Электродвигатели асинхронные 1300 об/мин

Электродвигатели асинхронные с синхронной частотой вращения 1300 об/мин: конструкция, параметры и сферы применения

Асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 1300 об/мин (что соответствует 22 полюсам при частоте сети 50 Гц) занимают особую нишу в промышленном приводе. Данные двигатели относятся к тихоходным машинам и предназначены для непосредственного привода механизмов, требующих низких скоростей вращения вала без использования редукторных понижающих передач. Это обеспечивает повышенную надежность, снижение потерь на трение, уменьшение занимаемой площади и исключение необходимости технического обслуживания редуктора.

Принцип работы и конструктивные особенности

Синхронная частота вращения магнитного поля статора (n₁) для асинхронного двигателя рассчитывается по формуле: n₁ = (60 f) / p, где f – частота питающей сети (Гц), p – число пар полюсов. Для получения 1300 об/мин (≈21.67 об/с) при f=50 Гц: p = (60 50) / 1300 ≈ 2.31. Поскольку число пар полюсов должно быть целым, фактическая синхронная частота составляет 1500 об/мин для 2 пар полюсов (4 полюса) или 1000 об/мин для 3 пар полюсов (6 полюсов). Указание 1300 об/мин всегда относится к номинальной (рабочей) частоте вращения ротора под нагрузкой, которая меньше синхронной из-за явления скольжения (s). Таким образом, двигатель 1300 об/мин – это, как правило, четырехполюсный двигатель (синхронная скорость 1500 об/мин) со скольжением около 13.3%. Такое повышенное скольжение характерно для двигателей специального исполнения, например, с повышенным пусковым моментом или двигателей с фазным ротором.

Конструктивно эти двигатели выполняются как с короткозамкнутым (КЗР), так и с фазным ротором. Основные элементы:

• Статор: Содержит сердечник из электротехнической стали с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка. Для 1300 об/мин обмотка выполняется на 4 полюса. Повышенное число витков и сечение проводника адаптируется под требуемые моментные характеристики.
• Ротор:
  • У двигателей с КЗР («беличья клетка») – сердечник с залитыми алюминиевыми или медными стержнями, замкнутыми накоротко торцевыми кольцами. Для достижения заданных характеристик часто используются клетки специальной формы (двойная, глубокая паз).
  • У двигателей с фазным ротором – трехфазная обмотка, выведенная на контактные кольца. Позволяет вводить в цепь ротора пускорегулирующие сопротивления, обеспечивая высокий пусковой момент и плавный разгон.
• Корпус и система охлаждения: Выполняются в различных исполнениях (IP23, IP54, IP55). Ввиду низкой скорости вращения собственного вентилятора, эффективность самовентиляции снижена. Для мощных моделей часто применяется независимая вентиляция (IC416) или жидкостное охлаждение.
• Подшипниковые щиты: Рассчитаны на радиальные и осевые нагрузки, характерные для низкоскоростного привода.

Основные технические характеристики и параметры

Двигатели 1300 об/мин характеризуются высоким номинальным моментом при относительно небольшой потребляемой мощности, так как момент пропорционален мощности, деленной на скорость.

Примерные параметры асинхронных двигателей 380В, 50Гц, ~1300 об/мин (исполнение IM 1001)

Номинальная мощность, Pн (кВт)	Номинальный ток, Iн (А)	КПД, η (%)	Коэффициент мощности, cos φ	Пусковой момент, Mп/Mн	Пусковой ток, Iп/Iн	Максимальный момент, Mmax/Mн
5.5	12.5	85.0	0.81	1.8	6.5	2.4
11	24.5	87.5	0.83	1.9	7.0	2.6
22	46.0	89.5	0.85	2.0	6.8	2.7
45	90.0	91.5	0.86	1.9	6.5	2.5
75	148.0	92.5	0.87	1.8	6.0	2.3
110	215.0	93.0	0.88	1.7	5.8	2.2

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Возможность прямого привода низкоскоростных механизмов, что упрощает кинематическую схему.
• Высокий пусковой момент у специализированных серий.
• Снижение потерь энергии и затрат на обслуживание за счет отсутствия редуктора.
• Повышенная надежность и готовность системы.
• Как правило, лучшие массогабаритные показатели по сравнению со связкой «высокоскоростной двигатель + редуктор» на одинаковый выходной момент.

Недостатки:

• Более высокая стоимость по сравнению со стандартными двигателями на 1500 об/мин той же мощности из-за сложной обмотки и большего расхода материалов.
• Пониженный КПД и cos φ по сравнению с высокоскоростными двигателями из-за большего скольжения и повышенных магнитных потерь.
• Сложности с эффективным самовентилированием, риск перегрева.
• Ограниченный ряд мощностей и моделей на рынке.

