Электродвигатели асинхронные 600 об/мин

Электродвигатели асинхронные 600 об/мин: конструкция, особенности и сфера применения

Асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 600 об/мин представляют собой специальную категорию низкооборотных машин, предназначенных для привода механизмов, требующих высокой мощности и значительного крутящего момента при относительно низкой скорости вращения вала. Двигатели данного типа являются полюсными машинами, так как для достижения такой скорости требуется увеличенное количество полюсов статора. При стандартной промышленной частоте питающей сети 50 Гц синхронная скорость вращения магнитного поля статора напрямую зависит от числа пар полюсов (p): n = 60*f / p. Для получения 600 об/мин (10 оборотов в секунду) необходимо 10 пар полюсов, то есть общее число полюсов составляет 20.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструктивно асинхронный двигатель на 600 об/мин включает в себя те же основные узлы, что и двигатели на другие скорости: статор, ротор, корпус, подшипниковые щиты и систему вентиляции. Однако наличие 20 полюсов накладывает существенный отпечаток на его геометрию и электромагнитные параметры.

• Статор. Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали для снижения потерь на вихревые токи. При большом числе полюсов полюсное деление (расстояние между осями соседних полюсов) становится малым, что требует тщательной разработки пазовой зоны. Обмотка статора является многослойной, распределенной и, как правило, трехфазной. Ее выполнение технологически сложнее, чем для 2- или 4-полюсных двигателей, из-за большого количества катушечных групп и соединений между ними.
• Ротор. Наиболее распространены два типа роторов: короткозамкнутый (типа «беличья клетка») и фазный (с контактными кольцами). Для низкооборотных двигателей часто применяется короткозамкнутый ротор из-за его простоты и надежности. Однако при необходимости плавного пуска и регулирования скорости в узком диапазоне может использоваться фазный ротор с пускорегулирующим реостатом.
• Корпус и охлаждение. Учитывая, что двигатели на 600 об/мин обычно имеют большие габариты и выделяют значительное количество тепла, их корпуса выполняются литыми (из чугуна) или сварными (из стали). Система охлаждения, как правило, независимая (IC 411 по ГОСТ/МЭК), с внешним вентилятором, установленным на валу двигателя, и ребристой поверхностью корпуса. Для особо ответственных применений может использоваться водяное охлаждение (IC 81W).

Основные технические характеристики и параметры

Двигатели с частотой вращения 600 об/мин характеризуются рядом специфических параметров, которые важно учитывать при выборе.

Таблица 1. Соотношение мощности, КПД и cos φ для асинхронных двигателей 600 об/мин (50 Гц) на примере серии АИР

Мощность, кВт	Синхронная частота, об/мин	КПД, ном. %, не менее	Коэффициент мощности, cos φ, ном.	Пусковой ток / Ном. ток (Iп/Iн)
5.5	600	84.0	0.70	6.5
11	600	87.0	0.75	7.0
22	600	89.5	0.78	7.0
45	600	91.5	0.80	6.5
90	600	93.0	0.82	6.5

