S1, S2, S3, S4, S5 и S6: режимы работы электродвигателей

Режим работы электродвигателя определяет допустимое чередование нагрузки, пусков, торможений, холостого хода и остановок. Обозначения S1, S2, S3, S4, S5 и S6 показывают, как двигатель нагревается и охлаждается в течение рабочего цикла. При подборе или замене двигателя режим необходимо проверять вместе с мощностью, частотой вращения, напряжением и монтажным исполнением.

Что означает обозначение режима работы

Типовые режимы работы вращающихся электрических машин установлены ГОСТ IEC 60034-1-2024. Каждый режим описывает последовательность рабочих состояний двигателя и условия его нагрева.

Обозначение режима не является классом защиты, характеристикой изоляции или указанием на конкретную серию двигателя. Оно показывает, при какой нагрузке и продолжительности рабочего цикла установлены номинальные данные машины.

Если двигатель рассчитан на S1, указанная на шильде мощность относится к продолжительной работе. Для режимов S2-S6 вместе с буквенно-цифровым кодом указывают продолжительность работы либо коэффициент циклической продолжительности включения.

S1 - продолжительный режим

В режиме S1 двигатель работает с постоянной нагрузкой достаточно долго, чтобы температура его основных частей достигла практически установившегося значения. Нагрев прекращает заметно увеличиваться, поскольку количество выделяемого тепла становится равным количеству тепла, отводимого системой охлаждения.

S1 применяется для оборудования, рассчитанного на длительную непрерывную работу:

• насосов;
• вентиляторов и дымососов;
• компрессоров;
• постоянно работающих конвейеров;
• производственных линий;
• станочного оборудования с продолжительным циклом.

Большинство общепромышленных электродвигателей имеет номинальный режим S1. Такой двигатель допускается периодически отключать, но его номинальная мощность рассчитана с учетом возможности длительной работы без обязательных остановок для охлаждения.

S2 - кратковременный режим

В режиме S2 двигатель работает с постоянной нагрузкой ограниченное время и отключается до того, как достигнет установившейся температуры. После этого следует продолжительный перерыв, за который двигатель охлаждается практически до температуры окружающей среды.

После обозначения S2 указывают допустимое время работы, например:

• S2 10 min;
• S2 30 min;
• S2 60 min.

Обозначение S2 30 min означает, что двигатель может работать с установленной номинальной нагрузкой в течение 30 минут. Следующий пуск допускается после полного охлаждения, если изготовитель не установил другие условия.

Такой режим встречается в приводах затворов, задвижек, подъемных механизмов, испытательных установок и оборудования, которое включается на ограниченное время с длительными перерывами.

Двигатель S2 нельзя считать эквивалентом двигателя S1 той же мощности. Кратковременный режим позволяет использовать тепловую емкость машины, но не подтверждает возможность непрерывной работы с указанной нагрузкой.

S3 - повторно-кратковременный периодический режим

Режим S3 состоит из повторяющихся одинаковых циклов. Каждый цикл включает работу с постоянной нагрузкой и остановку с отключением питания. За время работы двигатель не успевает достигнуть установившейся температуры, а за время остановки не успевает полностью охладиться.

Для S3 влияние пуска на нагрев считается несущественным. Если разгон тяжелый, продолжительный или сопровождается высоким пусковым током, фактический режим может соответствовать S4, а не S3.

После обозначения S3 указывают коэффициент циклической продолжительности включения, который часто называют ПВ:

ПВ = время работы под нагрузкой / продолжительность полного цикла × 100%.

Например, при режиме S3 25% и продолжительности цикла 10 минут двигатель работает под нагрузкой 2,5 минуты, после чего 7,5 минуты находится в отключенном состоянии.

Нормированные значения ПВ составляют 15, 25, 40 и 60%. Если реальный цикл отличается от указанного изготовителем, возможность эксплуатации двигателя необходимо проверять расчетом.

S4 - повторно-кратковременный режим с пусками

S4 также представляет собой последовательность одинаковых циклов, но при оценке нагрева учитывается пуск двигателя. Каждый цикл включает:

• пуск и разгон;
• работу с постоянной нагрузкой;
• отключение и остановку.

Этот режим характерен для механизмов, в которых пуски происходят часто либо разгоняемая нагрузка имеет значительный момент инерции. Пусковые потери в таких условиях заметно влияют на температуру обмоток и ротора.

Для полного описания S4 недостаточно указать только ПВ. При подборе учитывают количество включений в час, продолжительность разгона, момент сопротивления механизма, момент инерции ротора и приведенный к валу момент инерции нагрузки.

Режим S4 применяется в приводах кранов, подъемников, прессов, поворотных механизмов, дозаторов и другого оборудования с регулярными пусками и остановками.

S5 - повторно-кратковременный режим с электрическим торможением

В режиме S5 рабочий цикл включает пуск, работу с постоянной нагрузкой, электрическое торможение и последующую остановку с отключением питания. В отличие от S4, дополнительный нагрев возникает не только при разгоне, но и при торможении.

