Асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 1000 об/мин, имеющие номинальную скорость вращения ротора в районе 940-980 об/мин в зависимости от скольжения, представляют собой ключевой элемент в промышленных приводах средней и низкой скорости. Данные двигатели относятся к тихоходным машинам и находят широкое применение в механизмах, требующих значительного крутящего момента при относительно невысокой скорости: насосах поршневого типа, конвейерах с тяжелыми грузами, мешалках, дробилках, смесителях, вентиляторах дутья и других аналогичных агрегатах.
Двигатель с синхронной скоростью 1000 об/мин является двухполюсной машиной (p=3 пары полюсов). Его работа основана на классическом принципе образования вращающегося магнитного поля статора, которое, наводя токи в короткозамкнутом роторе (тип АИР) или фазном роторе (тип АКЗ), создает электромагнитный момент. Ключевым параметром является скольжение (s) – разность между синхронной (n1) и фактической скоростью ротора (n2). Номинальное скольжение для современных двигателей 0.02-0.06 (2-6%). Таким образом, фактическая номинальная скорость рассчитывается: n2 = n1 (1 — s) = 1000 (1 — 0.04) = 960 об/мин. В технической документации и наименовании часто указывается округленное значение – 940 или 950 об/мин.
Конструктивно эти двигатели, по сравнению с высокоскоростными (3000 об/мин), имеют большие габариты и массу при одинаковой мощности, так как для создания того же момента при меньшей скорости требуется увеличение крутящего момента, что достигается большим диаметром ротора и активными длинами. Корпус обычно изготавливается из чугуна, ребра охлаждения – алюминиевые или чугунные. Преобладающее исполнение по способу монтажа – IM 1081 (лапы) или IM 2081 (лапы с фланцем). Класс изоляции, как правило, F с рабочим превышением температуры по классу B (80°C) для увеличения ресурса.
Двигатели данного типа производятся в широком диапазоне мощностей, обычно от 0.55 кВт до 315 кВт и выше, с напряжениями питания 220/380 В, 380/660 В, 660/1140 В для низковольтных серий и 3000 В, 6000 В, 10000 В для высоковольтных исполнений. Степень защиты IP54 и IP55 является стандартной для промышленного исполнения, возможны варианты IP23 для закрытых помещений или IP65/66 для условий с повышенной влажностью и мойкой.
| Мощность, кВт | Ном. ток, А (≈) | КПД, % (η) | Коэф. мощности (cos φ) | Пусковой ток / Iном | Масса, кг (≈) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 3.7 | 78.0 | 0.73 | 6.0 | 25 |
| 5.5 | 12.5 | 85.0 | 0.79 | 7.0 | 65 |
| 11 | 24.0 | 88.0 | 0.81 | 7.5 | 120 |
| 22 | 45.0 | 90.5 | 0.84 | 7.8 | 200 |
| 45 | 87.0 | 92.5 | 0.86 | 8.2 | 380 |
| 75 | 145.0 | 93.5 | 0.88 | 8.5 | 580 |
| 110 | 210.0 | 94.2 | 0.89 | 8.7 | 850 |
Тихоходные двигатели 940 об/мин выбираются исходя из требований технологического процесса к скорости и моменту.
При выборе необходимо учитывать не только номинальные параметры, но и характер нагрузки. Для механизмов с тяжелым пуском (дробилки, мельницы) критически важны параметры пускового момента (Mп/Mном ≈ 1.6-2.2) и максимального момента (Mmax/Mном ≈ 2.4-3.0). В таких случаях часто применяются двигатели с фазным ротором (АКЗ), позволяющие вводить в цепь ротора пусковые резисторы для плавного разгона и снижения пусковых токов.
