Электродвигатели для станков 680 об/мин

Электродвигатели для станков с синхронной частотой вращения 680 об/мин: конструкция, применение и выбор

Электродвигатели с номинальной частотой вращения, близкой к 680 об/мин, являются асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, синхронная скорость которых составляет 750 об/мин при частоте питающей сети 50 Гц. Фактическая рабочая скорость (680-730 об/мин) формируется за счет скольжения, которое является неотъемлемым свойством асинхронных машин. Данный типоразмер нашел широкое применение в качестве привода тяжелого металлорежущего и деревообрабатывающего оборудования, насосов, вентиляторов и других промышленных агрегатов, требующих относительно низких оборотов при высоком вращающем моменте.

Конструктивные особенности и принцип действия

Двигатели на 750 об/мин (синхронно) являются низкооборотными. Для достижения такой скорости при стандартной частоте 50 Гц требуется увеличение числа пар полюсов. Формула синхронной скорости: n = 60f / p, где f – частота сети (Гц), p – число пар полюсов. Для n=750 об/мин: p = (6050)/750 = 4. Таким образом, это восьмиполюсные (8P) электродвигатели.

Конструктивно это приводит к следующим особенностям:

• Увеличенные габариты и масса: Для размещения большего числа катушек статора требуется увеличенный сердечник, что ведет к росту диаметра и длины корпуса.
• Высокий пусковой и рабочий момент: Многополюсные двигатели характеризуются повышенным вращающим моментом при сниженной скорости, что идеально для прямого пуска под нагрузкой.
• Пониженный КПД и cos φ: Как правило, двигатели с большим числом полюсов имеют несколько более низкие показатели энергоэффективности и коэффициента мощности по сравнению с высокооборотными аналогами той же мощности, что связано с увеличением магнитных путей и рассеивания.
• Система охлаждения: Для двигателей серий АИР (основная серия) мощностью свыше 15-20 кВт, как правило, используется независимая вентиляция (система охлаждения IC 416) с обдувом ребристого корпуса внешним вентилятором на валу двигателя.

Сферы применения в станкостроении

Двигатели 680-730 об/мин применяются в станках, где необходима прямая передача вращения на исполнительный орган без использования высокооборотных моторов и редукторов, либо в качестве привода гидростанций.

• Токарно-винторезные и карусельные станки: Привод главного движения (шпинделя).
• Фрезерные станки (продольные, широкоуниверсальные): Привод шпинделя и механизма подач.
• Строгальные и долбежные станки: Привод главного движения через ременную передачу или редуктор.
• Шлифовальные станки: Привод ведущего круга или насосов системы охлаждения.
• Деревообрабатывающие станки: Пилорамы, фуганки, рейсмусы, где требуется высокий момент.
• Насосы и вентиляторы станков: Привод гидравлических насосов систем ЧПУ, смазки и охлаждающих вентиляторов.

Ключевые параметры выбора

При подборе электродвигателя для модернизации или ремонта станка необходимо учитывать комплекс технических характеристик.

Таблица 1. Основные параметры асинхронных двигателей серии АИР с синхронной частотой 750 об/мин (50 Гц)

Мощность, кВт	Типоразмер (высота оси вращения), мм	Номинальный ток, А (~380В)	КПД, η, %	Коэффициент мощности, cos φ	Пусковой момент, Мп/Мн	Масса, кг (прим.)
5.5	132S	12.5	86.5	0.80	1.8	70
11	160S	24.5	89.0	0.83	1.6	130
18.5	180M	38.5	90.5	0.84	1.4	200
30	200L	60.0	91.5	0.86	1.3	320
45	225M	87.0	92.5	0.87	1.2	450
75	280S	145.0	93.5	0.88	1.1	750

Классы энергоэффективности

Современные двигатели выпускаются согласно стандарту МЭК 60034-30-1, который определяет классы IE (International Efficiency). Для промышленных применений актуальны:

• IE2 (Повышенный): Минимально допустимый для большинства стран.
• IE3 (Высокий): Стандартный для новых проектов.
• IE4 (Сверхвысокий): Премиум-класс, часто с использованием технологий синхронного реактивного сопротивления или постоянных магнитов.

Выбор двигателя класса IE3 и выше окупается за счет снижения потерь на 20-40% по сравнению с устаревшими моделями.

Способы монтажа (исполнение по ГОСТ 2479)

• IM 1081: Фланец на лапах (наиболее распространенное для станков).
• IM 1083: Фланец со свободным концом вала.
• IM 1001: На лапах с двумя цилиндрическими концами вала.
• IM 3001: На лапах без фланца.

