Электродвигатели 690 об/мин
Электродвигатели с синхронной частотой вращения 690 об/мин: конструкция, применение и особенности выбора
Электродвигатели с номинальной частотой вращения 690 об/мин (при частоте питающей сети 50 Гц) представляют собой асинхронные машины с 8,5 парами полюсов (8-полюсные двигатели имеют синхронную скорость 750 об/мин). Эта специфическая скорость является промежуточной между стандартными значениями и находит свое применение в случаях, когда требуется точное согласование скорости двигателя с рабочей характеристикой приводимого механизма без использования дополнительных редукторов или частотных преобразователей. Такие двигатели относятся к категории низкооборотистых и характеризуются высоким пусковым моментом при относительно небольшом пусковом токе.
Конструктивные особенности и принцип действия
Двигатели на 690 об/мин являются асинхронными трехфазными двигателями с короткозамкнутым или фазным ротором. Ключевое отличие от более распространенных 2- или 4-полюсных моделей заключается в конструкции статора. Для получения низкой синхронной скорости (n = 60f/p, где f=50 Гц, p=8,5) требуется создать большее количество полюсов магнитного поля. Это достигается увеличением количества катушечных групп в обмотке статора, что напрямую влияет на габариты и массу двигателя: при одинаковой мощности 8,5-полюсный двигатель будет крупнее и тяжелее 4-полюсного (1500 об/мин).
Ротор таких двигателей, как правило, выполняется по технологии «беличья клетка» (короткозамкнутый) для простоты и надежности. Однако для механизмов с тяжелыми условиями пуска могут применяться двигатели с фазным ротором, позволяющие вводить в цепь ротора пусковой реостат для плавного увеличения момента. Система охлаждения чаще всего независимая (IC 411) или самовентилируемая (IC 416). Из-за больших размеров активной стали и обмоток особое внимание уделяется системам изоляции (классы F или H с запасом по температуре) и виброзащите.
Основные области применения
Двигатели 690 об/мин используются там, где их скорость вращения оптимально соответствует технологическому процессу, позволяя исключить или упростить редукторный привод, повысив общий КПД и надежность системы.
- Механизмы шаровых, стержневых и рудно-галечных мельниц: Скорость вращения барабана мельницы является критическим параметром. Двигатели 690 об/мин часто подбираются напрямую под расчетную скорость помола, обеспечивая высокий крутящий момент.
- Центрифуги и сепараторы: Для некоторых типов промышленных центрифуг требуется точная рабочая скорость, достигаемая прямым приводом от двигателя 690 об/мин.
- Крупные вентиляторы и дымососы: В системах тяги и дутья котельных и промышленных печей, где регулирование осуществляется заслонками, применение низкооборотистого двигателя может быть более рациональным, чем использование высокооборотистого с редуктором.
- Низкоскоростные насосы поршневого типа и эксцентриковые шнековые питатели.
- Конвейеры с большим диаметром барабанов: Прямой привод барабана конвейера от двигателя 690 об/мин может упростить кинематическую схему.
- Высокий пусковой момент: Позволяет уверенно запускать механизмы с высокой инерцией или значительным моментом сопротивления на валу.
- Сниженный пусковой ток: Меньшая кратность пускового тока снижает нагрузку на питающую сеть и позволяет использовать менее мощные пусковые устройства.
- Упрощение кинематической схемы: Возможность прямого привода без редуктора или с одноступенчатым редуктором повышает надежность и снижает потери.
- Плавность хода: Низкая скорость вращения ротора способствует снижению динамических нагрузок и вибрации.
- Большие габариты и масса: Существенно усложняют монтаж, требуют более мощных фундаментов.
- Более низкий коэффициент мощности (cos φ): Требует большей мощности компенсирующих установок (КРМ).
- Ограниченная номенклатура и высокая стоимость: Двигатели не являются массовыми, изготавливаются часто под заказ, что увеличивает цену и сроки поставки.
- Сложность ремонта обмотки статора: Большее количество пазов и катушек увеличивает трудоемкость перемотки.
Ключевые технические характеристики и параметры выбора
При подборе электродвигателя 690 об/мин необходимо анализировать не только стандартные параметры, но и особенности, обусловленные низкой частотой вращения.
