На шильдиках электродвигателей кроме механической мощности, номинальных напряжений и токов указывается и режим работы. В зависимости от производителя и года производства информация может несколько отличаться, но обычно режим указывается как S1, S2, S3 и так далее. Кроме обозначения режима может быть и дополнительная информация, обозначенная буквами ПВ и числом в процентах. Ниже прилагаю подборку табличек разных двигателей, собранную на просторах интернета.
Давайте разберёмся что такое S1, S2, S3 и ПВ у электродвигателей!
Режимы работы
Электродвигатели нашли широкое применение в быту и на производстве. Они используются для привода в движение всевозможных механизмов, например: конвейеров, метало- и деревообрабатывающих станков, задвижек на трубопроводах, компрессоров, лифтов, грузоподъёмных механизмах и прочих.
Но в каждом применении на двигатель действуют нагрузки разной продолжительности, требуются разные варианты использования, например, длительная работа на протяжении дней, недель и месяцев или, наоборот, кратковременные включения несколько раз в сутки или периодически повторяющиеся включения, остановки и реверс. Сама же нагрузка может быть постоянной, как на конвейере или же изменяться в ходе работы. Особенности работы в каждом конкретном случае описывает режим работы электродвигателя. И каждый двигатель должен быть рассчитан для работы в конкретном режиме.
Режимы работы электродвигателей описаны в ГОСТ IEC 60034-1-2014, определение приведено в п. 3.9, а в разделе 4.2 приведено 10 типовых режимов, каждый из которых обозначается буквой S и цифрой от 1 до 10, например, S1.
Различают 3 основных режима (от S1 до S3), и 7 дополнительных (от S4 до S10), которые более точно описывают особенности работы и изменения нагрузки у двигателя. При рассмотрении режимов будем руководствоваться основной частью информации из ГОСТ IEC 60034-1, некоторые особенности в нём не описаны и за ними обратимся к советскому (ныне не действующему) ГОСТ 183-74 или на справочные данные. В необходимых местах будут приведены ссылки на пункты, из которых взята информация или иллюстрации.
Примечание — ГОСТ различает 10 типовых режимов, и фактического деления на «основные» и «дополнительные» нет, но в разных источниках такое деление присутствует. Я думаю, связано это с тем, что в старом ГОСТе режима было всего 3 и в последующих редакциях они дополнялись.
S1 — продолжительный режим
В режиме S1 — электрические машины работают с постоянной нагрузкой, при этом времени работы достаточно для достижения установившегося теплового состояния. То есть за время своей работы машина нагреется до определённой температуры, и при дальнейшей работе температура изменяться не будет. По времени работы ограничений нет.
В таком режиме работают электродвигатели насосов, конвейеров, вентиляторов.
S2 —кратковременный режим
В режиме S2 двигатель работает при постоянной нагрузке в течение определённого времени, за которое не наступает установившееся тепловое состояние. После окончания работы двигатель останавливается на время, достаточное для того, чтобы он остыл до температуры окружающей среды или охлаждающего агента с точностью до 2 К (п. 4.2.2. ГОСТ IEC 60034-1).
Условное обозначение содержит длительность периода нагрузки, например, S2 60 минут. Согласно п. 1.4. ГОСТ 183-74, если не оговорено иное, то периоды нагрузки выбираются из стандартного ряда 10, 30, 60 и 90 минут.
В таком режиме работают электродвигатели приводящие в движение заслонки или другие запорные устройства на трубопроводах.
S3 — повторно-кратковременный периодический режим
В режиме S3 двигатель выполняет последовательность повторяющихся одинаковых рабочих циклов. Каждый цикл состоит из периода работы с постоянной нагрузкой и периода покоя (п. 4.2.3. ГОСТ IEC 60034-1), при этом пусковой ток не оказывает существенного влияния на превышение температуры. Цикл работы двигателя в повторно-кратковременном режиме можно записать в виде формулы:
T=Δtр+Δtотк,
где T — время цикла, Δtр — период работы, а Δtотк — период покоя.
Двигатель в периодических режимах за время работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды.
В условном обозначении режима указывается коэффициент циклической продолжительности включения, например, S3 25%.
В этом режиме работают электродвигатели приводящие в движение грузоподъёмные механизмы, лифты и другие механизмы, работающие циклично.
Что такое продолжительность включения
Продолжительность включения или ПВ — это основная характеристика электродвигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме (S3—S8). Характеристика отражает в процентном отношении времени, которое работает двигатель к длительности цикла, и вычисляется по формуле:
ПВ% = (Δtр/T)×100%
Согласно п. 5.2.3. ГОСТ IEC 60034-1 продолжительность включения должна быть равна одному из следующих значений —15, 25, 40, 60%, если не оговорено иное, а длительность цикла не должна превышать 10 минут.
Если режим работы предполагает длительный пуск и/или электрическое торможение, то в расчётах продолжительности включения учитывается время пуска и торможения (согласно п.3.1.1. ГОСТ IEC 60034-1).
Режимы S4 и S5 — повторно-кратковременные
Режимы S4 и S5 по определению похожи на S3, но описывают особенности работы машины подробнее, поэтому предлагаю объединить их одним подзаголовком.
Типовой режим S4 — повторно-кратковременный периодический с пусками. Для этого режима характерны относительно длинные пуски, которые влияют на нагрев машины. Обратите внимание в S4 используется другая формула для определения коэффициента циклической продолжительности включения, учитывающая время пуска (п. 4.2.4. ГОСТ IEC 60034-1).
