Электродвигатели асинхронные 870 об/мин
Электродвигатели асинхронные с синхронной частотой вращения 870 об/мин: технические особенности, сферы применения и подбор
Асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 870 об/мин представляют собой специализированный класс электрических машин, работающих на стандартной промышленной частоте 50 Гц. Данная скорость является синхронной для двигателей с числом полюсов 2p = 8. Фактическая рабочая скорость (асинхронная) при номинальной нагрузке составляет примерно 830-860 об/мин в зависимости от величины скольжения, что и отражено в общепринятом обозначении. Эти двигатели занимают нишу между высокооборотистыми агрегатами (3000 об/мин) и тихоходными (750 об/мин и ниже), обеспечивая оптимальное соотношение момента и скорости для широкого спектра промышленных механизмов.
Конструктивные и электромагнитные особенности
Двигатели на 870 об/мин являются асинхронными машинами с короткозамкнутым (АДКЗ) или фазным ротором (АДФР). Основное отличие от моделей на другие скорости заключается в конструкции магнитной системы статора.
- Число полюсов: 8. Для получения синхронной скорости n1 = (60
- f) / p, где f=50 Гц, p=4 пары полюсов, результат равен 750 об/мин. Однако, в российской и международной классификации двигатели с таким числом полюсов исторически маркируются по ближайшему значению к асинхронной скорости – 870 об/мин (ранее 875 об/мин). Это важно учитывать при выборе.
- Обмотка статора: Выполняется из медного или алюминиевого изолированного провода, уложенного в пазы. Для 8-полюсных машин характерна более сложная схема укладки обмотки по сравнению с 2- или 4-полюсными двигателями.
- Ротор: В АДКЗ используется «беличья клетка» из алюминиевого сплава или меди. Для АДФР – трехфазная обмотка, выведенная на контактные кольца, что позволяет вводить в цепь ротора добавочные сопротивления для регулировки пусковых и рабочих характеристик.
- Габариты и масса: При одинаковой мощности двигатель на 870 об/мин будет иметь большие габариты и массу, чем двигатель на 1500 об/мин, из-за большего числа полюсов и, как следствие, увеличенного диаметра активной стали. Это обеспечивает больший вращающий момент.
- Насосное оборудование: Поршневые, шестеренные, винтовые насосы, где прямая связь скорости двигателя и производительности критична.
- Вентиляторы и дымососы: Крупные осевые и радиальные вентиляторы среднего давления, где снижение скорости вращения колеса уменьшает шум и увеличивает ресурс подшипников.
- Компрессорная техника: Прямой привод поршневых и винтовых компрессоров.
- Конвейеры и транспортеры: Привод тяжелых ленточных, пластинчатых и скребковых конвейеров, где необходим высокий пусковой момент.
- Смесители и мешалки: Для химической, пищевой, фармацевтической промышленности.
- Крановое оборудование: В механизмах передвижения и подъема, особенно в исполнении с фазным ротором (АДФР) для плавного пуска и регулировки.
Основные параметры и характеристики
Ключевые параметры, определяющие выбор и применение двигателя.
| Мощность, кВт | Типоразмер (высота оси вращения), мм | Номинальный ток, А (прибл.) | КПД, η, % (прибл.) | Коэффициент мощности, cos φ (прибл.) | Пусковой ток / Ном. ток (Iп/Iн) | Номинальный момент, Нм |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.75 | 80 | 2.1 | 72 | 0.68 | 5.5 | 8.2 |
| 1.5 | 90 | 3.8 | 76 | 0.71 | 6.0 | 16.5 |
| 3.0 | 100 | 7.2 | 80 | 0.73 | 6.5 | 33.0 |
| 5.5 | 112 | 12.5 | 83 | 0.75 | 7.0 | 60.0 |
| 7.5 | 132 | 16.5 | 85 | 0.77 | 7.0 | 82.0 |
| 11 | 160 | 23.5 | 87 | 0.78 | 7.5 | 120.0 |
| 15 | 160 | 31.0 | 88 | 0.79 | 7.5 | 164.0 |
| 18.5 | 180 | 37.5 | 89.5 | 0.80 | 7.5 | 202.0 |
| 22 | 180 | 44.0 | 90.5 | 0.81 | 7.5 | 240.0 |
| 30 | 200 | 59.0 | 91.5 | 0.82 | 7.5 | 327.0 |
Механическая характеристика и скольжение
Механическая характеристика двигателей на 870 об/мин является жесткой. Номинальное скольжение Sн для современных двигателей серий АИР, МТН, Siemens 1LE1 и т.п. обычно находится в диапазоне 1.5-3.5%. Это означает, что фактическая скорость при номинальной нагрузке составит: n = n1 (1 — Sн) = 750 (1 — 0.02) = 735 об/мин. Однако, как отмечалось, по устоявшейся традиции в каталогах и на шильдиках указывается округленное значение асинхронной скорости – 870 об/мин. Критическое скольжение выше, чем у 2-полюсных двигателей, что обеспечивает больший перегрузочный момент (обычно в 2.2-3.0 раза превышающий номинальный).
Сферы применения
Двигатели с данной частотой вращения применяются для привода механизмов, требующих относительно низких скоростей и высокого крутящего момента без использования редуктора или с использованием редуктора с меньшим передаточным числом, что повышает общую эффективность и надежность системы.
