставая от синхронной (типовое скольжение — 1–6%). Именно в этом режиме осуществляется передача крутящего момента на насос, вентилятор или другое оборудование. Все характеристики находятся в пределах номинальных значений.

Асинхронный электродвигатель — это один из самых распространённых типов электродвигателей, применяемых в промышленности, коммунальном хозяйстве и в инженерных системах. Он отличается надёжной конструкцией, простотой обслуживания и универсальностью.

Частота полюсов	Синхронная частота вращения 50 Гц	Синхронная частота вращения 60 Гц
2	3000	3600
4	1500	1800
6	1000	1200
8	750	900
12	500	600

Однофазный электродвигатель — это тип электродвигателя, работающий от однофазной сети переменного тока (обычно 220 В, 50 Гц). Такие двигатели применяются в быту, на даче, в малом промышленном и полупрофессиональном оборудовании, где нет доступа к трёхфазному питанию.

По принципу действия однофазные электродвигатели схожи с трёхфазными, но отличаются меньшими пусковыми моментами и работают при пониженном напряжении — от 110 до 240 В. Grundfos поставляет однофазные двигатели с постоянным разделением емкости, которые не требуют сложного обслуживания и отличаются надёжной работой в бытовых и промышленных условиях.

Важно учитывать: такие электродвигатели не рассчитаны на длительную работу без нагрузки. Многие модели не допускается эксплуатировать при нагрузке ниже 25 % от номинальной. В этом случае возрастает температура внутри двигателя, что может привести к перегреву и выходу из строя.

Число пусков в час

Контроль пускового тока необходим потому, что при запуске электродвигателя происходит резкий скачок потребления электроэнергии. В этот момент двигатель испытывает повышенные тепловые нагрузки: пусковой ток нагревает обмотки статора. Если между пусками нет достаточной паузы для охлаждения, температура продолжает нарастать, что со временем может привести к перегреву и выходу двигателя из строя.

От надёжной работы двигателя зависит не только эффективность перекачки, но и общий ресурс всей насосной установки. Однако на практике двигатели нередко выходят из строя раньше срока. Причины могут быть разными: от скачков напряжения и перегрева до заклинивания ротора или неправильных настроек автоматики. Разберём, какие именно факторы чаще всего приводят к отказу электродвигателя и какие сигналы указывают на надвигающуюся неисправность.

Повреждения обмоток трёхфазных статоров

Именно статор формирует вращающееся магнитное поле, и именно статор первым принимает на себя удар при нестабильной работе сети, перегрузке или нарушении условий эксплуатации. Повреждение может проявиться постепенно — в виде ухудшения изоляции и локального перегрева, — или резко, например, при межвитковом замыкании. В любом случае последствия одинаково серьёзны: от ухудшения КПД и нестабильной работы до полного выхода двигателя из строя.

Внутренняя защита, встраеваемая в обмотки или клеммную коробку

В современных электродвигателях надёжность и безопасность работы оборудования во многом определяются системами внутренней защиты.

Всё это делает встроенную защиту важным компонентом продвинутых насосных установок и другого промышленного оборудования, особенно в условиях нестабильного электроснабжения или высокой нагрузки.

Обозначение	Техническая перегрузка и ее варианты (1-я цифра)	Количество уровней и функциональная область (2-я цифра)	Категория (3-я цифра)
TP 111; TP 112; TP 121; TP 122;	Только медленно (постоянная перегрузка)	1 уровень при отключении / 2 уровня при аварийном сигнале и отключении	1; 2 / 1; 2
TP 122; TP 211; TP 221; TP 222;	Медленно и быстро (постоянная перегрузка, блокировка)	1 уровень при отключении / 2 уровня при аварийном сигнале и отключении	1; 2 / 1; 2
TP 311; TP 321	Только быстро (блокировка)	1 уровень при отключении	1; 2

На паспортной табличке двигателя указываются ключевые параметры, которые необходимо учитывать при подборе, подключении и эксплуатации.

