Электродвигатели с короткозамкнутым ротором 735 об/мин

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором на 735 об/мин: конструкция, принцип действия и сфера применения

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) асинхронного типа, рассчитанные на синхронную частоту вращения 750 об/мин и работающие при фактической скорости около 735 об/мин под нагрузкой, представляют собой ключевой элемент в промышленных системах, требующих средних и низких скоростей при высоком вращающем моменте. Номинальная скорость 735 об/мин достигается при питании от сети 50 Гц и является характеристикой двигателей с 8 полюсами (8р). Данный тип двигателей широко применяется для привода насосов, вентиляторов, дымососов, компрессоров, дробилок, мельничного и конвейерного оборудования, где непосредственное соединение с механизмом на пониженной скорости экономически и технически целесообразнее, чем использование редуктора с высокооборотным двигателем.

Принцип действия и получение скорости 735 об/мин

Скорость вращения магнитного поля статора (синхронная скорость, n₁) в асинхронном двигателе определяется частотой питающего тока (f) и числом пар полюсов (p): n₁ = 60f / p. Для стандартной промышленной сети 50 Гц зависимость выглядит следующим образом:

• 2 полюса (1 пара): n₁ = 3000 об/мин
• 4 полюса (2 пары): n₁ = 1500 об/мин
• 6 полюсов (3 пары): n₁ = 1000 об/мин
• 8 полюсов (4 пары): n₁ = 750 об/мин
• 10 полюсов (5 пар): n₁ = 600 об/мин

Фактическая скорость ротора (n₂) всегда меньше синхронной из-за явления скольжения (s), необходимого для наведения токов в роторе и создания момента. Скольжение выражается в процентах от синхронной скорости: s = [(n₁ — n₂) / n₁] 100%. Для большинства АДКЗ нормальной мощности скольжение при номинальной нагрузке составляет 1.5-3%. Таким образом, для 8-полюсного двигателя: n₂ = n₁ (1 — s) = 750

• (1 — 0.02) ≈ 735 об/мин. Эта скорость и указывается на шильдике как номинальная.

Конструктивные особенности 8-полюсных АДКЗ

Конструктивно двигатель на 735 об/мин имеет особенности, обусловленные большим числом полюсов.

• Статор. Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали и имеет пазы, в которые укладывается трехфазная обмотка. В 8-полюсном исполнении обмотка распределена на большее количество пазов, катушки имеют укороченный шаг. Это приводит к уменьшению магнитных потерь и улучшению формы кривой магнитного поля.
• Ротор. Короткозамкнутый ротор («беличья клетка») состоит из сердечника, набранного из листов стали, и алюминиевой или медной литой обмотки. Для двигателей на 735 об/мин часто применяются роторы с двойной беличьей клеткой или глубокопазные роторы. Такая конструкция обеспечивает высокий пусковой момент при относительно низком пусковом токе, что критически важно для низкооборотных приводов тяжелых механизмов.
• Габариты и масса. При одинаковой мощности 8-полюсный двигатель имеет большие габариты и массу по сравнению с 2- или 4-полюсным. Это связано с необходимостью размещения большего количества витков обмотки и увеличенным магнитопроводом для создания требуемого магнитного потока при большем числе полюсов.
• Система охлаждения. Ввиду больших размеров активной части и потенциально более высоких тепловых потерь, двигатели на 735 об/мин часто выполняются с наружным обдувом (исполнение IC411) или, для особо тяжелых режимов, с водяным охлаждением (IC81W).

Основные технические характеристики и параметры

Технические параметры АДКЗ на 735 об/мин регламентируются стандартами ГОСТ, IEC, NEMA. Ключевые характеристики приведены в таблице для двигателей серии АИР (российский стандарт) на напряжение 380/660 В, 50 Гц.

Таблица 1. Примерные параметры асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (8р, ~735 об/мин)

Мощность, кВт	Типоразмер (высота оси вращения), мм	Ном. ток (380В), А	КПД, η, %	Коэф. мощности, cos φ	Пусковой ток / Ном. ток (Iп/Iн)	Пусковой момент / Ном. момент (Мп/Мн)	Макс. момент / Ном. момент (Мmax/Мн)
11	160	24.5	87.5	0.74	6.0	1.3	2.4
22	180	46.0	89.5	0.78	6.5	1.2	2.3
45	200	88.0	91.0	0.80	6.8	1.1	2.2
75	250	145.0	92.5	0.84	7.0	1.0	2.0
132	315	250.0	93.5	0.85	6.8	0.9	2.0

Преимущества и недостатки двигателей на 735 об/мин

Преимущества:

• Высокий вращающий момент. Конструктивно развивают больший момент при той же мощности, что и высокооборотные двигатели (M = 9550
• P / n).
• Прямое соединение с тихоходными механизмами. Позволяет исключить редуктор или использовать редуктор с меньшим передаточным числом, повышая общую надежность и КПД системы.
• Надежность и простота. Сохраняют все достоинства АДКЗ: отсутствие щеточного узла, простоту конструкции, низкие эксплуатационные затраты.
• Улучшенные пусковые характеристики. Зачастую имеют более благоприятное соотношение пускового момента к пусковому току благодаря конструкциям ротора.
• Меньший износ подшипников. Сниженная скорость вращения продлевает срок службы подшипниковых узлов.