| Параметр | Двигатель 3000 об/мин (2p=2) | Двигатель 1500 об/мин (2p=4) | Двигатель 690 об/мин (~2p=8,5) |
|---|---|---|---|
| Синхронная скорость, об/мин | 3000 | 1500 | 690 |
| Ориентировочная масса, кг | 2500-3000 | 3500-4000 | 5500-7000 |
| Габарит по длине | Малый | Средний | Большой |
| Пусковой ток (Iп/Iн) | 6-7 | 6-7 | 4,5-5,5 |
| Пусковой момент (Мп/Мн) | 0,8-1,2 | 1,0-1,5 | 1,6-2,2 |
| КПД на номинальной нагрузке, % | 96,5-97,2 | 96,7-97,0 | 96,0-96,8 |
| cos φ на номинальной нагрузке | 0,88-0,9 | 0,88-0,9 | 0,82-0,86 |
Преимущества и недостатки
Преимущества:
Недостатки:
Вопросы управления и эксплуатации
Пуск двигателей 690 об/мин может осуществляться прямым включением на сеть (DOL), так как сниженный пусковой ток это часто позволяет. Для механизмов с особо тяжелым пуском применяются частотные преобразователи (ЧП) или устройства плавного пуска (УПП). При использовании ЧП важно учитывать, что на низких частотах (ниже 15-20 Гц) собственная вентиляция двигателя становится неэффективной, может потребоваться независимое охлаждение. В эксплуатации критически важным является контроль вибрации подшипниковых узлов, которые воспринимают значительные нагрузки из-за большой массы ротора. Регламентное обслуживание включает в себя регулярную проверку состояния изоляции (измерение сопротивления мегомметром), чистку систем охлаждения и замену смазки в подшипниках качения.
Стандарты и степень защиты
Производство и испытания таких двигателей регламентируются стандартами ГОСТ Р МЭК 60034-1 (общие требования), ГОСТ Р 52776 (двигатели на напряжение свыше 1000 В). Степень защиты (IP) выбирается в зависимости от условий окружающей среды: для чистых цехов — IP23, IP54; для пыльных и влажных помещений (обогатительные фабрики) — IP55, IP65. Класс нагревостойкости изоляции, как правило, F, что при работе в классе B обеспечивает значительный запас по температуре и увеличивает ресурс.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Почему именно 690 об/мин, а не стандартные 750?
Скорость 690 об/мин является синхронной для двигателя с 8,5 парами полюсов при частоте сети 50 Гц. Она возникает, когда обмотка статора рассчитывается и укладывается под конкретное технологическое требование приводимого механизма (например, оптимальная скорость вращения барабана мельницы). Это неокругленное значение, получаемое по формуле n = 60*50/8.5 ≈ 690 об/мин. Двигатели на 750 об/мин (8 полюсов) имеют другую конструкцию обмотки и могут не обеспечить требуемое согласование с нагрузкой.
Можно ли заменить двигатель 690 об/мин на двигатель 750 об/мин с редуктором?
Технически такая замена возможна, но требует комплексного технико-экономического обоснования. Необходимо учесть: стоимость и монтаж редуктора, потери КПД в редукторе (2-5%), увеличение занимаемой площади, необходимость обслуживания дополнительного узла. Прямой привод от двигателя 690 об/мин, как правило, надежнее и эффективнее, если его скорость точно соответствует нагрузке.
Как регулировать скорость вращения двигателя 690 об/мин?
Наиболее эффективный способ — использование частотного преобразователя (ЧП). Это позволяет плавно изменять скорость в широком диапазоне. Однако, как отмечалось выше, на низких частотах вращения требуется обеспечить принудительное охлаждение двигателя. Альтернативой для механизмов с вентиляторной нагрузкой (насосы, вентиляторы) может быть использование гидромуфт или регулируемых приводов на основе электромагнитных муфт скольжения, но они менее эффективны, чем ЧП.
В чем основные сложности ремонта таких двигателей?
Основные сложности связаны с большими массогабаритными показателями (требуется мощное крановое оборудование), а также с ремонтом обмотки статора. Из-за большого количества катушек и пазов процесс перемотки более трудоемкий и длительный. Особое внимание при ремонте уделяется балансировке массивного ротора, которая должна проводиться на динамических балансировочных станках.
Какой cos φ характерен для этих двигателей и как его корректировать?
Для низкооборотистых многополюсных двигателей характерен пониженный коэффициент мощности, обычно в диапазоне 0.82-0.86 на номинальной нагрузке. При недогрузке cos φ падает еще сильнее. Для его коррекции и соблюдения требований энергоснабжающих организаций необходимо применять установки компенсации реактивной мощности (УКРМ), которые обычно устанавливаются централизованно на распределительной подстанции предприятия. Индивидуальная компенсация с помощью конденсаторных батарей, подключаемых непосредственно к выводам двигателя, также возможна, но требует тщательного расчета во избежание перекомпенсации и самовозбуждения двигателя.
Каков типичный пусковой момент и как он влияет на выбор способа пуска?
Пусковой момент (Мп) у двигателей 690 об/мин высокий и обычно составляет 160-220% от номинального момента (Мн). Это позволяет запускать под нагрузкой механизмы с высоким статическим моментом. Благодаря сочетанию высокого пускового момента и относительно низкого пускового тока, для многих применений допустим прямой пуск (DOL). Однако для ответственных механизмов с целью снижения механических ударов и более плавного разгона все чаще применяются частотные преобразователи.