Цикл работы T состоит из 3 периодов: Δtп — время пуска, Δtр — время работы, Δtотк — время покоя (остановки или отключения питания):
T= Δtп + Δtр + Δtотк
В обозначении режима кроме коэффициента циклической продолжительности указывается момент инерции двигателя Jд и момент инерции нагрузки Jнагр. Пример — S4 25%, Jд=0,15 кг·м², Jнагр= 0,7 кг·м².
Типовой режим S5 — повторно-кратковременный периодический с длительными пусками и электрическим торможением. В этом случае учитывается влияние на температуру машины и пусковых токов, и токов, протекающих в обмотках машины при торможении (п. 4.2.5. ГОСТ IEC 60034-1). Таким образом, цикл работы T состоит из: Δtп — времени пуска, Δtр — времени работы, Δtт — времени электрического торможения, Δtотк — времени покоя (остановки или отключения питания):
T= Δtп + Δtр + Δtт + Δtотк
Условное обозначение режима аналогично предыдущему — Пример — S5 25%; Jд=0,15 кг·м²; Jнагр= 0,7 кг·м².
Действующий ГОСТ не определяет количество включений в час для режимов S4 и S5, однако в ГОСТ 183-74 оно нормировалось стандартным рядом: 30, 60, 120 и 240 включений в час.
Режим S6 — непрерывный периодический режим с кратковременной нагрузкой
Этот режим похож на S3, но при работе двигателя чередуется работа под нагрузкой Δtр и работа на холостом ходу Δt0 без остановок, то есть время покоя отсутствует (п. 4.2.6. ГОСТ IEC 60034-1). Условное обозначение — S6 40%
Режим S7 — непрерывный периодический с электрическим торможением
В этом режиме двигатель работает постоянно, но при этом выполняются одинаковые рабочие циклы, каждый из которых состоит из: Δtп — времени пуска, Δt времени работы при постоянной нагрузке и Δtт времени электрического торможения (п. 4.2.7. ГОСТ IEC 60034-1). В процессе работы двигатель остаётся включённым и время покоя отсутствует.
В условном обозначении указываются моменты инерции двигателя Jд и момент инерции нагрузки Jнагр — S7; 0,4 кг·м²; 7,5 кг·м² .
Режим S8 — непрерывный периодический режим со взаимозависимыми изменениями нагрузки и частоты вращения
В этом режиме двигатель работает с разными нагрузками при разных частотах вращения. Изменение частоты вращения может осуществляться переключением числа полюсов в асинхронных двигателях, использованием частотного привода и другими способами (п. 4.2.8. ГОСТ IEC 60034-1).
В условном обозначении указывают моменты инерции двигателя Jд и момент инерции нагрузки Jнагр для каждой нагрузки и частоте вращения, а также коэффициенты циклической продолжительности включения для каждой нагрузки и частоты. Пример обозначения — S8; 0,5 кг·м²; 6 кг·м²; 16 кВт 740 1/мин - 30%; 40 кВт 1460 1/мин - 30%; 25 кВт 980 1/мин - 40%.
Режим S9 — с непериодическими изменениями нагрузки и частоты вращения
В этом режиме нагрузка и частота вращения изменяются не периодически, а в случаях, когда это необходимо в технологическом процессе. Возможны перегрузки двигателя, значительно превышающие базовую нагрузку (п. 4.2.9. ГОСТ IEC 60034-1).
Режим S10 — с дискретными постоянными нагрузками и частотами вращения
В этом режиме число нагрузок и, по возможности, частот вращения ограничено, а каждая комбинация нагрузки и частоты длится достаточно долго, чтобы машина достигла практически установившегося теплового состояния (п. 4.2.10. ГОСТ IEC 60034-1). При этом возможны периоды работы машины на холостом ходу или отключение двигателя.
Условное обозначение содержит информацию о продолжительности нагрузки в виде P/Δt, где P — соответствующая нагрузка в долях базовой нагрузки и Δt — её продолжительность в долях продолжительности полного цикла нагрузки, а также относительная величина ожидаемого термического срока службы (ТСС) изоляционной системы). Нагрузка для времени холостого хода и обесточенного состояния машины обозначается буквой О.
Пример —S10; P/Δt 1,1/0,4; 1/0,3; 0,9/0,2; O/0,1; ТСС=0,6.
Примечание — нормативной базовой величиной для оценки ожидаемого ТСС изоляции является ожидаемый термический срок службы при номинальной мощности и допускаемом пределе превышения температуры, соответствующих продолжительному типовому режиму S1.
Заключение
Двигатель, предназначенный для работы в длительном режиме S1 (или при ПВ = 100%) может работать в повторно-кратковременном и кратковременном режимах без потери мощности, и возможно использование бри нагрузке больше номинальной.
Однако двигатели, предназначенные для работы в повторно-кратковременных режимах, не могут длительно выдавать номинальную мощность, они перегреются. Длительная работа возможна либо на пониженной мощности, либо при принудительной вентиляции (обдуве).
Хотелось добавить, что в старых двигателях (60-х, 70-х годов) повторно-кратковременный режим мог указываться иначе не в виде S3 40%, а в виде ПВ 40%, в чём вы можете убедиться, пересмотрев подборку фото в начале статьи. Как отмечалось выше, в то время в ГОСТе не было такого обилия режимов, их было всего 3.