Преимущества и недостатки по сравнению с двигателями других скоростей
| Параметр сравнения | Двигатель ~870 об/мин (8 полюсов) | Двигатель ~1500 об/мин (4 полюса) | Двигатель ~3000 об/мин (2 полюса) |
|---|---|---|---|
| Габариты и масса при одинаковой мощности | Больше | Средние | Меньше |
| Развиваемый момент при одинаковой мощности | Наибольший (M ≈ 9550*P/n) | Средний | Наименьший |
| Пусковой ток (относительный) | Средний | Средний/Высокий | Наивысший |
| Шум и вибрация | Ниже | Средние | Выше |
| КПД и cos φ | Несколько ниже (на ~1-3%) | Оптимальные | Несколько ниже (на ~0.5-2%) |
| Надежность (ресурс подшипников) | Выше (меньше скорость) | Средняя | Ниже (больше скорость) |
| Стоимость | Выше из-за большего расхода материалов | Оптимальная | Ниже |
Вопросы выбора, монтажа и эксплуатации
Выбор двигателя: Помимо мощности и скорости, необходимо учитывать: режим работы (S1, S2, S3…), степень защиты (IP), климатическое исполнение, способ монтажа (IM1081, IM1001, IM2101 и др.), класс изоляции (обычно F или H). Для тяжелых пусков выбирают АДФР или АДКЗ с повышенным пусковым моментом (например, с двойной «беличьей клеткой»).
Пуск и управление: Прямой пуск (DOL) допустим при достаточной мощности сети. Для ограничения пусковых токов применяют пуск «звезда-треугольник», частотные преобразователи (ЧП) или устройства плавного пуска (УПП). ЧП позволяют точно регулировать скорость в широком диапазоне, что особенно эффективно для насосов и вентиляторов.
Обслуживание: Регулярный контроль вибрации, температуры подшипников и статора, состояния изоляции обмоток. Замена смазки в подшипниках качения согласно регламенту производителя.
Тенденции и современные исполнения
Современные асинхронные двигатели на 870 об/мин выпускаются в рамках программ повышения энергоэффективности (IE2, IE3, IE4 по МЭК 60034-30-1). Использование улучшенных электротехнических сталей, оптимизированных обмоток и систем охлаждения позволяет достигать КПД свыше 95% для двигателей высокой мощности. Растет популярность мотор-редукторов, где двигатель и редуктор представляют собой единый агрегат, что экономит место и упрощает монтаж.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Почему в паспорте указана синхронная скорость 750 об/мин, а двигатель называется на 870 об/мин?
Это исторически сложившееся обозначение, идущее от асинхронной скорости двигателей старых серий. Современные двигатели с 8 полюсами имеют синхронную скорость 750 об/мин, а номинальную (асинхронную) в районе 730-740 об/мин. Однако в обиходе и каталогах часто сохраняется термин «870 об/мин» для удобства классификации и преемственности при замене устаревшего оборудования.
Что выгоднее: двигатель на 870 об/мин с редуктором или двигатель на 3000 об/мин с редуктором большим передаточным числом?
Решение требует технико-экономического расчета. Двигатель на 870 об/мин часто имеет больший КПД и cos φ, чем высокооборотистый аналог той же мощности. Система «тихоходный двигатель + редуктор с меньшим i» может оказаться компактнее, надежнее и энергоэффективнее, но дороже в первоначальной стоимости. Необходимо анализировать стоимость влажения, включая затраты на электроэнергию.
Можно ли использовать частотный преобразователь для регулировки скорости такого двигателя?
Да, это распространенная и эффективная практика. Важно учитывать, что при снижении частоты ниже номинальной (50 Гц) снижается и напряжение на двигателе (по закону V/f), чтобы избежать перегрева магнитопровода. При работе на повышенных частотах (выше 50 Гц) момент двигателя будет падать. Также необходимо обеспечить дополнительное охлаждение двигателя при длительной работе на низких скоростях, так как встроенный вентилятор на валу будет менее эффективен.
Как определить необходимую мощность двигателя на 870 об/мин для замены старого?
Необходимо замерить фактический потребляемый ток при нормальной рабочей нагрузке, оценить характер нагрузки (постоянная, переменная). Мощность можно приблизительно рассчитать по формуле: P = √3 U I cos φ η, где U и I – линейные напряжение и ток, cos φ и КПД (η) взять из паспорта старого двигателя или принять типовые (например, 0.8 и 0.85). Лучше выбрать двигатель стандартного ряда с ближайшей большей мощностью.
Чем отличается двигатель с фазным ротором (АДФР) на эту скорость от АДКЗ?
АДФР имеет выводы обмотки ротора на контактные кольца. Это позволяет вводить в цепь ротора пусковые или регулировочные сопротивления. Основные преимущества: значительное снижение пускового тока (в 1.5-2 раза) и увеличение пускового момента. Недостатки: более высокая стоимость, меньшая надежность из-за наличия щеточного аппарата и колец, более низкий КПД. Применяются в тяжелых пусковых условиях (шаровые мельницы, краны, экскаваторы).
Каков типичный ресурс подшипниковой системы таких двигателей?
Ресурс подшипников качения при правильной смазке и отсутствии перекосов при монтаже может превышать 40 000 – 60 000 часов работы. Более низкая частота вращения (по сравнению с 3000 об/мин) является благоприятным фактором, увеличивающим этот ресурс. Критически важно использовать смазку, рекомендованную производителем, и соблюдать интервалы ее замены.