Электродвигатели асинхронные 915 об/мин

Электродвигатели асинхронные с синхронной частотой вращения 915 об/мин: технические особенности, сферы применения и подбор

Асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 915 об/мин (15,25 Гц) занимают особую нишу в промышленном электрооборудовании. Данная скорость вращения достигается при питании от сети 50 Гц для двигателей с 6 полюсами (реже — как скольжение у 4-полюсных двигателей специального исполнения). Эти двигатели являются низкооборотными и предназначены для прямого привода механизмов, требующих повышенного крутящего момента при относительно невысокой скорости, что позволяет зачастую обходиться без редуктора или использовать редуктор с меньшим передаточным числом, повышая общую надежность и КПД системы.

Принцип работы и конструктивные особенности 6-полюсных асинхронных двигателей

Синхронная частота вращения магнитного поля статора (n1) в асинхронном двигателе определяется по формуле: n1 = (60 f) / p, где f — частота сети (Гц), p — число пар полюсов. Для p = 3 (6 полюсов) при f = 50 Гц: n1 = (60 50) / 3 = 1000 об/мин. Реальная частота вращения ротора (n2) всегда меньше синхронной из-за явления скольжения (s), которое для большинных двигателей данного типа составляет 7-9%. Таким образом, номинальная частота вращения составляет: n2 = n1 (1 — s) = 1000 (1 — 0.085) ≈ 915 об/мин.

Конструктивно 6-полюсные двигатели отличаются от более распространенных 2- и 4-полюсных:

• Увеличенные габариты и масса: Для создания большего числа полюсов требуется уложить в пазы статора более сложную обмотку, что увеличивает расход меди и размеры активной стали.
• Повышенный пусковой и номинальный момент: Момент двигателя пропорционален магнитному потоку и току. При той же мощности, что и у 4-полюсного двигателя, 6-полюсный имеет больший крутящий момент на валу, так как M = 9550
• P / n, где P — мощность (кВт), n — частота вращения (об/мин).
• Меньшее критическое скольжение: Характеристики двигателя более жесткие.
• Сниженный уровень шума и вибраций: Более низкая скорость вращения ротора и магнитного поля способствует уменьшению механических и магнитных шумов.

Основные технические характеристики и параметры

Двигатели 915 об/мин производятся в различных модификациях: общепромышленные (АИР), взрывозащищенные (ВА, АИМ, АИММ), крановые (MTF, АИРС), с повышенным скольжением и др. Основные параметры приведены в таблице.

Таблица 1. Примерный ряд мощностей и параметров асинхронных двигателей 915 об/мин (серия АИР, 380В, 50Гц, степень защиты IP54, класс изоляции F)

Мощность, кВт	Ном. ток, А (при 380В)	КПД, %	cos φ	Пусковой ток / Ном. ток	Пусковой момент / Ном. момент	Мах. момент / Ном. момент	Масса, кг (прим.)
5,5	12,5	86,5	0,79	6,0	1,8	2,2	75
11	24,5	89,0	0,81	6,5	1,6	2,2	130
22	46,0	91,0	0,84	7,0	1,4	2,2	220
45	88,0	92,5	0,86	7,0	1,2	2,2	420
75	145,0	93,5	0,88	6,8	1,0	2,2	650
110	210,0	94,2	0,89	6,8	1,0	2,2	950

Сферы применения двигателей 915 об/мин

Низкая частота вращения и высокий момент определяют основные области использования данных электродвигателей:

• Приводы насосов и вентиляторов высокого давления: Центробежные насосы для водоснабжения, скважинные насосы, дымососы и дутьевые вентиляторы котельных установок, где требуется работа на крутой характеристике сети.
• Дробильное, мельничное и смесительное оборудование: Шаровые и стержневые мельницы, дробилки щековые и конусные, смесители тяжелых материалов, где необходим высокий пусковой момент для раскрутки инерционной массы.
• Конвейеры и транспортеры тяжелых грузов: Ленточные конвейеры большой длины и высокой производительности, скребковые транспортеры, элеваторы.
• Компрессорное оборудование: Поршневые и винтовые компрессоры, где момент нагрузки имеет пульсирующий характер.
• Приводы барабанов: Барабанные сушилки, печи, грохоты, буровые установки.
• Крановые механизмы: Двигатели в крановых исполнениях (MTF) для привода механизмов передвижения тележек и мостов кранов, где важна работа в повторно-кратковременном режиме (ПВ%).

Преимущества и недостатки по сравнению с двигателями на 1500 об/мин

Выбор между 4-полюсным (1500 об/мин) и 6-полюсным (915 об/мин) двигателем требует технико-экономического обоснования.

Таблица 2. Сравнительный анализ двигателей на 1500 и 915 об/мин при одинаковой мощности

Параметр	Двигатель ~1500 об/мин (4 полюса)	Двигатель ~915 об/мин (6 полюсов)	Примечание
Габариты и масса	Меньше, легче	Больше, тяжелее	Увеличение расхода активных материалов
Крутящий момент на валу	M4	≈1.64 M4	Рассчитано из соотношения M ~ 1/n при постоянной мощности
Необходимость в редукторе	Чаще требуется	Может не требоваться или редуктор проще	Снижение потерь, повышение надежности кинематической цепи
КПД	Незначительно выше (на 0.5-2%)	Незначительно ниже	Из-за больших потерь в меди более сложной обмотки
cos φ	Ниже	Выше	6-полюсные двигатели имеют лучший коэффициент мощности
Уровень шума	Выше	Ниже	За счет снижения частоты вращения
Стоимость двигателя	Ниже	Выше на 15-30%	Из-за большего расхода материалов
Пусковые характеристики	Меньший пусковой момент	Больший пусковой момент	Преимущество для тяжелых пусков

