Электродвигатели 993 об/мин

Электродвигатели с синхронной частотой вращения 1000 об/мин (реальная 993 об/мин): конструкция, применение и технические аспекты

Электродвигатели с номинальной частотой вращения, близкой к 993 об/мин, являются асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, синхронная скорость которых составляет 1000 об/мин при питании от сети переменного тока частотой 50 Гц. Фактическая скорость при номинальной нагрузке (асинхронная скорость) всегда ниже синхронной на величину скольжения, которое для двигателей общепромышленного назначения обычно составляет 0.7-1.5%. Таким образом, двигатель с синхронной скоростью 1000 об/мин будет иметь паспортную скорость, как правило, в диапазоне 985-993 об/мин, что и отражено в его обозначении. Эта скорость достигается при конструкции двигателя с числом пар полюсов p = 3. Расчет синхронной скорости: n_синх = (60 f) / p = (60 50) / 3 = 1000 об/мин.

Конструктивные особенности и принцип действия

Трехполюсные асинхронные двигатели (АД) относятся к классу двигателей с пониженной частотой вращения. Их конструкция включает:

• Статор: Сердечник набирается из изолированных листов электротехнической стали для снижения потерь на вихревые токи. В пазы укладывается трехфазная обмотка, соединенная по схеме «звезда» или «треугольник». Для 3 пар полюсов обмотка распределяется на 36 или 54 паза, что требует более сложной укладки по сравнению с двухполюсными двигателями.
• Ротор: Короткозамкнутый ротор типа «беличья клетка». Сердечник ротора также шихтованный, с пазами, заполненными алюминиевыми или медными стержнями, замкнутыми накоротко концевыми кольцами. Конструкция ротора для 1000 об/мин не имеет принципиальных отличий от двигателей с другим числом полюсов.
• Вал и подшипниковые щиты: Рассчитаны на более высокий крутящий момент по сравнению с высокооборотистыми двигателями той же мощности, так как M = P / ω, где ω — угловая скорость. При снижении скорости крутящий момент возрастает.
• Охлаждение: Чаще всего используется конструкция с самовентиляцией (обозначение IC 411): вентилятор, установленный на валу двигателя, обдувает наружную поверхность ребристого корпуса.

Основные области применения

Двигатели 993 об/мин находят применение в приводах механизмов, требующих относительно низкой частоты вращения и высокого крутящего момента, а также там, где нецелесообразно использовать редуктор или частотный преобразователь.

• Насосное оборудование: Поршневые, шестеренные, винтовые насосы, где скорость вращения напрямую связана с производительностью.

Вентиляторы и дымососы большой мощности: Осевые и радиальные вентиляторы с прямым приводом.

• Подъемно-транспортное оборудование: Лебедки, крановые механизмы передвижения тележек и мостов.
• Дробильное и мельничное оборудование: Приводы шаровых, стержневых мельниц, дробилок щековых и конусных.
• Компрессорное оборудование: Поршневые и винтовые компрессоры.
• Конвейеры и транспортеры: Особенно тяжелые и протяженные ленточные конвейеры, где необходим высокий пусковой момент.

Технические характеристики и параметры выбора

При выборе электродвигателя 993 об/мин необходимо учитывать комплекс параметров, выходящих за рамки простого соответствия мощности.

Таблица 1. Примерный ряд мощностей и соответствующих параметров для асинхронных двигателей 1000 об/мин (IE2, IE3)

Мощность, кВт	Синхронная скорость, об/мин	Номинальный ток (при ~400В), А (примерно)	Номинальный крутящий момент, Нм (примерно)	КПД (класс IE3), %	Пусковой момент / Мном (кратность)
7.5	1000	15.5	71.6	90.1	2.2 — 2.5
15	1000	29.5	143.2	91.4	2.2 — 2.5
30	1000	56.5	286.5	92.5	2.0 — 2.3
55	1000	100	525.2	93.6	1.8 — 2.1
75	1000	135	716.2	94.1	1.7 — 2.0
110	1000	195	1050.3	94.6	1.6 — 1.9

Ключевые параметры для выбора:

• Класс энергоэффективности (IE): Согласно стандарту МЭК 60034-30-1, современные двигатели разделены на классы IE1 (стандартная), IE2 (повышенная), IE3 (премиальная), IE4 (сверхпремиальная). С 2021 года в РФ и ЕС для двигателей 75-200 кВт обязателен класс не ниже IE3, для 0.75-75 кВт — IE2 при использовании с ПЧ или IE3 при прямом пуске.
• Степень защиты (IP): Определяется стандартом IEC 60529. Для чистых цехов — IP23, для большинства промышленных условий — IP54 (защита от пыли и брызг), для влажных и пыльных сред — IP55/IP65.
• Класс изоляции: Определяет допустимую температуру нагрева. Класс F (155°C) является стандартом, позволяя двигателю работать с перегрузкой. Класс H (180°C) используется для особо тяжелых условий.
• Режим работы (S1 — S10): Наиболее распространен продолжительный режим S1, при котором двигатель работает под постоянной нагрузкой до достижения установившейся температуры.
• Коэффициент мощности (cos φ): Для двигателей 1000 об/мин обычно находится в диапазоне 0.83 — 0.88 при номинальной нагрузке и падает при недогрузке.