• Мощность и момент. Номинальный момент (Мн, Нм) для таких двигателей очень высок и рассчитывается по формуле: Мн = 9550 Pн / n, где Pн – номинальная мощность в кВт, n – номинальная частота вращения (приблизительно 590-595 об/мин для скольжения 1-1.5%). Например, двигатель мощностью 90 кВт при ~595 об/мин развивает момент около 1445 Н*м.
• Коэффициент мощности (cos φ). У низкооборотных многополюсных машин cos φ традиционно ниже, чем у высокооборотных (2-4 полюсов) той же мощности. Это связано с увеличенным магнитным рассеянием и намагничивающим током. Значения обычно лежат в диапазоне 0.70-0.85, что требует обязательного учета при проектировании компенсирующих установок.
• Пусковые характеристики. Пусковой момент (Мп) у двигателей с короткозамкнутым ротором обычно составляет 1.0-1.5 от номинального, что может быть недостаточно для тяжелых пусковых условий. Для их улучшения применяются роторы с глубоким пазом, двойной «беличьей клеткой» или используют фазный ротор. Пусковой ток (Iп) при прямом пуске может в 6-7 раз превышать номинальный.
• Скольжение. Номинальное скольжение у двигателей на 600 об/мин несколько выше (1.5-2.5%), чем у высокооборотных, что связано с особенностями конструкции обмотки ротора.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокий крутящий момент на валу при низкой скорости, что позволяет в ряде случаев обойтись без промежуточного редуктора или использовать редуктор с меньшим передаточным числом.
• Плавность хода и низкий уровень вибраций благодаря большому числу полюсов.
• Надежность и долговечность, особенно у исполнений с короткозамкнутым ротором.
• Относительно низкий износ приводимых механизмов из-за малой рабочей скорости.

Недостатки:

• Более низкий КПД и cos φ по сравнению с 2-4-полюсными двигателями аналогичной мощности.
• Большие габариты и масса, что приводит к повышенному расходу активных материалов (медь, сталь).
• Более высокая стоимость из-за сложности изготовления обмотки статора.
• Ограниченные возможности регулирования скорости путем изменения частоты (при снижении частоты ниже 10-15 Гц могут возникать проблемы с охлаждением и устойчивостью работы).

Сферы применения

Асинхронные двигатели 600 об/мин находят применение в отраслях, где требуется непосредственный привод низкоскоростных механизмов или где их использование упрощает кинематическую схему.

• Горнодобывающая и цементная промышленность: привод барабанных мельниц (шаровых, рудно-галечных), дробилок крупного дробления, печей.
• Металлургия: привод прокатных станов (клети черновой группы), шламовых насосов, смесителей.
• Энергетика: привод механизмов собственных нужд электростанций, таких как дымососы и дутьевые вентиляторы с регулированием направляющими аппаратами, циркуляционные насосы с большим напором.
• Водоподготовка и водоочистка: привод мешалок и аэраторов больших объемов.
• Судостроение: привод гребных винтов фиксированного шага (через редуктор) или непосредственный привод некоторых типов насосов.
• Химическая и нефтегазовая промышленность: привод поршневых и винтовых компрессоров, мощных конвейеров.

Особенности выбора, монтажа и эксплуатации

При выборе двигателя на 600 об/мин необходимо уделить особое внимание следующим аспектам:

• Режим работы (S1, S2, S3 и т.д.). Для продолжительного режима S1 подходят стандартные двигатели. Для повторно-кратковременных режимов (S3-S5) может потребоваться специальный расчет по нагреву.
• Климатическое исполнение и категория размещения (УХЛ1, У3, Т2 и др.). Определяет стойкость к температуре, влажности, воздействию среды.
• Способ монтажа (IM1001, IM1002, IM3001 и др.). Наиболее распространены IM1001 (лапы, два подшипниковых щита) и IM3001 (лапы, фланец, два подшипниковых щита).
• Класс изоляции (F, H). Современные двигатели обычно имеют класс изоляции F с запасом по температуре, что обеспечивает повышенный ресурс.
• Степень защиты IP. Для чистых помещений достаточно IP54, для пыльных и влажных сред – IP55, IP56, для возможности мойки – IP65.

При монтаже необходимо обеспечить строгую соосность валов двигателя и рабочей машины, используя лазерные или индикаторные методы центровки. Некачественная центровка для тяжелых низкооборотных двигателей приводит к быстрому износу подшипников и вибрациям. В процессе эксплуатации критически важно контролировать температуру подшипников, уровень вибрации и токи статора. Регламентное обслуживание включает чистку, проверку состояния контактных соединений, замену смазки в подшипниках скольжения (или контроль смазки в подшипниках качения с закрытым сепаратором).

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему фактическая частота вращения двигателя 600 об/мин всегда меньше 600?