Системы управления и пуска

Для двигателей станков применяются различные схемы управления:

• Прямой пуск (с DOL-пускателями): Простейший и самый дешевый способ. Применяется для двигателей мощностью, где пусковые токи (в 5-7 раз выше номинальных) не вызывают критического проседания напряжения в сети и допустимы для механической части станка.
• Пуск «звезда-треугольник»: Позволяет снизить пусковой ток в 2-3 раза. Применим только для двигателей, обмотки которых рассчитаны на работу в схеме «треугольник» при номинальном напряжении сети.
• Частотные преобразователи (ЧП, VFD): Наиболее современный и технологичный способ. Позволяет плавно регулировать скорость в широком диапазоне (от единиц до сотен Гц), осуществлять плавный пуск с ограничением тока и момента, реализовывать сложные алгоритмы управления. Для двигателей 750 об/мин ЧП особенно актуален, так как позволяет получить любую требуемую скорость шпинделя без механической коробки передач.
• Устройства плавного пуска (УПП, Soft Starter): Обеспечивают плавный разгон и торможение за счет фазового регулирования напряжения, снижая механические и электрические ударные нагрузки.

Особенности монтажа, эксплуатации и обслуживания

Монтаж должен производиться на ровное, жесткое основание с точной центровкой по полумуфте с использованием лазерного или индикаторного оборудования. Несоосность более 0.05 мм может привести к вибрациям, перегреву подшипников и преждевременному выходу из строя.

Эксплуатация требует контроля:

• Температуры: Превышение температуры обмоток сверх класса нагревостойкости изоляции (чаще всего класс F, до 155°C) сокращает срок службы в геометрической прогрессии.

Вибрации: Допустимый уровень вибрации для двигателей данного типоразмера обычно лежит в пределах 2.8-4.5 мм/с по СКЗ.

• Состояния подшипникового узла: Регулярная замена смазки (тип и периодичность указаны в паспорте), контроль акустического шума.
• Состояния изоляции: Периодическое измерение сопротивления изоляции мегаомметром (не менее 1 МОм на 1 кВ рабочего напряжения).

Тенденции и современные аналоги

Современный рынок предлагает альтернативы стандартным асинхронным двигателям АИР:

• Синхронные реактивные двигатели (SynRM): Двигатели с ротором без постоянных магнитов и обмотки, обладающие КПД класса IE4 и выше, низким уровнем шума и стабильной работой с частотными преобразователями.
• Вентильно-индукторные двигатели (ВИД): Отличаются простотой конструкции ротора, высокой перегрузочной способностью и пригодностью для работы в тяжелых условиях.
• Мотор-редукторы: В случаях, когда требуется дальнейшее снижение скорости и увеличение момента, используются мотор-редукторы на базе двигателей 750 об/мин, что обеспечивает компактность привода.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель на 680 об/мин от двигателя на 750 об/мин?

Это один и тот же тип двигателя. 750 об/мин – это синхронная скорость магнитного поля (для 8 полюсов, 50 Гц). Фактическая рабочая скорость ротора (асинхронная) всегда меньше из-за скольжения и указывается на шильдике как «nном». Для двигателей мощностью 5-100 кВт она обычно составляет 680-730 об/мин. Чем больше нагрузка на валу, тем больше скольжение и ниже скорость.

Можно ли заменить двигатель 680 об/мин на двигатель 1000 об/мин, установив шкив другого диаметра?

Теоретически возможно, но требует инженерного расчета. Необходимо учитывать:

• Соответствие мощности и момента (момент у двигателя 1000 об/мин при той же мощности будет ниже).
• Возможность размещения ременной передачи с другим передаточным отношением.
• Соответствие пусковых характеристик.
• Класс энергоэффективности. Часто такая замена нецелесообразна и ведет к потере момента и снижению производительности станка.

Какой класс изоляции является стандартным для современных промышленных двигателей?

Стандартом де-факто является класс F (до 155°C). Однако рабочая температура обычно ограничивается на 20-30 градусов ниже (класс B, 130°C) для увеличения ресурса. Это запас надежности. Класс H (180°C) применяется в специальных исполнениях для тяжелых условий.

Обязательно ли использовать частотный преобразователь с двигателем 750 об/мин?

Нет, не обязательно. Двигатель может работать напрямую от сети 50 Гц. Однако использование ЧП дает значительные преимущества: плавный пуск, регулирование скорости, программируемые характеристики момент/скорость, энергосбережение в насосных и вентиляторных приложениях. Решение принимается исходя из технологических требований и задач модернизации.

Что делать, если на шильдике двигателя указано напряжение 380/660В?

Это означает, что обмотки статора двигателя могут быть соединены в «треугольник» (для напряжения 380В) или в «звезду» (для напряжения 660В). В стандартной российской трехфазной сети 380/400В обмотки должны быть соединены в «треугольник». Подключение такого двигателя в «звезду» на 380В приведет к потере мощности и момента в 3 раза и возможному перегреву под нагрузкой.

Как правильно подобрать кабель для подключения двигателя?

Сечение кабеля выбирается по номинальному току двигателя (указан на шильдике) с учетом:

• Поправочных коэффициентов на способ прокладки (в воздухе, в земле, в трубе).
• Температуры окружающей среды.
• Группы прокладки (количество кабелей вплотную).
• Пусковых токов (для D-пускателя). Минимальное сечение медного кабеля для двигателей до 55 кВт обычно начинается от 4-6 мм², но точный расчет обязателен по ПУЭ гл. 1.3.