Электродвигатели ГОСТ 1000 об/мин

Электродвигатели с синхронной частотой вращения 1000 об/мин по ГОСТ: конструктивные особенности, сфера применения и технические параметры

Электродвигатели с синхронной частотой вращения 1000 об/мин (соответствующей 16,67 Гц при синхронной скорости) являются ключевым элементом в приводе механизмов, требующих средних и низких скоростей при высоком крутящем моменте. В российской и международной практике их производство и технические характеристики долгое время регламентировались рядом государственных стандартов (ГОСТ), основным из которых являлся ГОСТ 51689-2000 (ранее ГОСТ 51689-91) «Машины электрические вращающиеся мощностью от 0,55 до 400 кВт включительно. Общие технические условия», а также серия стандартов на конкретные серии двигателей. Двигатели 1000 об/мин относятся к тихоходным, что определяет их конструкцию и области использования.

Конструктивные особенности и принцип действия

Электродвигатели на 1000 об/мин, как правило, являются асинхронными трехфазными машинами с короткозамкнутым ротором (типа АИР по современной классификации). Синхронная скорость в 1000 оборотов в минуту достигается при питании от сети 50 Гц и числе пар полюсов p = 3. Формула для расчета синхронной частоты вращения: n = 60f / p, где f – частота сети (50 Гц), p – число пар полюсов. Таким образом: 6050 / 3 = 1000 об/мин. Фактическая (асинхронная) скорость при нагрузке составляет примерно 930-980 об/мин в зависимости от мощности и величины скольжения.

Для создания трех пар полюсов обмотка статора должна быть выполнена с соответствующим шагом и конфигурацией. Увеличение числа полюсов напрямую влияет на габариты и массу двигателя: при одинаковой мощности двигатель на 1000 об/мин будет иметь большие размеры, чем двигатель на 3000 об/мин (2p=2), поскольку для обеспечения требуемого магнитного потока необходимо больше железа и меди. Ротор таких двигателей – короткозамкнутый, типа «беличья клетка», часто литой алюминиевый, реже – из меди или ее сплавов для двигателей повышенного класса энергоэффективности.

Основные стандартизированные серии и их параметры

Исторически в СССР и РФ были разработаны унифицированные серии (гаммы) двигателей. Для тихоходных исполнений наиболее распространенными были и остаются серии, разработанные в рамках ГОСТ.

• Серия АИР (Асинхронные, Исполнение с Ротором короткозамкнутым) – современная преемница серий А, А2, АИ. Регулируется стандартами ГОСТ Р 51689-2000, ГОСТ 51689-91, ГОСТ 51689-2000. Охватывает диапазон мощностей от 0,12 до 400 кВт.
• Серия 5АМ (и ее предшественники 5А, 4А) – также массовая серия, параметры которой зафиксированы в отраслевых стандартах.

Для двигателей с синхронной частотой 1000 об/мин характерны высокие значения пускового и максимального моментов, что является их ключевым преимуществом.

Таблица 1. Примеры основных параметров электродвигателей АИР с n_синх=1000 об/мин (исполнение IM 1081)

Типоразмер (АИР)	Номинальная мощность, кВт	Номинальный ток, А (380В)	КПД, %, не менее	Коэффициент мощности, cos φ	Пусковой момент, % от ном.	Масса, кг (примерно)
АИР132M6	7.5	17.0	86.0	0.76	2.0	75
АИР160S6	11.0	24.5	87.5	0.78	2.0	110
АИР180M6	18.5	38.5	89.5	0.81	2.0	155
АИР200M6	30.0	60.0	90.5	0.83	2.0	220
АИР225M6	37.0	72.0	91.5	0.84	1.8	300
АИР250S6	45.0	86.0	92.0	0.85	1.8	380
АИР280S6	55.0	105.0	92.5	0.86	1.6	450

Сфера применения двигателей 1000 об/мин

Благодаря оптимальному соотношению скорости и момента, данные двигатели нашли широкое применение в различных отраслях промышленности для привода механизмов, не требующих высоких скоростей, но нуждающихся в значительном усилии:

• Насосное оборудование: поршневые и шестеренные насосы, некоторые типы центробежных насосов низкого давления.
• Вентиляторное оборудование: радиальные вентиляторы высокого давления, дымососы, дутьевые машины.
• Компрессорная техника: поршневые компрессоры.
• Конвейеры и транспортеры: ленточные, скребковые, пластинчатые конвейеры для тяжелых грузов.
• Подъемно-транспортное оборудование: лебедки, краны, тельферы.
• Приводы смесителей и мешалок в химической, пищевой и фармацевтической промышленности.
• Станки: приводы главного движения в токарных, револьверных станках, а также в некоторых типах прессов.

Классы энергоэффективности и современные требования

Согласно актуальным стандартам (ГОСТ Р 51689-2017, соответствующий международному МЭК 60034-30-1), электродвигатели подразделяются на классы энергоэффективности (КПД). Двигатели серии АИР стандартного исполнения обычно соответствуют классу IE1 (стандартная эффективность). Современные требования диктуют необходимость использования двигателей классов IE2 (повышенная эффективность) и IE3 (премиальная эффективность). Для двигателей 1000 об/мин повышение класса достигается за счет:

• Увеличения расхода активных материалов (медь, сталь).
• Применения стали с улучшенными магнитными свойствами.
• Оптимизации геометрии пазов и воздушного зазора.
• Использования меди в роторе вместо алюминия (для IE3 и выше).