Напряжение – эти данные указывают, при каком напряжении работает электродвигатель (рис.1)

Частота – обычно электродвигатели рассчитаны на входную частоту 50 либо 60 Гц (рис.2)

Трёхфазный двигатель – этот параметр отражает количество фаз в системе электроснабжения (рис.3)

Ток – указанный на шильдике ток отражает нагрузку при работе на номинальной мощности (рис.4)

Ток полной нагрузки – значение тока полной нагрузки при заданном напряжении служит базой для установки реле перегрузки (рис.5)

Коэффицент мощности – коэффициент мощности отражает процентное соотношение активной мощности (Вт) к полной мощности (ВА) (рис.6)

Год и неделя – этот параметр указывает год (первые 2 цифры) и неделю (вторые 2 цифры)выпуска электродвигателя (рис.7)

Класс нагревостойкости изоляции – показывает, до какой температуры может нагреваться изоляция обмотки без риска повреждения (рис.8)

Типоразмер / Уровень пылевдагозащищённости – верхние цифры на первой строчке, нижние цифры на второй строчке(рис.9)

Информация о подшипнике и смазке – строчка третья снизу (рис.9)

Первая цифра - защита от проникновения инородных тел	Вторая цифра - защита от влаги
0 — защита отсутствует	0 — защита отсутствует
1 — защита от объектов >55 мм (например, руки)	1 — защита от вертикально падающих капель воды (например, конденсата)
2 — защита от объектов >25 мм (например, пальца)	2 — защита от капель воды, падающих под углом 15°
3 — защита от объектов >12 мм (провода, инструменты)	3 — защита от брызг воды под углом до 60° к вертикали
4 — защита от объектов >1 мм (например, песок)	4 — защита от брызг воды с разных направлений
5 — защита от пыли (неполная)	5 — защита от сильных водяных струй
6 — полная защита от пыли	6 — защита от временного затопления
	7 — защита при погружении в воду (15 см – 1 м, на ограниченное время)
	8 — защита при длительном погружении в воду (время и глубина оговорены)

Cоотношение между типоразмером, концом вала, мощностью электродвигателя и типом и размером фланца

При подборе электродвигателя важно понимать, что такие параметры, как типоразмер, диаметр конца вала, номинальная мощность и размер фланца, напрямую взаимосвязаны. Это не просто сухие цифры в паспорте — это инженерная логика, от которой зависит совместимость двигателя с оборудованием, эффективность передачи крутящего момента и удобство монтажа.

Типоразмер	Ø вала (2900 мин⁻¹)	Ø вала (1450, 970, 720 мин⁻¹)	Мощность 2900 мин⁻¹	Мощность 1450 мин⁻¹	Мощность 970 мин⁻¹	Мощность 720 мин⁻¹	Фланец FF	Фланец FT
56	9	9	0.09; 0.12	0.06; 0.09	–	–	FF100	FT65
63	11	11	0.18; 0.25	0.12; 0.18	–	–	FF115	FT75
71	14	14	0.37; 0.55	0.25; 0.37	–	–	FF130	FT85
80	19	19	0.75; 1.1	0.55; 0.75	0.37; 0.55	–	FF165	FT100
90S	24	24	1.5	1.1	0.75	0.37	FF165	FT115
90L	24	24	2.2	1.5	1.1	0.55	FF165	FT115
100L	28	28	3	2.2; 3	1.5	0.75; 1.1	FF215	FT130
112M	28	28	4	4	2.2	1.5	FF215	FT130
132S	38	38	5.5; 7.5	5.5	3	2.2	FF265	FT165
132M	–	38	–	7.5	4; 5.5	–	FF265	FT165
160M	42	42	11; 15	11	7.5	4; 5.5	FF300	FT215
160L	42	42	18.5	15	11	7.5	FF300	FT215
180M	48	48	22	18.5	–	–	FF300	–
180L	–	48	–	22	15	11	FF300	–
200L	55	55	30; 37	30	18.5; 22	15	FF350	–
225S	–	60	–	37	30	18.5	FF400	–
225M	55	60	45	45	–	22	FF400	–
250M	60	65	55	55	37	30	FF500	–
280S	65	75	75	75	45	37	FF500	–
280M	65	75	90	90	55	45	FF500	–
315S	65	80	110	110	75	55	FF600	–
315M	65	80	132	132	90	75	FF600	–
315L	65	80	160; 200; 250	–	–	–	FF600	–
355	75	100	315; 355; 400; 450; 500	315; 355; 400; 450; 500	–	–	FF740	–
400	80	100	560; 630; 710	560; 630; 710	–	–	FF840	–
450	90	120	800; 900; 1000	800; 900; 1000	–	–	FF940	–

Электродвигатель требует многоуровневой защиты, ведь угроз может быть сразу несколько: от скачка тока до заклинившего ротора. Такой подход позволяет двигателю работать стабильно даже в условиях нестабильного электроснабжения и частых пусков. А при грамотной настройке автоматики — практически исключает риск выхода из строя.