Способы пуска и управления

Высокий пусковой момент и относительно низкий пусковой ток (по сравнению с двухполюсными двигателями) являются преимуществом трехполюсных машин. Однако прямой пуск (DOL) для мощностей свыше 30-55 кВт часто недопустим из-за ограничений сети.

• Прямой пуск (DOL): Простейший и самый дешевый способ. Минусы: высокий бросок тока (5-7 Iн), механический удар.
• Пуск «звезда-треугольник» (Star-Delta): Применим только для двигателей, обмотки которых рассчитаны на длительную работу в схеме «треугольник». Снижает пусковой ток в 3 раза, но и пусковой момент также падает в 3 раза, что неприемлемо для механизмов с тяжелым пуском.
• Частотный преобразователь (ПЧ): Наиболее технологичный способ. Обеспечивает плавный пуск, широкое регулирование скорости (вниз от номинала и, при соответствующем исполнении двигателя, вверх), энергосбережение. Для двигателей 1000 об/мин при длительной работе на низких скоростях требуется независимое охлаждение (двигатель с принудительной вентиляцией, IC 416).
• Устройство плавного пуска (УПП): Позволяет снизить пусковой ток и смягчить механический удар, но не дает возможности регулирования скорости в рабочем режиме.

Тенденции и особенности эксплуатации

Современные двигатели 1000 об/мин проектируются с использованием улучшенных электротехнических сталей, оптимизированных обмоток и точных систем охлаждения для соответствия классам IE3 и IE4. Основные эксплуатационные вопросы связаны с:

• Вибрацией и балансировкой: Крупные низкооборотистые двигатели чувствительны к дисбалансу ротора и соосности при монтаже. Требуется регулярный виброконтроль.
• Нагревом при недогрузке: КПД и cos φ значительно падают при нагрузке ниже 50%, что ведет к повышенному потреблению реактивной энергии и возможному перегреву даже при неполной нагрузке из-за ухудшения условий самовентиляции.
• Работой от частотного преобразователя: Возникают проблемы перенапряжений на фронтах ШИМ-сигнала, ведущих к пробою изоляции, а также циркулирующих подшипниковых токов, вызывающих электрическую эрозию тел качения. Требуется применение фильтров (dU/dt, синус-фильтров), изолированных подшипников или токосъемных устройств.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Почему в паспорте указана скорость 993 об/мин, а не 1000?

Указанная скорость — это номинальная скорость вращения при полной нагрузке на валу. Она всегда меньше синхронной скорости магнитного поля (1000 об/мин) на величину скольжения, необходимого для создания вращающего момента. Скольжение в 0.7% (7 об/мин) является нормальным и свидетельствует о высокой энергоэффективности двигателя.

Можно ли использовать двигатель 1000 об/мин для привода механизма, требующего 1500 об/мин?

Нет, напрямую — нельзя. Частота вращения асинхронного двигателя при питании от сети 50 Гц жестко определяется числом полюсов. Для получения 1500 об/мин необходим двигатель с p=2 (синхронная скорость 1500 об/мин). Альтернативой является использование частотного преобразователя для повышения частоты питания до 75 Гц, но это возможно только если двигатель конструктивно рассчитан на такие скорости (класс изоляции, механическая прочность, тип подшипников).

Какой класс энергоэффективности выбрать: IE2 или IE3?

Выбор регламентируется законодательством. С технико-экономической точки зрения, двигатель IE3 имеет более высокий КПД на 1-3%, что приводит к значительной экономии электроэнергии при непрерывной работе. Срок окупаемости более дорогого двигателя IE3 редко превышает 2-3 года. Для режимов с малым количеством рабочих часов в году может быть оправдан выбор IE2.

Что важнее при выборе двигателя для насоса: мощность или крутящий момент?

Для центробежных насосов, имеющих квадратичную моментную характеристику, критична именно мощность, которая определяет производительность и напор. Для поршневых насосов с постоянным моментом сопротивления необходимо убедиться, что номинальный момент двигателя превышает момент нагрузки, а пусковой момент достаточен для трогания механизма.

Почему двигатель 1000 об/мин греется сильнее на холостом ходу или при недогрузке?

При недогрузке снижается коэффициент мощности (cos φ). При этом для выдачи той же активной мощности (P = √3 U I

• cos φ) двигатель вынужден потреблять больший ток, что увеличивает потери в меди статора. Кроме того, эффективность системы самовентиляции падает с уменьшением скорости, ухудшая теплоотвод. Совокупность этих факторов приводит к неожиданному перегреву при работе без нагрузки.

Как бороться с подшипниковыми токами при питании от ПЧ?

Существует несколько методов: установка изолированного подшипника со стороны NDE (неприводного конца); использование токосъемных щеток для замыкания тока на корпус; применение фильтрующих устройств (синус-фильтров), которые сглаживают форму выходного напряжения ПЧ; выбор специализированных двигателей, предназначенных для работы с ПЧ (с защитой от bearing currents).