Электродвигатели с синхронной частотой вращения 990 об/мин: конструкция, применение и особенности выбора

Электродвигатели с синхронной частотой вращения 990 об/мин представляют собой асинхронные машины с короткозамкнутым ротором, предназначенные для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц. Данная частота вращения достигается при количестве пар полюсов, равном шести (2p=6). Синхронная скорость для таких двигателей рассчитывается по формуле: n = 60f / p, где f – частота сети (50 Гц), p – число пар полюсов (3). Таким образом, n = 6050 / 3 = 1000 об/мин. Реальная же частота вращения вала под нагрузкой (асинхронная скорость) всегда меньше синхронной на величину скольжения, которое для двигателей данного типа обычно составляет 1-2%, что и дает итоговые 980-990 об/мин.

Конструктивные особенности и принцип действия

Двигатели на 990 об/мин относятся к низкооборотистым электромашинам. Их основная конструктивная особенность — увеличенное число полюсов в обмотке статора. Это напрямую влияет на габариты и массу: при равной мощности шестиполюсный двигатель будет крупнее и тяжелее, чем двух- или четырехполюсный аналог. Увеличенное число полюсов требует большего расхода меди и стали, что сказывается на стоимости.

Ротор традиционно выполняется по технологии «беличьей клетки» (короткозамкнутый). Для улучшения пусковых характеристик (повышения пускового момента при снижении пускового тока) часто применяются роторы с двойной клеткой или глубокопазные. Охлаждение двигателей данной категории, как правило, осуществляется с помощью внешнего вентилятора (система охлаждения IC 411 по ГОСТ/МЭК), установленного на валу и закрытого защитным кожухом.

Основные технические характеристики и диапазоны мощностей

Электродвигатели 990 об/мин выпускаются в широком спектре мощностей, от долей киловатта до нескольких мегаватт. Наиболее распространенный ряд мощностей в рамках стандартных серий (например, АИР, А, 5АМ и др.) представлен в таблице.

Таблица 1. Стандартный ряд мощностей и габаритов для двигателей 990 об/мин (50 Гц)

Мощность, кВт	Установочно-присоединительные размеры (пример, серия АИР)	КПД, %, ном. (пример для IE2/IE3)	Пусковой момент, кратный номинальному (Mп/Mн)
0.55	АИР 80A6	71.0 / 74.0	1.8 — 2.2
1.5	АИР 90LB6	79.0 / 81.0	1.8 — 2.2
4.0	АИР 112MB6	84.0 / 86.0	1.8 — 2.2
11.0	АИР 160S6	89.0 / 90.5	1.8 — 2.2
22.0	АИР 180M6	91.0 / 92.5	1.8 — 2.2
45.0	АИР 225M6	92.5 / 93.5	1.8 — 2.2
75.0	АИР 280S6	93.5 / 94.2	1.8 — 2.2
132	АИР 355S6	94.5 / 95.0	1.6 — 2.0

Сфера применения и типовые приводы

Низкая частота вращения и высокий вращающий момент определяют основные области применения данных электродвигателей. Они используются в механизмах, где требуется значительное усилие при относительно невысокой скорости перемещения рабочего органа.

• Насосное оборудование: Поршневые и плунжерные насосы, шестеренные насосы высокого давления, некоторые типы центробежных насосов с большим рабочим колесом.
• Вентиляторное оборудование: Радиальные вентиляторы высокого давления, дымососы и дутьевые машины котельных установок.
• Компрессорная техника: Поршневые компрессоры, винтовые компрессоры (прямой привод без редуктора).
• Конвейеры и транспортеры: Ленточные конвейеры с большими грузопотоками, скребковые и пластинчатые транспортеры, особенно под большими углами наклона.
• Подъемно-транспортное оборудование: Лебедки, крановые механизмы передвижения тележек и мостов, шлюзовые затворы.
• Дробильное и мельничное оборудование: Щековые, конусные и валковые дробилки, шаровые и стержневые мельницы.
• Смесители и мешалки: Для тяжелых, высоковязких сред в химической, пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности.

Классы энергоэффективности и стандарты

Современные двигатели 990 об/мин, как и все низковольтные асинхронные электродвигатели, подчиняются строгим международным стандартам по энергоэффективности. В соответствии с директивами МЭК 60034-30-1 и европейскими нормами, выделяются следующие классы:

• IE1 (Standard Efficiency): Стандартный класс. Производство и импорт таких двигателей в большинстве развитых стран ограничено.
• IE2 (High Efficiency): Повышенный класс эффективности. Долгое время был базовым для рынка.
• IE3 (Premium Efficiency): Класс премиум. С 2021 года является минимально допустимым для ввода в эксплуатацию новых двигателей мощностью от 0.75 до 1000 кВт в странах ЕС и многих других.
• IE4 (Super Premium Efficiency): Сверхпремиальный класс. Набирает распространение как следующий этап экономии энергии.

Переход на двигатели классов IE3 и IE4 для низкооборотистых приводов часто дает максимальный экономический эффект из-за их высокой загрузки и длительного времени работы.

Особенности пуска и управления

Пуск двигателей на 990 об/мин имеет свои нюансы. Из-за большего числа полюсов их пусковой ток (Iп) при прямом включении (DOL) может быть несколько ниже в относительном выражении (кратность 5-7 Iн), чем у высокооборотистых двигателей, но абсолютное значение тока остается значительным. Пусковой момент (Mп) у стандартных серий, как правило, находится в диапазоне 1.6-2.2 Mн, что достаточно для большинства тяжелых пусков.