Сферы применения

Данные двигатели используются там, где требуется низкая скорость и высокий момент:

• Привод мельниц, дробилок, барабанных грохотов.
• Шнековые и винтовые конвейеры для сыпучих материалов.
• Мощные центрифуги и сепараторы.
• Приводы миксеров и смесителей в химической и пищевой промышленности.
• Лебедки и подъемные механизмы с прямым приводом.
• Вентиляторы дутья с большим диаметром рабочего колеса.
• Насосы поршневого типа.

Выбор и особенности эксплуатации

При выборе двигателя на 1300 об/мин необходимо учитывать:

• Характер нагрузки: Для механизмов с тяжелым пуском (дробилки) предпочтительны двигатели с фазным ротором или специальной «беличьей клеткой» (серии МАП, МТКН). Для вентиляторной нагрузки подходят стандартные АИР.
• Режим работы (S1-S10): Проверка на соответствие по тепловому режиму. При частых пусках необходим точный расчет потерь.
• Способ пуска: Прямой пуск, пуск переключением «звезда-треугольник», пуск с помощью УПП или частотного преобразователя (ЧП). Для ЧП важно, чтобы двигатель был рассчитан на работу с преобразователем (изоляция, система охлаждения).
• Охлаждение: При мощности свыше 200 кВт или работе на низких скоростях от ЧП почти всегда требуется принудительная независимая вентиляция (IC416).
• Защита: Обязательна защита от перегрузки по току (тепловое реле или цифровой расцепитель), а также защита от заклинивания ротора. Для двигателей с фазным ротором – контроль состояния щеточного аппарата.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается двигатель на 1300 об/мин от двигателя на 1500 об/мин?

Фактически, это двигатель на 1500 об/мин (4 полюса), но сконструированный для работы при повышенном номинальном скольжении (≈13.3%). Это достигается за счет изменений в конструкции роторной клетки (увеличение активного сопротивления стержней), что приводит к смещению рабочих характеристик: более высокому пусковому моменту, но и к большим потерям в роторе и снижению КПД при номинальной нагрузке.

Можно ли получить 1300 об/мин от стандартного двигателя 1500 об/мин?

Нет, в номинальном режиме под нагрузкой стандартный двигатель АИР имеет скольжение 2-4%, то есть его скорость будет около 1440-1470 об/мин. Для получения стабильных 1300 об/мин под нагрузкой требуется либо специальный двигатель с соответствующими расчетными параметрами, либо использование частотного преобразователя для снижения частоты питающего напряжения. При питании от ЧП стандартный двигатель 1500 об/мин на частоте ~43.3 Гц выдаст синхронную скорость 1300 об/мин, но его моментные и охлаждающие характеристики требуют проверки.

Каковы главные причины выхода из строя таких двигателей?

• Перегрев обмоток из-за недостаточного охлаждения (забитые вентиляционные каналы, отказ системы принудительной вентиляции).
• Механический износ подшипников из-за высоких радиальных нагрузок, характерных для низкоскоростного привода.
• Повреждение обмотки ротора у двигателей с фазным ротором из-за загрязнения и искрения на контактных кольцах.
• Частые пуски и остановки, приводящие к тепловому разрушению изоляции из-за высоких пусковых токов.

Как правильно подобрать частотный преобразователь для такого двигателя?

Номинальный ток ЧП должен быть не менее номинального тока двигателя с запасом 10-15%. Необходимо учитывать, что при снижении частоты ниже 20-25 Гц самовентиляция двигателя ухудшается критически. Для длительной работы на низких скоростях требуется либо независимое охлаждение, либо выбор преобразователя и двигателя с завышенной на 1-2 ступени мощностью. Рекомендуется использование векторного управления без датчика обратной связи (Sensorless Vector) или с датчиком (FOC) для обеспечения высокого момента на низких частотах.

Почему двигатели 1300 об/мин часто выполняют на напряжение 6000/10000 В?

Поскольку эти двигатели применяются для привода мощных низкоскоростных механизмов (шаровые мельницы, дробилки), их мощность часто превышает 200-300 кВт. Использование высокого напряжения (6 или 10 кВ) позволяет значительно снизить номинальный ток в питающих кабелях, использовать более экономичные сечения кабеля и коммутационную аппаратуру (выключатели, пускатели) на меньшие токи, что в целом снижает капитальные затраты на силовую часть электроустановки.

Заключение

Асинхронные электродвигатели с номинальной скоростью 1300 об/мин являются специализированным, но критически важным решением для широкого спектра низкоскоростных высокомоментных приводов. Их правильный выбор, учитывающий особенности конструкции, режима работы и системы охлаждения, позволяет создавать надежные, энергоэффективные и малообслуживаемые технологические линии. Развитие современных систем частотного регулирования расширяет возможности применения как самих этих двигателей, так и стандартных двигателей в низкоскоростных режимах, однако для стационарных установок с постоянной рабочей скоростью специализированный двигатель 1300 об/мин часто остается оптимальным технико-экономическим решением.