Электродвигатели 675 об/мин

Электродвигатели с синхронной частотой вращения 675 об/мин: конструкция, применение и особенности выбора

Электродвигатели с синхронной частотой вращения 675 оборотов в минуту представляют собой специфический класс низкооборотных асинхронных машин, работающих на стандартной промышленной частоте 50 Гц. Данная скорость является одной из стандартных ступеней в ряду синхронных частот, определяемых формулой: n = (60 f) / p, где f – частота тока (50 Гц), p – число пар полюсов. Для достижения 675 об/мин двигатель должен иметь 8 пар полюсов (p=8), так как (60 50) / 8 = 375 об/мин – это синхронная скорость. Реальная рабочая (асинхронная) скорость при номинальной нагрузке составляет примерно 670-675 об/мин из-за наличия скольжения (s ≈ 1-2%).

Конструктивные особенности 8-полюсных двигателей

Конструкция электродвигателя на 675 об/мин существенно отличается от более распространенных 2- или 4-полюсных моделей. Увеличение числа полюсов сказывается на всех основных узлах.

• Магнитопровод статора: Имеет большее количество пазов для укладки обмотки. Сама обмотка выполняется с большим числом катушек на полюс и фазу, что приводит к увеличению диаметра статора при той же длине активной стали или, чаще, к сохранению диаметра при увеличении длины. Провод обмотки имеет больше витков меньшего сечения.
• Ротор: Чаще всего используется короткозамкнутый ротор типа «беличья клетка». Из-за низкой скорости ротор может быть выполнен более массивным, что повышает его момент инерции.
• Габариты и масса: При одинаковой мощности 8-полюсный двигатель всегда будет крупнее и тяжелее, чем его 4-полюсный аналог. Это связано с необходимостью размещения большего объема обмотки и обеспечения требуемого магнитного потока.
• Охлаждение: Низкая скорость вращения вала вентилятора собственного охлаждения (IC 411) требует тщательного расчета системы обдува. Часто для двигателей средней и большой мощности применяется принудительное независимое охлаждение (IC 416) с отдельным вентилятором.

Основные технические параметры и характеристики

Ключевые параметры, на которые необходимо обращать внимание при подборе двигателя 675 об/мин.

• Номинальная мощность (P_N): Диапазон мощностей для данного типа двигателей широк – от нескольких киловатт до единиц мегаватт. Наиболее распространены в сегменте от 75 кВт до 2000 кВт.
• КПД (η): В соответствии с стандартом IEC 60034-30-1, двигатели данного типа относятся к классам IE2, IE3, IE4 и IE5. КПД 8-полюсных двигателей, как правило, на 1-3% ниже, чем у 2- и 4-полюсных той же мощности, из-за повышенных потерь в обмотке статора.
• Коэффициент мощности (cos φ): Также имеет тенденцию к снижению с увеличением числа полюсов. Для компенсации этого часто требуется более мощная установка КРМ (компенсации реактивной мощности).
• Пусковой момент (M_п): Обычно составляет 0.6-1.0 от номинального момента. Низкооборотные двигатели, как правило, не имеют проблем с пусковым моментом из-за своей конструкции.
• Момент инерции ротора (J): Значительно выше, чем у высокооборотных машин, что влияет на время пуска и динамические характеристики.

Сравнительные характеристики асинхронных двигателей разной полюсности на примере мощности 160 кВт, 50 Гц

Параметр	4-полюсный (≈1475 об/мин)	8-полюсный (≈675 об/мин)	Примечание
Синхронная скорость, об/мин	1500	750	–
Номинальный момент, Нм	1036	2263	В 2.2 раза выше
Примерный КПД (IE3), %	96.0	94.5	Снижение на 1.5%
Примерный cos φ	0.87	0.82	Требует больше реактивной мощности
Габарит (примерно)	355M	400L	Более крупная рама
Масса, кг	~1200	~1800	Увеличение на ~50%

Области применения

Двигатели 675 об/мин применяются там, где технологический процесс требует низкой частоты вращения привода без использования редуктора или с применением редуктора с небольшим передаточным числом. Это повышает общую надежность, КПД системы и снижает эксплуатационные расходы.

• Насосное оборудование: Крупные центробежные насосы низкого давления, циркуляционные насосы в системах водоснабжения и тепловых сетях, где прямая посадка рабочего колеса на вал двигателя оптимальна.
• Вентиляторное оборудование: Радиальные вентиляторы высокого давления с большим диаметром колеса, дымососы и дутьевые машины на ТЭЦ и котельных.
• Компрессорное оборудование: Поршневые и винтовые компрессоры, где скорость вращения напрямую связана с производительностью.
• Конвейерные системы: Длинные ленточные конвейеры для сыпучих материалов, где требуется высокий крутящий момент при низкой скорости движения ленты.
• Мешалки и смесители: Тяжелые аппараты для перемешивания вязких сред в химической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности.
• Шаровые мельницы и дробилки: Приводы горно-обогатительного оборудования, где пуск осуществляется под нагрузкой.