Для управления и плавного пуска применяются:

• Прямой пуск (DOL): При достаточной мощности сети и допустимом ударном воздействии на механизм.
• Пуск переключением «звезда-треугольник»: Эффективен для двигателей, обмотки которых рассчитаны на длительную работу в треугольнике. Снижает пусковой ток до 2-3 Iн, но и пусковой момент падает до 0.6-0.7 Mн.
• Устройства плавного пуска (УПП): Позволяют плавно наращивать момент и ограничивать ток, снижая механические и электрические перегрузки.
• Частотные преобразователи (ЧП): Наиболее технологичное решение, обеспечивающее плавный пуск, широкое регулирование скорости (вниз от номинала) и максимальную энергоэффективность. Для низкооборотистых двигателей важно использовать ЧП с синус-фильтрами или специальные двигатели с изоляцией, усиленной для работы с преобразователем.

Критерии выбора и монтажа

При подборе электродвигателя 990 об/мин необходимо учитывать следующие параметры:

• Мощность: Должна соответствовать мощности на валу рабочей машины с учетом запаса 10-15%.
• Класс энергоэффективности (IE): Выбор в пользу IE3/IE4 окупается за счет экономии электроэнергии.
• Степень защиты (IP): Для чистых помещений — IP54, IP55. Для сред с пылью и влагой — IP65. Для наружной установки — IP55/IP65 с дополнительными покрытиями.
• Климатическое исполнение: У1 для умеренного климата, УХЛ1 для холодного, Т1 для тропического.
• Способ монтажа (IM): Наиболее распространены IM 1081 (лапы, горизонтальный вал) и IM 2081 (лапы с фланцем).
• Режим работы (S1-S10): Преимущественно длительный (S1) или повторно-кратковременный (S3, S4, S5 с указанием ПВ%).

Монтаж требует тщательной центровки валов двигателя и редуктора (или рабочей машины) для исключения вибраций и преждевременного износа подшипников. Необходимо обеспечить свободный доступ для обслуживания и вентиляции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается двигатель на 990 об/мин от двигателя на 1500 об/мин той же мощности?

Основные отличия: большее число полюсов (6 против 4), большие габариты и масса, более высокий номинальный момент при той же мощности (Mн = 9550

• P / n). Двигатель на 990 об/мин конструктивно лучше приспособлен для длительной работы под высокой нагрузкой на низкой скорости, часто имеет лучшие пусковые характеристики, но проигрывает в материалоемкости и, как следствие, часто в цене.

Можно ли получить частоту вращения 990 об/мин от частотного преобразователя на стандартном 4-полюсном двигателе (1500 об/мин)?

Да, можно. Для этого необходимо снизить выходную частоту ЧП примерно до 33 Гц (50 Гц

• 990/1500). Однако при этом снизится и доступная мощность на валу (она будет примерно пропорциональна частоте), а также ухудшится охлаждение собственного вентилятора двигателя. Для длительной работы на пониженной скорости рекомендуется либо использовать двигатель с независимым вентилятором (IC 416), либо выбирать двигатель с изначально большей мощностью.

Какой класс энергоэффективности IE является обязательным для новых двигателей 990 об/мин?

Согласно действующему техрегламенту ТР ЕАЭС 048/2019, для низковольтных асинхронных двигателей мощностью от 0.75 до 100 кВт, вводимых в обращение на территории ЕАЭС, минимально допустимый класс энергоэффективности — IE2. Для двигателей мощностью от 0.75 до 150 кВт, вводимых в эксплуатацию, минимальный класс — IE3 или комбинация IE2 с частотным преобразователем. На практике для нового приобретения рекомендуется сразу выбирать двигатели класса IE3 как минимум.

Почему у двигателя на 990 об/мин такой высокий пусковой момент?

Конструкция обмотки и ротора низкооборотистых двигателей оптимизирована под тяжелые условия пуска. Использование глубокопазного ротора или ротора с двойной клеткой увеличивает активное сопротивление роторной цепи в момент пуска (за счет скин-эффекта), что способствует увеличению пускового момента при одновременном снижении пускового тока.

Какие подшипники обычно применяются в двигателях данной частоты вращения?

Для валов малых и средних диаметров — шариковые радиальные подшипники. Для мощных двигателей и двигателей, подверженных значительным осевым нагрузкам (например, в насосах), на приводном конце часто устанавливают роликовые цилиндрические или сферические роликовые подшипники, а на противоположном — шариковый с фиксирующей способностью. Конкретный тип подшипника указывается в каталоге производителя.

Как правильно выбрать между двигателем 990 об/мин и комбинацией «высокооборотистый двигатель + редуктор»?

Выбор требует технико-экономического сравнения. Прямой привод (двигатель 990 об/мин) обычно проще, надежнее, имеет более высокий КПД и не требует обслуживания редуктора. Однако он может быть дороже и массивнее. Привод с редуктором более гибок в компоновке, часто дешевле на высоких мощностях, но вносит дополнительные потери (КПД редуктора 0.95-0.98), требует обслуживания (масло, уплотнения) и создает дополнительный шум. Решение принимается исходя из стоимости жизненного цикла, требований к компоновке и доступности обслуживания.