Электродвигатели асинхронные с синхронной частотой вращения 850 об/мин: конструкция, особенности и сфера применения

Асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 850 об/мин представляют собой специализированный класс низкооборотных электрических машин, работающих на стандартной промышленной частоте 50 Гц. Ключевая особенность — количество полюсов. Для достижения синхронной скорости 850 об/мин (или 14,17 об/с) двигатель должен быть сконструирован как многополюсный. Синхронная скорость (n_s) определяется формулой: n_s = (60 f) / p, где f — частота сети (50 Гц), p — число пар полюсов. При n_s = 850 об/мин, p = (60 50) / 850 ≈ 3,53. Поскольку число пар полюсов должно быть целым, фактическое число пар полюсов равно 7, что дает точную синхронную скорость: n_s = (60

• 50) / 7 ≈ 857 об/мин. Таким образом, двигатели, маркируемые как 850 об/мин, являются семиполюсными (или 14-полюсными) машинами, а их номинальная рабочая скорость при нагрузке (с учетом скольжения 2-5%) составляет примерно 800-840 об/мин.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструктивно двигатели на 850 об/мин выполняются как с короткозамкнутым (АИР), так и с фазным ротором (АК, АКЗ). Основное отличие от более распространенных 2-, 4- или 6-полюсных моторов — строение магнитной системы статора.

• Обмотка статора: Для создания семи пар полюсов обмотка статора имеет соответствующее количество катушечных групп, распределенных по большему количеству пазов. Это приводит к увеличению габаритов и массы активных материалов (стали и меди) по сравнению с высокооборотными двигателями той же мощности.
• Ротор: В двигателях с короткозамкнутым ротором («беличья клетка») используется литая алюминиевая или медная обойма. В двигателях с фазным ротором установлена трехфазная обмотка, выведенная на контактные кольца, что позволяет вводить в цепь ротора дополнительные сопротивления для плавного пуска и регулировки скорости.
• Магнитопровод: Увеличенный диаметр статора и ротора для размещения большего числа полюсов. Это повышает момент инерции ротора.
• Охлаждение: Из-за больших габаритов и меньшей скорости вращения собственного вентилятора, системы охлаждения (тип IC 0141) требуют внимательного расчета для эффективного отвода тепла.

Основные технические характеристики и параметры

Двигатели 850 об/мин характеризуются высоким пусковым и номинальным моментом при относительно низкой скорости. Это делает их пригодными для прямого привода механизмов без использования редуктора или с редуктором, имеющим меньшее передаточное число.

Примерные параметры асинхронных двигателей серии АИР с синхронной частотой 850 об/мин (50 Гц, 380 В)

Мощность, кВт	Номинальный ток, А (при 380В)	КПД, %, не менее	Коэффициент мощности, cos φ	Пусковой ток / Ном. ток (Iп/Iн)	Пусковой момент / Ном. момент (Мп/Мн)	Масса, кг (прим.)
5,5	14,5	86,5	0,79	6,5	1,8	110
11	27,5	89,0	0,81	7,0	1,8	180
22	52,0	90,5	0,83	7,0	1,8	320
45	100,0	92,0	0,85	7,0	1,8	550
75	160,0	93,0	0,86	7,0	1,8	850

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокий вращающий момент на валу, пропорциональный мощности и обратно пропорциональный скорости.
• Меньшая скорость износа подшипников и сопряженных механических частей.
• Возможность прямого сопряжения с низкооборотными механизмами (мешалки, дробилки, барабаны), что упрощает кинематическую схему, повышает надежность и КПД системы в целом.
• Более плавный ход и меньший динамический дисбаланс.

Недостатки:

• Большие габариты и масса на единицу выходной мощности по сравнению с высокооборотными двигателями.
• Более низкий коэффициент мощности (cos φ), что требует большей реактивной мощности от сети.
• Относительно более высокая стоимость из-за большего расхода активных материалов.
• Ограниченная номенклатура и менее массовое производство по сравнению с двигателями на 1500 об/мин.

Сфера применения

Двигатели с частотой вращения 850 об/мин используются там, где технологический процесс требует стабильной низкой скорости и высокого момента.

• Приводы мешалок и смесителей: В химической, фармацевтической и пищевой промышленности для аппаратов с большим диаметром импеллера.
• Дробильное и измельчительное оборудование: Щековые, конусные, валковые дробилки, где необходим высокий крутящий момент для разрушения материала.
• Барабанные машины: Сушильные, обжиговые, пескоструйные барабаны, вращающиеся печи.
• Приводы конвейеров: Мощных ленточных и пластинчатых конвейеров с большим тяговым усилием, особенно при тяжелых условиях пуска.
• Насосы поршневого типа и винтовые компрессоры: Где требуется согласование скорости двигателя с рабочей скоростью механизма.
• Крановые и подъемные механизмы: В качестве привода механизма передвижения тележек или поворота.