Таблица 2. Минимальные значения КПД (%) для двигателей 1000 об/мин (50 Гц) по классам энергоэффективности (выборочно)

Ном. мощность, кВт	2 полюса (3000 об/мин)	6 полюсов (1000 об/мин)
	IE1	IE2	IE3	IE1	IE2	IE3
7.5	86.0	88.1	89.2	86.0	88.1	89.2
11	87.5	89.4	90.5	87.5	89.4	90.5
18.5	89.3	91.0	91.8	89.3	91.0	91.8
30	90.6	92.1	92.9	90.6	92.1	92.9
37	91.2	92.6	93.3	91.2	92.6	93.3
45	91.7	93.0	93.7	91.7	93.0	93.7
55	92.1	93.3	94.0	92.1	93.3	94.0

Монтажные исполнения и степени защиты

Двигатели 1000 об/мин производятся в стандартных монтажных исполнениях по ГОСТ 2479 (соответствует МЭК 60034-7):

• IM 1081 – на лапах с одним цилиндрическим концом вала.
• IM 2081 – на лапах с двумя цилиндрическими концами вала.
• IM 3081 – без лап, с фланцем на подшипниковом щите, с одним цилиндрическим концом вала.

Степень защиты от проникновения твердых тел и воды регламентируется ГОСТ 17494 (соответствует МЭК 60034-5). Наиболее распространены:

• IP54 – защита от пыли (частичная) и брызг воды со всех направлений. Стандарт для большинства промышленных применений.
• IP55 – защищенные от струй воды, для условий повышенной влажности и наружной установки.

Вопросы выбора и эксплуатации

При выборе электродвигателя на 1000 об/мин необходимо учитывать:

1. Совпадение механической характеристики двигателя с характеристикой рабочей машины (насоса, вентилятора). Для центробежных механизмов важно учитывать квадратичную зависимость момента от скорости.
2. Режим работы (S1 – продолжительный, S3 – повторно-кратковременный и т.д.) по ГОСТ 183.
3. Климатическое исполнение и категорию размещения (У3, УХЛ2 и др.) по ГОСТ 15150.
4. Необходимость использования частотного преобразователя (ЧП) для регулирования скорости. Двигатели для работы с ЧП должны иметь усиленную изоляцию обмоток, а в случае длительной работы на низких скоростях – независимый вентилятор.
5. Пусковые характеристики: высокий пусковой момент (до 200% от номинального) позволяет запускать двигатель под нагрузкой, но создает повышенные пусковые токи (до 7-8 Iн).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель на 1000 об/мин от двигателя на 1500 об/мин той же мощности?

Двигатель на 1000 об/мин (6 полюсов) имеет большее число пар полюсов (3 против 2 у 1500 об/мин). Это приводит к увеличению габаритов и массы, более высокому пусковому моменту, но и к несколько более низкому КПД и cos φ при прочих равных. Он развивает больший крутящий момент на валу при той же мощности (M = 9550

• P / n).

Можно ли получить 1000 об/мин от двигателя на 1500 об/мин?

Да, но только с использованием частотного преобразователя (ЧП), понизив выходную частоту с 50 Гц до примерно 33 Гц. Однако при этом снижается и момент (если не используется векторное управление с компенсацией), а также ухудшается охлаждение двигателя на стандартном исполнении IM 1081/2081.

Какой аналог у серии АИР по международным стандартам?

Ближайшими международными аналогами являются двигатели серий IE (по энергоэффективности) производства Siemens (1LE1), ABB (M3BP), WEG (W22) и других. Конструктивно и по габаритно-присоединительным размерам они часто соответствуют стандарту IEC 60072-1.

Почему фактическая скорость двигателя всегда меньше 1000 об/мин?

Это обусловлено явлением скольжения – фундаментальным свойством асинхронных двигателей. Вращающееся магнитное поле статора (1000 об/мин) наводит ток в роторе, для возникновения момента необходимо отставание ротора от поля. Скольжение составляет 2-7% и зависит от нагрузки, поэтому рабочая скорость обычно находится в диапазоне 930-980 об/мин.

Как правильно подобрать двигатель 1000 об/мин для насоса по каталогу?

Необходимо знать требуемую мощность на валу насоса при его рабочей точке, режим работы (обычно S1), требуемое монтажное исполнение (чаще IM 1081) и степень защиты (обычно IP55 для насосов). Далее по таблицам каталога выбирается типоразмер двигателя (например, АИР180M6) с номинальной мощностью, равной или с небольшим запасом (10-15%) превышающей расчетную мощность насоса.

Каковы основные причины выхода из строя таких двигателей?

Типичные причины: перегруз по току из-за механических неисправностей агрегата, нарушение условий охлаждения (загрязнение ребер станины), работа в режиме частых пусков, несимметрия или понижение напряжения питающей сети, износ подшипников, повреждение обмоток влагой или вибрацией. Для двигателей 1000 об/мин, часто работающих в режиме высокого момента, критичен контроль состояния опор и соосности при монтаже.