S5 используется в механизмах, где необходимо быстро и управляемо снижать скорость или останавливать привод. Такой цикл встречается в подъемно-транспортном оборудовании, крановых механизмах, центрифугах, прокатных установках и приводах с частым реверсированием.

При подборе двигателя проверяют:

• число пусков и торможений в час;
• способ электрического торможения;
• продолжительность разгона и торможения;
• ПВ;
• момент инерции двигателя и механизма;
• нагрузку на вал в каждом состоянии цикла.

Замена двигателя S5 обычным общепромышленным двигателем S1 без расчета может привести к перегреву, даже если мощность и частота вращения совпадают.

S6 - непрерывный периодический режим

В режиме S6 двигатель не отключается от сети. Рабочие циклы состоят из чередования постоянной нагрузки и холостого хода. Периода покоя с отключенным питанием нет.

Во время холостого хода двигатель продолжает вращаться и охлаждаться, но электрические и механические потери сохраняются. Поэтому S6 нельзя приравнивать к S3 с такой же продолжительностью включения.

Обозначение S6 40% означает, что 40% цикла двигатель работает с нагрузкой, а оставшееся время вращается без нагрузки. Режим применяется в оборудовании с регулярно повторяющимися рабочими и разгрузочными периодами, если остановка двигателя между операциями не предусмотрена.

Основные различия режимов S1-S6

Почему одинаковая ПВ не означает одинаковый режим

Значение ПВ показывает только долю отдельных состояний в рабочем цикле. Оно не описывает способ пуска, продолжительность разгона, торможение, момент инерции и характер нагрузки.

Например, S3 40% и S4 40% имеют одинаковую долю рабочего времени, но разные условия нагрева. В S3 влияние пуска считается несущественным. В S4 пуск входит в расчетный цикл и может создавать значительную часть тепловой нагрузки.

Поэтому выбирать двигатель только по значению ПВ нельзя. Необходимо сопоставлять полное обозначение режима и параметры механизма.

Можно ли установить двигатель S1 вместо S3 или S4

Двигатель S1 не становится автоматически подходящим для повторно-кратковременного режима. Возможность замены зависит от требуемого момента, числа пусков, продолжительности разгона, ПВ, способа торможения и эффективности охлаждения.

При частых пусках двигатель может перегреваться из-за высоких пусковых токов, хотя средняя механическая нагрузка остается небольшой. Дополнительное ограничение возникает у самовентилируемых двигателей: во время остановки их вентилятор не вращается, поэтому охлаждение ухудшается.

Для механизмов с высокой пульсацией нагрузки применяют специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Их выбор также выполняют по полному рабочему циклу, а не только по мощности и частоте вращения.

Что проверить при замене электродвигателя

Перед заказом двигателя необходимо установить фактический режим работы механизма. Для этого фиксируют:

• продолжительность работы под нагрузкой;
• продолжительность остановки или холостого хода;
• количество пусков в час;
• время разгона;
• наличие и способ электрического торможения;
• частоту реверсов;
• значение и характер нагрузки;
• момент инерции приводимого механизма;
• условия охлаждения двигателя;
• температуру окружающей среды.

Если на шильде старого двигателя указано S3, S4 или S5, для подбора недостаточно сообщить только мощность и ПВ. Поставщику потребуются сведения о полном рабочем цикле и приводимом механизме.

Типичные ошибки при определении режима

Выбор S1 для механизма с частыми пусками

Номинальная мощность двигателя S1 рассчитана на продолжительную работу, но не подтверждает допустимость большого числа пусков. Пусковые потери могут вызвать локальный перегрев обмоток и ротора.

Расчет только по среднему времени работы

Два механизма с одинаковой ПВ могут иметь разную тепловую нагрузку. Быстрый запуск вентилятора и продолжительный разгон тяжелого барабана нельзя считать одинаковыми условиями.

Игнорирование электрического торможения

Если в цикл входит электрическое торможение, режим S4 не описывает работу двигателя полностью. Необходимо учитывать режим S5 либо более сложную нагрузочную диаграмму.

Замена S2 на S1 по одинаковой мощности

Мощность двигателя в кратковременном режиме может быть установлена с учетом ограниченного времени работы. Для непрерывной эксплуатации номинальные данные необходимо проверять отдельно.

Какие данные передать для подбора

В заявке следует указать обозначение старого двигателя, мощность, частоту вращения, напряжение, режим работы, ПВ, количество пусков и торможений в час, продолжительность рабочего цикла и тип приводимого оборудования. Для сложной нагрузки желательно приложить диаграмму зависимости мощности или момента от времени.

Специалисты НПО «Энергомаш» помогут сопоставить режим работы, электрические параметры и исполнение двигателя с фактическим циклом промышленного оборудования.