Вопросы выбора, монтажа и эксплуатации

При выборе двигателя на 850 об/мин необходимо учитывать:

• Режим работы (S1-S10): Для продолжительного режима S1 подходят стандартные двигатели. Для повторно-кратковременных или тяжелых пусковых режимов (S4, S5) требуется двигатель с фазным ротором или специальным расчетом тепловых потерь.
• Способ пуска: Прямой пуск (DOL) возможен при соответствии пускового тока возможностям сети. При ограничениях — пуск переключением «звезда-треугольник», через частотный преобразователь или с использованием двигателя с фазным ротором.
• Климатическое исполнение и категория размещения: (У, УХЛ, Т для тропиков; IP54, IP55 для защиты от пыли и воды).
• Класс нагревостойкости изоляции: Стандартно — F (155°C), с запасом на работу при классе B (130°C) или H (180°C) для особо жарких сред.

Монтаж требует тщательной центровки с приводным механизмом. Из-за большого веса необходимо использовать фундамент или раму соответствующей жесткости. Обязателен контроль вибрации и температуры подшипниковых узлов в процессе эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем обусловлена более высокая цена двигателя на 850 об/мин по сравнению с двигателем той же мощности на 1500 об/мин?

Цена выше из-за большего расхода меди и электротехнической стали для создания семи пар полюсов. Увеличиваются габариты статора, масса магнитопровода и длина обмоточного провода. Технология намотки и сборки также сложнее из-за большего количества катушечных групп.

Можно ли получить скорость 850 об/мин от стандартного 4-полюсного двигателя (1500 об/мин) с помощью частотного преобразователя (ЧП)?

Да, это технически возможно. Для этого необходимо снизить выходную частоту ЧП до примерно 28,3 Гц (850/1500

• 50 Гц). Однако при этом снижается и максимальная доступная мощность двигателя (при постоянном моменте нагрузки). Кроме того, на низких частотах может ухудшаться охлаждение (снижение скорости вентилятора). Для продолжительной работы на пониженной скорости часто требуется двигатель с независимым вентилятором (IC 0411). Прямой низкооборотный двигатель часто оказывается более эффективным решением для стационарной работы на одной низкой скорости.

Какой тип двигателя предпочтительнее для привода дробилки: с короткозамкнутым ротором (АИР) или с фазным ротором (АК)?

Для дробилок с тяжелыми условиями пуска (высокий момент инерции, необходимость плавного разгона под нагрузкой) традиционно предпочтительны двигатели с фазным ротором (АК, АКЗ). Они позволяют ввести в цепь ротора пусковой реостат, что значительно увеличивает пусковой момент при одновременном снижении пускового тока. Двигатели АИР с короткозамкнутым ротором могут использоваться с частотными преобразователями для плавного пуска или в случаях, когда мощность сети позволяет прямой пуск.

Каковы особенности подключения и схемы обмоток статора для напряжения 380/660 В?

Большинство промышленных двигателей на 850 об/мин имеют две номинальных схемы напряжения: 220/380 В (устаревший вариант) и современный стандарт 380/660 В. Для работы в сети 380 В (линейное напряжение) обмотки статора должны быть соединены в «звезду» (Y). Для работы в сети 660 В — в «треугольник» (Δ). Схема соединения указывается на клеммной коробке. Неправильное соединение (например, «треугольник» в сеть 380 В) приведет к перетоку тока и сгоранию двигателя.

Как рассчитать необходимую мощность двигателя 850 об/мин для привода барабана?

Мощность (P, кВт) рассчитывается исходя из требуемого вращающего момента (M, Нм) и угловой скорости (ω, рад/с): P = M ω / 1000, где ω = (2 π n) / 60, а n — рабочая скорость (≈820 об/мин). Момент определяется нагрузкой: массой барабана, материалом, коэффициентом трения в подшипниках, ускорением. Необходимо заложить запас мощности (коэффициент запаса K_з = 1,1-1,3) на неучтенные потери и возможные перегрузки. Для точного расчета рекомендуется обратиться к инженерным методикам или использовать специализированное ПО.

Заключение

Асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 850 об/мин являются важным инструментом в арсенале приводной техники для низкооборотных механизмов с высоким моментом сопротивления. Их выбор обусловлен не только желанием упростить кинематическую схему, но и технико-экономической целесообразностью. Понимание их конструктивных особенностей, точных параметров и областей применения позволяет инженерам-энергетикам и проектировщикам принимать обоснованные решения по модернизации и созданию надежных и эффективных промышленных систем.