Электродвигатели асинхронные 940 об/мин
Электродвигатели асинхронные с синхронной частотой вращения 1000 об/мин (номинальная ≈940 об/мин)
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.
Принцип работы и конструктивные особенности
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.
Основные технические характеристики и параметры
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.
Таблица 1. Примерный ряд мощностей и параметров асинхронных двигателей 1000 об/мин (380 В, 50 Гц, IP55, IM 1081)
| 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 |
Области применения и выбор двигателя
Тихоходные двигатели 940 об/мин выбираются исходя из требований технологического процесса к скорости и моменту.
- Насосное оборудование: Поршневые, плунжерные, шнековые насосы, где требуется высокий момент для преодоления давления среды.
- Конвейеры и транспортеры: Наклонные и тяжелонагруженные ленточные конвейеры, цепные элеваторы.
- Дробильное и мельничное оборудование: Щековые и конусные дробилки, шаровые мельницы.
- Смесители и мешалки: Для вязких сред в химической, пищевой, фармацевтической промышленности.
- Вентиляторы и дымососы: Радиальные вентиляторы высокого давления, дутьевые машины котельных установок.
- Пуск «звезда-треугольник» (Star-Delta): 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 тяжелонагруженных механизмов.
- Частотные преобразователи (ЧП, VFD): Наиболее технологичный метод, позволяющий плавно регулировать скорость в широком диапазоне, осуществлять мягкий пуск с полным моментом и экономить энергию на насосно-вентиляторной нагрузке. Для двигателей 940 об/мин важно выбирать ЧП с запасом по току и правильно настраивать характеристику V/f на низких частотах для поддержания момента.
- Устройства плавного пуска (УПП, Soft Starter): Позволяют снизить пусковые токи и плавно разогнать двигатель, уменьшая механические удары. Однако не обеспечивают регулирования скорости в рабочем режиме.
- IE1 (Standard Efficiency): Устаревающий класс.
- IE2 (High Efficiency): Стандартный для новых проектов.
- IE3 (Premium Efficiency): Обязателен для многих регионов.
- IE4 (Super Premium Efficiency): Перспективный класс.
- Виброускорения/виброскорости на подшипниковых щитах.
- Температуры подшипников и статора (термометрия или термопара).
- Состояния изоляции обмоток (сопротивление мегомметром).
- Чистоты вентиляционных каналов и наружного реберчатого оребрения.
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.
Способы управления и пуска
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:
Энергоэффективность и классы IE
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.
Таблица 2. Минимальные значения КПД (%) для 4-полюсных двигателей (50 Гц) по классам IE (выборочно)
| 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 |
Особенности монтажа и технического обслуживания
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:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается двигатель на 940 об/мин от двигателя на 1000 об/мин?
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.
Можно ли получить скорость 940 об/мин от двигателя на 1500 об/мин с помощью редуктора?
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.
Какой пусковой момент у двигателей этого типа и хватит ли его для моей дробилки?
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.
Почему двигатель на 940 об/мин тяжелее и дороже двигателя той же мощности на 3000 об/мин?
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.
Как правильно подобрать частотный преобразователь для такого двигателя?
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.
Каков типичный ресурс подшипников в таких двигателях и от чего он зависит?
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.