Преимущества и недостатки по сравнению с высокооборотными двигателями в паре с редуктором

Преимущества прямого привода на 675 об/мин:

• Высокая надежность и отказоустойчивость за счет отсутствия механического редуктора.
• Снижение потерь на трение и повышенный общий КПД системы (исключаются потери в редукторе).
• Минимальные требования к техническому обслуживанию (не требуется замена масла, шестерен, подшипников редуктора).
• Отсутствие шума и вибраций, присущих редукторным передачам.
• Компактность системы в целом, хотя сам двигатель крупнее.

Недостатки:

• Более высокая начальная стоимость самого электродвигателя.
• Большие габариты и масса двигателя, что усложняет монтаж и требует более мощного фундамента.
• Более низкие значения КПД и cos φ по сравнению с 2-/4-полюсными двигателями той же мощности.
• Ограниченность регулирования скорости стандартными частотными преобразователями в широком диапазоне (при необходимости увеличения скорости свыше 750 об/мин на 50 Гц).

Особенности пуска и управления

Пуск 8-полюсных двигателей имеет свои нюансы. Из-за большого момента инерции ротора время прямого пуска (DOL) может быть значительным (десятки секунд), что приводит к повышенному нагреву обмоток. Необходимо проверять допустимое количество пусков в час согласно данным производителя. Для снижения пусковых токов и момента часто применяются:

• Частотные преобразователи (ЧП): Наиболее современный и эффективный способ, обеспечивающий плавный пуск, регулирование скорости и защиту двигателя. Для низкооборотных двигателей важно обеспечить достаточное охлаждение на низких скоростях.
• Устройства плавного пуска (УПП): Позволяют снизить пусковые токи и плавно нарастить момент, уменьшая механические удары.
• Пуск «звезда-треугольник»: Простой, но эффективный способ для двигателей, не требующих высокого пускового момента. Снижает пусковой ток в 3 раза.

Вопросы монтажа, центровки и обслуживания

Монтаж тяжелого низкооборотного двигателя требует особой тщательности. Необходимо использовать жесткое, массивное основание. Центровка со приводимым механизмом (насосом, вентилятором) должна проводиться с высокой точностью с использованием лазерных инструментов, так как даже небольшая несоосность из-за низкой скорости и высокого момента приведет к значительным радиальным нагрузкам на подшипники и их преждевременному выходу из строя. В процессе эксплуатации критически важно контролировать:

• Температуру подшипников (предпочтительно использование подшипников с системой постоянной пластичной смазки или жидкой смазки).
• Вибрацию на корпусе и подшипниковых щитах.
• Чистоту вентиляционных каналов и работоспособность системы охлаждения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель на 750 об/мин и на 675 об/мин?

750 об/мин – это синхронная скорость для 8-полюсного двигателя при 50 Гц. 675 об/мин – это его реальная асинхронная (рабочая) скорость при номинальной нагрузке с учетом скольжения (примерно 2-3%). В паспортных данных указывается именно рабочая скорость, например, 675, 670 или 740 об/мин для 750 синхронных.

Можно ли получить скорость 675 об/мин от частотного преобразователя на стандартном 4-полюсном двигателе?

Да, можно. Для этого необходимо снизить выходную частоту ЧП примерно до 22.5 Гц (т.к. (60

• 22.5) / 2 = 675 об/мин синхронных). Однако при этом резко падает мощность двигателя (она примерно пропорциональна частоте), и критически ухудшается охлаждение. Такой режим допустим только для кратковременной или переменной нагрузки с обязательным внешним охлаждением. Для постоянной работы на низких оборотах всегда предпочтительнее использовать специализированный многополюсный двигатель.

Какой класс изоляции и способ охлаждения typicalны для таких двигателей?

Современные промышленные двигатели на 675 об/мин, как правило, имеют класс нагревостойкости изоляции обмотки F (до 155°C) с запасом, работающий по классу B (до 130°C) для повышения надежности. Наиболее распространенные способы охлаждения: IC 411 (самовентиляция с вентилятором на валу) для малых и средних мощностей и IC 416 (принудительное независимое охлаждение с отдельным вентилятором и двигателем) для мощностей свыше 200-300 кВт, что гарантирует эффективный теплоотвод при низкой скорости вращения вала.

Почему у низкооборотного двигателя такой высокий пусковой ток, если он медленно разгоняется?

Величина пускового тока (I_п/I_н = 5-7) практически не зависит от количества полюсов и определяется в основном конструктивными параметрами обмотки и магнитной цепи. Высокий ток обусловлен тем, что в момент пуска ротор неподвижен, а сопротивление цепи ротора минимально. Длительность же пуска (разгона) напрямую зависит от момента инерции (J) и разности между пусковым моментом двигателя и моментом сопротивления механизма. Большой J ротора низкооборотного двигателя и является причиной длительного разгона, в течение которого обмотки находятся под воздействием высокого пускового тока.

Как правильно подобрать двигатель 675 об/мин для замены вышедшего из строя?

Необходимо собрать следующие данные со старого двигателя или из условий эксплуатации: номинальная мощность (кВт), рабочее напряжение (В) и схема соединения обмоток (звезда/треугольник), монтажные габариты (расстояния между отверстиями лап, диаметр вала и его длина, высота центров), климатическое исполнение и степень защиты (IP), класс изоляции. Критически важно согласовать момент инерции ротора, если привод работает в тяжелых пусковых условиях или с частотным преобразователем. Предпочтение следует отдавать двигателям с более высоким классом энергоэффективности (IE3/IE4).