В современной практике принято выделять три ключевых уровня защиты, каждый из которых отвечает за свою «линию обороны».

1. Внешняя защита от короткого замыкания — первая реакция на аварийные токи, срабатывает мгновенно и предохраняет кабельную линию и обмотки от возгорания
2. Внешняя защита от перегрузок — «умная» система, отслеживающая перегрев двигателя при длительной работе с превышением допустимой нагрузки. Срабатывает чуть медленнее, но спасает от термического износа
3. Встроенная защита двигателя — сенсоры и термоконтакты, установленные прямо в обмотках, которые контролируют температуру внутри и передают сигнал отключения в случае перегрева

Такой подход позволяет двигателю работать стабильно даже в условиях нестабильного электроснабжения и частых пусков. А при грамотной настройке автоматики — практически исключает риск выхода из строя.

Внутренняя защита, встраеваемая в обмотки или клеммную коробку

Современные электродвигатели всё чаще оснащаются элементами внутренней защиты, которые монтируются прямо в обмотки или в клеммную коробку. Это необходимо для обеспечения быстрого и точного реагирования на критические отклонения в режиме работы, такие как перегрев, обрыв фазы или перегрузка. В отличие от внешних защитных устройств, встроенная защита работает максимально близко к точке возникновения проблемы.

Из основных элементов внутренней защиты можно выделить:

Защита РТС, встроенная в обмотки

Терморезистор / РТС

У терморезистор (RTS) срабатывание происходит строго при достижении заданной температуры. Подключается к цепи управления, которая при повышении сопротивления отключает электродвигатель от питания, обеспечивая защиту от перегрева. Такие датчики применяются преимущественно в трёхфазных асинхронных двигателях.

Цветовая маркировка проводов терморезисторов позволяет определить температуру их срабатывания. Например, на верхнем изображении показан RTS-датчик с температурой срабатывания Tтс= 160°C. Диапазон рабочих температур датчиков RTS варьируется от 90°C до 180°C с шагом 5 градусов.

Номинальная температура срабатывания T°C	Цвет провода
145	белый, чёрный
150	чёрный, чёрный
155	синий, чёрный
160	синий, красный
165	синий, коричневый
170	белый, зелёный

Виды современных систем защиты двигателя

Это один из ключевых параметров, определяющих техническое состояние электродвигателя, кабелей, трансформаторов и другого электрооборудования. Оно характеризует способность изоляционного материала противостоять прохождению электрического тока между токоведущими частями и заземлёнными элементами или между различными фазами.

Показатель сопротивления изоляции измеряется в МОм и напрямую зависит от температуры, влажности окружающей среды, а также от времени выдержки под испытательным напряжением. Чем выше сопротивление — тем надёжнее защита оборудования и ниже риск пробоя.

Величина сопротивления изоляции	Уровень изоляции
2 МОм или меньше	очень плохая
2-5 МОм	плохая
5-10 МОм	ниже нормы
10-50 МОм	хорошая
50-100 МОм	очень хорошая
100 МОм или больше	отличная

Направление вращения и обозначение клемм

Это важные параметры, которые необходимо учитывать при подключении и пуске электродвигателя. От правильного подключения выводов напрямую зависит корректность вращения ротора, а значит — и работоспособность всей системы.

Измерение сопротивления обмоток

Измерение сопротивления обмоток — это один из ключевых этапов диагностики и технического обслуживания электрических машин, в частности электродвигателей и трансформаторов. Этот параметр позволяет определить состояние обмоточного провода, выявить межвитковые замыкания, обрывы, несимметрию фаз и другие скрытые дефекты, которые могут привести к перегреву, снижению КПД или аварийной остановке оборудования.

Вывод

Двигатель насоса играет решающую роль в работе всей системы, обеспечивая механическое вращение и передачу энергии на рабочее колесо. Его надёжность напрямую влияет на производительность, КПД и срок службы насосного оборудования. Правильное подключение обмоток, соответствие режимов нагрузки, контроль электрических характеристик и применение защиты — всё это критически важно для стабильной и безопасной эксплуатации. При грамотной настройке и регулярном обслуживании двигатель становится гарантом эффективной и бесперебойной перекачки среды в любых условиях.