Электродвигатели асинхронные 960 об/мин
Электродвигатели асинхронные с синхронной частотой вращения 960 об/мин: конструкция, параметры и сфера применения
Асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 960 об/мин представляют собой электромеханические преобразователи, относящиеся к низкооборотному исполнению. Данная скорость является синхронной и достигается при числе пар полюсов, равном шести, в сети переменного тока частотой 50 Гц. Реальная рабочая (асинхронная) скорость вращения вала таких двигателей при номинальной нагрузке составляет примерно 920-950 об/мин, что обусловлено явлением скольжения, характерным для машин данного типа. Эти двигатели находят широкое применение в приводах механизмов, требующих высокого крутящего момента при относительно невысокой скорости.
Принцип действия и конструктивные особенности
Принцип работы основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора, создаваемого трехфазной обмоткой, с током, индуцированным в короткозамкнутой обмотке ротора (беличьей клетке). Разница между скоростью поля (1000 об/мин для 6 полюсов при 50 Гц) и скоростью ротора (скольжение, обычно 2-5%) обеспечивает наведение токов и создание момента. Конструктивно двигатели на 960 об/мин отличаются увеличенными габаритами активной части (статора и ротора) по сравнению с высокооборотными моделями той же мощности, так как для создания большего числа полюсов требуется больше катушечных групп и железа. Корпус, как правило, литой чугунный, с развитым оребрением для улучшения теплоотдачи. Подшипниковые щиты рассчитаны на повышенные радиальные нагрузки, что связано с типовым применением таких двигателей.
Основные технические характеристики и параметры
Ключевыми параметрами, помимо частоты вращения, являются: номинальная мощность (кВт), напряжение питания (В), КПД (%), коэффициент мощности (cos φ), кратности пускового, минимального и максимального моментов, класс изоляции, степень защиты IP, способ монтажа (IM).
Таблица 1. Примерный ряд мощностей и параметров асинхронных двигателей 960 об/мин (IE2, IE3)
| Номинальная мощность, кВт | Синхронная скорость, об/мин | КПД (IE2), % | КПД (IE3), % | cos φ | Пусковой ток (Iп/Iн) | Масса, кг (примерно) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.75 | 960 | 78.0 | 80.0 | 0.73 | 6.5 | 25 |
| 1.5 | 960 | 81.0 | 83.0 | 0.76 | 6.5 | 35 |
| 3.0 | 960 | 84.0 | 86.0 | 0.78 | 6.5 | 50 |
| 5.5 | 960 | 86.0 | 88.0 | 0.79 | 7.0 | 75 |
| 7.5 | 960 | 87.5 | 89.5 | 0.80 | 7.0 | 90 |
| 11 | 960 | 89.0 | 90.5 | 0.81 | 7.0 | 120 |
| 15 | 960 | 90.0 | 91.5 | 0.82 | 7.0 | 150 |
| 18.5 | 960 | 90.5 | 92.0 | 0.83 | 7.0 | 180 |
| 22 | 960 | 91.0 | 92.5 | 0.83 | 7.0 | 210 |
Сферы применения и типовые приводы
Двигатели с частотой вращения 960 об/мин оптимальны для механизмов с высокой инерцией и постоянной нагрузкой, где не требуется частых пусков и остановок. Основные области применения:
- Приводы центробежных насосов и компрессоров.
- Вентиляторы и дымососы большой производительности.
- Конвейеры ленточные и цепные, особенно длинные и тяжелонагруженные.
- Приводы смесителей, мешалок, растворосмесителей.
- Щековые, конусные и валковые дробилки.
- Лебедки и подъемные механизмы.
- Оборудование для пищевой и перерабатывающей промышленности (мельницы, экструдеры).
- Соответствие мощности: Мощность двигателя должна быть не менее мощности на валу рабочей машины с учетом коэффициента запаса (обычно 10-15%).
- Режим работы (S1-S10): Для продолжительного режима S1 подходят стандартные двигатели. Для повторно-кратковременных режимов или частых пусков требуется специальный расчет по теплу.
- Способ пуска: Прямой пуск (DOL) допустим при достаточной мощности сети. Для снижения пусковых токов применяют пуск «звезда-треугольник», частотные преобразователи (ЧП) или устройства плавного пуска (УПП). Использование ЧП позволяет варьировать скорость в широком диапазоне.
- Климатическое исполнение и место установки: Выбор по категории размещения (У, УХЛ, Т и др.) и степени защиты (IP54, IP55 для пыльных и влажных помещений).
- Чистку наружных поверхностей и вентиляционных каналов.
- Контроль и замену подшипниковой смазки (тип и периодичность согласно паспорту).
- Проверку состояния клеммной коробки и затяжки контактных соединений.
- Измерение сопротивления изоляции обмоток мегомметром (не менее 1 МОм для напряжений до 660 В).
- Контроль виброакустических характеристик для раннего выявления дисбаланса, ослабления креплений или повреждения подшипников.
- Перегрев: Причины: перегруз, нарушение условий охлаждения, повышенное напряжение, межвитковое замыкание. Диагностика: тепловизор, измерение тока по фазам.