Особенности выбора, монтажа и эксплуатации

При подборе двигателя 915 об/мин необходимо учитывать:

• Режим работы (S1-S10): Для постоянной нагрузки — S1, для кранов и механизмов с частыми пусками — S3-S5 с указанием ПВ%.
• Способ монтажа (IM): Наиболее распространены IM 1081 (лапы с фланцем), IM 1001 (на лапах), IM 3001 (лапы с фланцем и подъемным щитом).
• Климатическое исполнение и категория размещения: У3 для умеренного климата, У1 для работы на открытом воздухе, ХЛ для холодного климата.
• Пусковые условия: Несмотря на высокий пусковой момент, при частых или тяжелых пусках необходимо рассчитывать тепловую нагрузку на обмотку. Возможно применение устройств плавного пуска или частотных преобразователей.
• Работа от частотного преобразователя (ЧП): Двигатели 915 об/мин эффективно используются в регулируемом приводе. Важно выбирать двигатели с изоляцией, рассчитанной на работу с ЧП (с инверторным классом изоляции), и учитывать необходимость принудительного охлаждения (независимый вентилятор) при длительной работе на низких скоростях.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Можно ли получить скорость 915 об/мин от частотного преобразователя на стандартном 4-полюсном двигателе (1500 об/мин)?

Да, можно. Для этого необходимо снизить выходную частоту ЧП до примерно 30,5 Гц (915 / 1500

• 50). Однако при этом снижается и доступный крутящий момент (при условии U/f-характеристики). Если механизму требуется высокий момент на валу при 915 об/мин, то 6-полюсный двигатель на номинальной частоте 50 Гц или 4-полюсный, работающий от ЧП на пониженной частоте, но выбранный с запасом по мощности, будут техническими решениями. Первое решение часто проще и надежнее для нерегулируемого привода.

2. Какой двигатель экономичнее: 1500 об/мин с редуктором или 915 об/мин без редуктора?

Общий КПД системы «двигатель + редуктор» может быть ниже, чем КПД одного низкооборотного двигателя, так как даже качественные редукторы имеют КПД 95-98% на каждой ступени. Прямой привод (915 об/мин) исключает потери в редукторе, повышает надежность за счет отсутствия изнашиваемых механических частей (шестерни, подшипники, масло), снижает шум и упрощает обслуживание. Однако сам низкооборотный двигатель дороже и тяжелее. Экономический эффект зависит от режима работы, стоимости обслуживания редуктора и тарифа на электроэнергию.

3. Почему у двигателей 915 об/мин выше cos φ?

Коэффициент мощности зависит от соотношения намагничивающего тока (индуктивная составляющая) и активной нагрузки. В 6-полюсном двигателе индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора меньше, чем у 4-полюсного при той же мощности, благодаря особенностям конструкции обмотки. Это приводит к снижению реактивной составляющей тока и повышению cos φ.

4. Какие существуют методы пуска для мощных двигателей 915 об/мин?

Для двигателей данной категории применяются все стандартные методы:

• Прямой пуск (DOL): Допустим при достаточной мощности сети, так как пусковые токи значительны (см. Таблицу 1).
• Пуск переключением «звезда-треугольник»: Эффективен для двигателей, обмотки которых рассчитаны на работу в треугольнике при номинальном напряжении сети. Снижает пусковой ток в 3 раза, но и пусковой момент также падает в 3 раза, что неприемлемо для механизмов с тяжелым пуском.
• Пуск через устройство плавного пуска (УПП): Позволяет плавно наращивать напряжение, ограничивая ток и момент, что снижает механические удары и нагрузку на сеть.
• Частотный преобразователь: Наиболее технологичный метод, обеспечивающий плавный пуск с максимальным моментом и широкими возможностями регулирования скорости в дальнейшем.

5. Как правильно подобрать двигатель 915 об/мин для насоса по каталогу?

Необходимо определить:

• Требуемую мощность на валу насоса при рабочей точке (с запасом 10-15%).
• Скорость вращения рабочего колеса насоса. Если она близка к 900-1000 об/мин, прямой привод двигателем 915 об/мин оптимален.
• Режим работы (обычно S1).
• Условия окружающей среды (взрывоопасность, влажность, температура) для выбора исполнения (взрывозащищенное, влагозащищенное).
• Способ монтажа и соединения с насосом (тип фланца, наличие переходной плиты).
• Класс энергоэффективности (предпочтительно IE3 или IE4).

После этого по каталогу производителя выбирается модель, у которой номинальная скорость максимально близка к требуемой, а мощность равна или превышает расчетную.

Заключение

Асинхронные электродвигатели с номинальной частотой вращения 915 об/мин представляют собой специализированное решение для низкооборотных механизмов с высоким моментом сопротивления. Их применение оправдано в случаях, где необходимо исключить или упростить редукторную передачу, обеспечить высокий пусковой момент и снизить эксплуатационные расходы на обслуживание. При выборе между 4- и 6-полюсным исполнением необходим детальный анализ нагрузочной диаграммы механизма, экономических факторов и требований к надежности всей приводной системы. Современные тенденции в области регулируемого электропривода расширяют возможности использования данных двигателей, позволяя оптимизировать технологические процессы за счет плавного регулирования скорости в широком диапазоне.