Синхронная частота вращения 1500 об/мин (при частоте сети 50 Гц) является одной из наиболее распространенных и востребованных в промышленных приводах, агрегатируемых с редукторами. Данная скорость соответствует 4-полюсным асинхронным электродвигателям, которые составляют основу парка приводной техники в насосных станциях, вентиляционных установках, конвейерных линиях, смесителях и другом технологическом оборудовании. Выбор конкретного электродвигателя для работы в паре с редуктором на этой скорости требует учета множества взаимосвязанных параметров, выходящих за рамки простого соответствия по оборотам.
Основой выбора является анализ рабочих условий и требований механизма. Необходимо последовательно определить следующие характеристики:
Совместная работа двигателя и редуктора – это создание единого кинематического и силового звена. Критически важны следующие аспекты:
В зависимости от требований технологического процесса могут применяться различные конструктивные исполнения двигателей.
| Тип двигателя | Основные характеристики | Преимущества | Недостатки и ограничения | Типовые области применения с редукторами |
|---|---|---|---|---|
| Асинхронный трехфазный общепромышленный (АИР) | Синхронная скорость 1500 об/мин, мощность от 0.12 до 400 кВт и выше, напряжение 380/660 В, IP54-IP55, классы изоляции F, H. | Наибольшая распространенность, низкая стоимость, простота конструкции и обслуживания, высокая надежность. | Высокие пусковые токи (5-7 Iн), трудности с регулированием скорости без частотного преобразователя. | Насосы, вентиляторы общего назначения, конвейеры, смесители с постоянной скоростью. |
| Асинхронный с повышенным скольжением (АИРС) | Имеет увеличенное скольжение (до 8-12%), что обеспечивает более мягкую механическую характеристику. | Лучше переносит пусковые перегрузки, меньше пиковый момент при пуске, стабильнее работает при колебаниях нагрузки. | Сниженный КПД в номинальном режиме из-за больших потерь в роторе. | Приводы с частыми пусками и остановами, с большими маховыми массами (дробилки, ножницы, поршневые компрессоры). |
| Электродвигатель с фазным ротором (АКЗ) | Выводы обмотки ротора на контактные кольца для подключения пускового реостата или частотного регулятора. | Возможность плавного пуска и ограничения пускового тока, возможность регулирования скорости в небольших пределах. | Высокая стоимость, сложность конструкции, необходимость обслуживания щеточного узла и колец. | Мощные приводы с тяжелыми условиями пуска (мельницы, краны, экструдеры) там, где применение частотного преобразователя нецелесообразно. |
| Взрывозащищенный двигатель (ВР, ВА, Ex d, Ex e) | Исполнение, исключающее возможность воспламенения окружающей взрывоопасной среды. | Безопасная работа в зонах с присутствием газов, паров или пыли. | Значительно более высокая стоимость, большие габариты и масса, сложность ремонта и обслуживания, требующие специального допуска. | Химическая, нефтегазовая, горнодобывающая промышленность, мукомольные и комбикормовые заводы. |
| Электродвигатель с тормозом | Комплектуется электромагнитным постоянного или переменного тока тормозом, установленным на противоположном от вала конце. | Обеспечивает быструю остановку и фиксацию вала после отключения питания, повышает безопасность. | Увеличенная длина двигателя, необходимость подключения и, иногда, обслуживания тормозной системы. | Грузоподъемные механизмы, наклонные конвейеры, приводы поворотных устройств, станки. |
Все чаще редукторные приводы комплектуются частотными преобразователями для регулирования скорости и момента. При этом к выбору двигателя предъявляются дополнительные требования:
Качество монтажа напрямую влияет на ресурс узла «двигатель-муфта-редуктор».
Двигатель на 1500 об/мин (4 полюса) при той же мощности имеет больший крутящий момент на валу, но меньшую скорость. Для получения одинаковой выходной скорости редуктора с двигателем 3000 об/мин потребуется редуктор с большим передаточным числом (примерно в 2 раза). Двигатель 1500 об/мин, как правило, более тихоходный, имеет больший ресурс подшипников, часто более высокий КПД на номинальной нагрузке, но при этом большие габариты и массу.
Исходят из требуемой мощности на выходном валу редуктора (Pвых). Мощность двигателя (Pдв) рассчитывается по формуле: Pдв = (Pвых) / (КПД редуктора КПД передачи (муфты)). К полученному значению применяется коэффициент запаса (kз = 1.1 — 1.3). Pвых рассчитывается исходя из крутящего момента (M, Нм) и угловой скорости (ω, рад/с) на выходном валу: Pвых = M
Да, это основная функция ЧП. Однако необходимо учитывать снижение охлаждения (проблема решается выбором двигателя с независимым вентилятором IC416) и падение крутящего момента при работе на постоянной мощности (выше номинальной скорости). На скорости ниже 10-15 Гц момент также может снижаться из-за роста потерь в двигателе. Рекомендуемый рабочий диапазон для стандартных двигателей с самовентиляцией – от 15-20 Гц до 50-60 Гц.
Это нормальное явление, называемое скольжением (s). Синхронная скорость магнитного поля статора для сети 50 Гц составляет 1500 об/мин. Ротор вращается немного медленнее (например, 1450 об/мин), что создает относительное движение, необходимое для наведения токов в роторе и создания момента. Скольжение s = (1500 — 1450)/1500
Для оборудования с большим количеством часов работы в год (более 4000-6000 часов) экономически оправдан выбор двигателя класса IE4. Более высокая первоначальная стоимость окупается за 1-3 года за счет снижения потерь электроэнергии. Для привода с сезонной или нерегулярной работой может быть достаточно двигателя IE3. Расчет окупаемости проводится на основе тарифа на электроэнергию, разницы в КПД двигателей и годовой наработки.