- Повышенная вибрация: Причины: дисбаланс ротора, несоосность, износ подшипников, ослабление креплений. Диагностика: виброметр, анализ спектра вибрации.
- Гул и повышенный шум: Причины: магнитный гул (ослабление прессовки пакета статора), подшипниковый шум. Диагностика: акустический анализ, стетоскоп.
- Неравенство фазных токов: Причины: несимметрия напряжения сети, обрыв в обмотке, замыкание на корпус. Диагностика: измерение тока клещами, мегомметром.
Выбор и особенности эксплуатации
При выборе двигателя на 960 об/мин необходимо учитывать:
Таблица 2. Сравнение способов пуска для двигателей 960 об/мин
| Способ пуска | Относительный пусковой ток | Относительный пусковой момент | Основные преимущества | Недостатки и ограничения |
|---|---|---|---|---|
| Прямой (DOL) | 100% (6-7 Iн) | 100% (1.5-2 Mн) | Простота, низкая стоимость, высокий момент | Большой бросок тока, просадки напряжения |
| Переключение «Звезда-Треугольник» | ~33% | ~33% | Снижение пускового тока в 3 раза | Снижение момента в 3 раза, не для любых нагрузок |
| Устройство плавного пуска (УПП) | До 300% Iн (регулируемо) | До 70% Mн (регулируемо) | Плавный разгон, ограничение тока, защита механизмов | Нагрев при длительном пуске, стоимость |
| Частотный преобразователь (ЧП) | До 150% Iн | До 100-150% Mн (регулируемо) | Плавный пуск, широкое регулирование скорости, энергоэффективность | Высокая стоимость, сложность, гармонические искажения |
Тенденции и стандарты энергоэффективности
Современные асинхронные двигатели 960 об/мин производятся в соответствии с классами энергоэффективности IEC 60034-30-1: IE1 (Standard Efficiency), IE2 (High Efficiency), IE3 (Premium Efficiency), IE4 (Super Premium Efficiency). С 2021 года в рамках Евразийского экономического союза обязательным для ввода в обращение является класс не ниже IE3 (для мощностей 0.75-375 кВт). Использование двигателей высоких классов эффективности (IE3, IE4) приводит к значительному снижению эксплуатационных затрат за счет сокращения потерь в меди и стали. Достижение высоких классов обеспечивается применением большего количества активных материалов (медь, электротехническая сталь), оптимизацией магнитной системы, использованием улучшенных изоляционных материалов и снижением воздушного зазора.
Монтаж, обслуживание и диагностика
Правильный монтаж включает центровку валов с приводным механизмом с допустимым отклонением не более 0.05 мм, проверку уровня вибрации (нормируется по ISO 10816), контроль температуры подшипников. Техническое обслуживание должно проводиться регулярно и включать:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается синхронная скорость 960 об/мин от асинхронной?
Синхронная скорость (1000 об/мин для 6 полюсов при 50 Гц) – это скорость вращения магнитного поля статора. Асинхронная (рабочая) скорость ротора всегда меньше на величину скольжения (2-5%). Таким образом, двигатель, маркированный как «960 об/мин», на шильдике имеет указание синхронной скорости, а его фактическая скорость при номинальной нагрузке будет около 920-950 об/мин.
Можно ли регулировать скорость двигателя 960 об/мин?
Да, но только с применением частотного преобразователя (ЧП). Изменение скорости путем снижения напряжения неэффективно и приводит к перегреву. ЧП позволяет плавно регулировать скорость в диапазоне примерно от 10% до 100% и выше от номинальной, поддерживая необходимый момент на валу. Важно учитывать, что при длительной работе на низких скоростях может потребоваться независимое охлаждение двигателя.
Какой класс энергоэффективности (IE) выбрать для нового привода?
Согласно действующему техническому регламенту ЕАЭС, для двигателей мощностью от 0.75 до 375 кВт обязателен класс IE3. Выбор класса IE4 экономически оправдан при круглосуточной работе и высоких тарифах на электроэнергию, так как обеспечивает дополнительную экономию 15-20% потерь относительно IE3, но первоначальная стоимость двигателя выше.
Почему двигатель на 960 об/мин тяжелее и дороже двигателя на 3000 об/мин той же мощности?
Для достижения большего числа полюсов (шесть против двух) требуется больше катушек и железа в статоре и роторе. Увеличивается длина активной части, что приводит к росту массы и стоимости активных материалов (медь, электротехническая сталь). Кроме того, для создания того же момента на более низкой скорости требуется больший крутящий момент, что также обуславливает усиление конструкции.
Как правильно подобрать устройство плавного пуска или частотный преобразователь для такого двигателя?
Номинальный ток УПП или ЧП должен быть не менее тока двигателя при его номинальной нагрузке. Для двигателей 960 об/мин, особенно при тяжелых пусках (дробилки, мельницы), рекомендуется выбирать устройство с запасом по току на одну ступень выше (например, для двигателя 22 кВт (≈42А) выбирать УПП на 55А). Необходимо учитывать режим работы, количество пусков в час и необходимость регулирования скорости.