Фактическая скорость (n) всегда меньше синхронной (nс = 600 об/мин) на величину скольжения (s). Скольжение необходимо для наведения ЭДС и тока в роторе, что создает вращающий момент. Номинальное скольжение составляет 1-2.5%, поэтому реальная скорость при номинальной нагрузке составляет примерно 585-594 об/мин.

2. Можно ли получить 600 об/мин от частотного преобразователя (ЧП) при питании от сети 50 Гц?

Да, это возможно. Для получения 600 об/мин от стандартного 4-полюсного двигателя (1500 об/мин при 50 Гц) необходимо снизить выходную частоту ЧП до 20 Гц (1500 / 50 = 30 об/мин на 1 Гц; 600 / 30 = 20 Гц). Однако при таком глубоком снижении частоты резко падает эффективность охлаждения стандартного двигателя (снижается скорость встроенного вентилятора), и может потребоваться двигатель с независимым охлаждением (IC 416) или принудительной вентиляцией. Более правильным решением является использование специализированного многополюсного двигателя, рассчитанного на работу с ЧП в широком диапазоне частот.

3. Что выгоднее: двигатель на 600 об/мин или комбинация высокооборотного двигателя с редуктором?

Выбор зависит от конкретной задачи. Комбинация «двигатель + редуктор» часто имеет меньшую стоимость и более высокий средний КПД системы. Однако она занимает больше места, требует обслуживания редуктора (замена масла, износ шестерен), может создавать дополнительный шум. Прямой низкооборотный привод более компактен (в осевом направлении), надежен (меньше механических компонентов), обеспечивает плавный ход. Решение принимается на основе технико-экономического сравнения с учетом стоимости, требований к надежности, наличия пространства и условий эксплуатации.

4. Какой тип ротора предпочтительнее для тяжелого пуска?

Для механизмов с высоким моментом сопротивления при пуске (мельницы, дробилки, компрессоры) предпочтительнее двигатель с фазным ротором. Внешний пусковой реостат позволяет увеличить пусковой момент до максимального значения (до 2.5 Мн) и одновременно снизить пусковые токи статора в 2-3 раза по сравнению с прямым пуском. После разгона ротор замыкается накоротко. Альтернативой для сетей с достаточной мощностью может стать двигатель с короткозамкнутым ротором специального исполнения (с двойной клеткой или глубоким пазом) и системой плавного пуска (УПП).

5. Как компенсировать низкий коэффициент мощности (cos φ) у таких двигателей?

Низкий cos φ приводит к повышенным потерям в сети и необходимости увеличения сечения кабелей. Наиболее эффективным методом компенсации является установка статических конденсаторных установок (батарей конденсаторов). Они могут подключаться:

• Индивидуально – непосредственно к выводам двигателя (часто в комбинации с контакторами для отключения вместе с двигателем).
• Группово – для группы двигателей, работающих в схожем режиме.
• Централизованно – на распределительной подстанции или в главном распределительном щите.

Емкость конденсаторов подбирается таким образом, чтобы результирующий cos φ в точке подключения был не ниже 0.92-0.95. Важно избежать перекомпенсации, ведущей к перенапряжению в сети.

Заключение

Асинхронные электродвигатели с частотой вращения 600 об/мин являются важным и незаменимым элементом в приводе мощных низкоскоростных механизмов различных отраслей промышленности. Их конструкция, оптимизированная для генерации высокого крутящего момента при низких оборотах, имеет как преимущества (надежность, плавность хода), так и недостатки (габариты, cos φ). Грамотный выбор, монтаж и эксплуатация таких двигателей, с учетом их специфических характеристик и режимов работы, позволяют обеспечить долговечную и экономичную работу всего технологического комплекса. При проектировании новых систем необходимо проводить детальный анализ целесообразности применения прямого низкооборотного привода в сравнении с высокооборотным двигателем в паре с редуктором.