Прямой пуск от сети (DOL) допустим для двигателей средней мощности при условии, что сеть и механическая часть выдерживают пусковые токи, в 6-8 раз превышающие номинальные. Для ограничения воздействия применяются:
Современный рынок диктует требования по энергоэффективности. Согласно стандарту МЭК 60034-30-1, двигатели подразделяются на классы:
Двигатели 940 об/мин класса IE3 и выше достигают повышенного КПД за счет использования большего количества активных материалов (медь, сталь), оптимизированной геометрии пазов, улучшенных изоляционных материалов и сниженных механических потерь. При постоянной работе инвестиции в двигатель высшего класса окупаются за счет экономии электроэнергии.
| Мощность, кВт | IE1 | IE2 | IE3 | IE4 |
|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 77.0 | 81.0 | 84.1 | 87.5 |
| 5.5 | 84.0 | 87.5 | 89.4 | 91.5 |
| 11 | 86.5 | 89.5 | 91.2 | 92.9 |
| 22 | 88.5 | 91.3 | 92.6 | 93.9 |
| 45 | 90.2 | 92.5 | 93.6 | 94.6 |
| 75 | 91.3 | 93.4 | 94.3 | 95.2 |
Монтаж должен производиться на ровное, жесткое основание с точной центровкой с рабочим механизмом. Использование лазерного центровочного инструмента для соединения с редуктором или насосом обязательно для предотвращения вибраций и преждевременного износа подшипников. Подшипниковые узлы двигателей 1000 об/мин, как правило, требуют периодической (раз в 2-4 года) замены смазки. Тип и объем смазки указаны на шильдике двигателя или в паспорте. Необходим регулярный контроль:
Это один и тот же двигатель. 1000 об/мин – это синхронная скорость вращения магнитного поля (для 50 Гц и 3 пар полюсов). Фактическая скорость ротора под нагрузкой всегда меньше из-за скольжения и составляет примерно 940-980 об/мин в номинальном режиме. В каталогах и в обиходе указывают округленное номинальное значение.
Да, это распространенное решение. Двигатель 1500 об/мин с редуктором, имеющим передаточное число i ≈ 1.5-1.6, даст на выходном валу требуемые 940 об/мин. Выбор между тихоходным двигателем и парой «двигатель+редуктор» зависит от стоимости, требований к моменту, габаритам и КПД всей приводной системы.
Пусковой момент для двигателей с короткозамкнутым ротором серии АИР обычно лежит в диапазоне 1.6-2.2 от номинального. Точное значение указано в каталожном листе. Для тяжелых пусков, особенно дробилок под завалом, часто требуется момент, близкий к максимальному (2.4-3.0 от номинала). Необходимо выполнить расчет момента сопротивления механизма и сравнивать его с механической характеристикой двигателя. В сложных случаях рассматривают двигатель с фазным ротором или использование частотного преобразователя с функцией увеличения пускового момента.
Мощность двигателя пропорциональна моменту и скорости (P = M*n/9550). Для выдачи одинаковой мощности при меньшей скорости (940 против 3000) двигатель должен развивать в ~3 раза больший крутящий момент. Увеличение момента достигается за счет больших размеров активных частей (ротора и статора), большего количества меди в обмотках и стали в магнитопроводе, что напрямую ведет к увеличению массы и стоимости.
Номинальный ток ЧП должен быть равен или превышать номинальный ток двигателя при его работе на основной частоте (50 Гц). Учитывая, что двигатель тихоходный и имеет больший номинальный ток при той же мощности, чем высокоскоростной, выбор по мощности (кВт) может быть ошибочным. Обязателен выбор по току. Для вентиляторно-насосной нагрузки допустим запас 10-15%, для постоянного момента и тяжелых пусков – 15-25%. Также важно проверить возможность работы ЧП на низких частотах (ниже 10 Гц) без перегрева двигателя, возможно, потребуется двигатель с независимой вентиляцией.
Расчетный ресурс подшипников качения в стандартных двигателях при правильных условиях эксплуатации (центровка, отсутствие осевой и радиальной перегрузки, правильная смазка, температура в норме) составляет 20 000 — 40 000 часов. Основные причины преждевременного выхода из строя: неправильная центровка (более 50% отказов), загрязнение или старение смазки, вибрации от механизма, пропуски через подшипниковые токи при питании от ЧП. Регулярный мониторинг вибрации позволяет прогнозировать замену подшипников.