Недостатки:

• Большие габариты и масса. При одинаковой мощности значительно крупнее и тяжелее 2- и 4-полюсных аналогов.
• Более высокий момент инерции ротора. Может увеличивать время разгона.
• Стоимость. Из-за большего расхода активных материалов (медь, сталь) обычно имеют более высокую удельную стоимость на единицу мощности.
• Сниженный КПД и cos φ. Как правило, на 1-3% ниже, чем у 4-полюсных двигателей аналогичной мощности из-за увеличенных потерь и намагничивающего тока.

Способы управления и пуска

Для управления двигателями на 735 об/мин применяются стандартные для АДКЗ методы:

• Прямой пуск (DOL). Наиболее распространенный способ. Допустим при достаточной мощности сети и если ударный момент и пусковой ток (в 5-7 раз выше номинального) не критичны для механизма и электросети.
• Пуск переключением «звезда-треугольник». Эффективен для двигателей, обмотки которых рассчитаны на работу в треугольнике при номинальном напряжении. Снижает пусковой ток в 3 раза, но и пусковой момент также падает в 3 раза, что может быть неприемлемо для тяжелонагруженных тихоходных механизмов.
• Пуск через устройство плавного пуска (УПП). Оптимальное решение для большинства ответственных приводов. Позволяет плавно наращивать напряжение на статоре, обеспечивая ограничение пускового тока и плавный разгон без рывков.
• Частотное регулирование (ЧРП). Преобразователь частоты позволяет не только плавно запускать двигатель, но и бесступенчато регулировать скорость в широком диапазоне (например, от 10-20% до 100% и выше номинальной). Для 8-полюсного двигателя это особенно актуально, так как позволяет оптимизировать процесс, экономя энергию на частичных нагрузках (в насосах и вентиляторах). При использовании ЧРП необходимо учитывать возможность снижения момента на низких частотах и необходимость дополнительного охлаждения двигателя при длительной работе на пониженных скоростях.

Области применения

Двигатели с номинальной скоростью 735 об/мин являются специализированным решением для приводов, где их характеристики наиболее востребованы:

• Насосное оборудование: центробежные насосы высокого давления, питательные насосы котельных, шламовые и грунтовые насосы.
• Вентиляционное оборудование: главные вентиляторы шахт, дымососы и дутьевые вентиляторы мощных котельных агрегатов, тяжелые промышленные вентиляторы высокого давления.
• Компрессорное оборудование: поршневые и центробежные компрессоры.
• Дробильно-размольное оборудование: шаровые, стержневые, рудногалечные мельницы, дробилки крупного дробления.
• Конвейеры и транспортеры: ленточные конвейеры большой длины и мощности, пластинчатые транспортеры.
• Смесители и мешалки для тяжелых сред.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается двигатель на 735 об/мин от двигателя на 1500 об/мин той же мощности?

Двигатель на 735 об/мин (8 полюсов) имеет большее число полюсов, большие габариты и массу, больший номинальный вращающий момент (примерно в два раза), но, как правило, несколько более низкие значения КПД и коэффициента мощности. Конструкция его ротора часто оптимизирована для лучших пусковых характеристик.

Можно ли получить скорость 735 об/мин от частотного преобразователя, используя 4-полюсный двигатель?

Да, можно. Для этого необходимо установить на выходе ЧРП частоту примерно 24.5 Гц (т.к. n = (60 f) / p = (60 24.5) / 2 = 735 об/мин). Однако при этом максимальный момент двигателя на валу останется таким же, как и при работе на 50 Гц (при условии поддержания постоянного магнитного потока — закон U/f = const). Если же механизму требуется больший момент, характерный для нативного 8-полюсного двигателя, то 4-полюсный двигатель с ЧРП не станет ему полноценной заменой без выбора двигателя большей мощности.

Почему на шильдике указывается 735 об/мин, а не 750?

Указанная на шильдике скорость — это номинальная скорость вращения ротора под расчетной нагрузкой. Синхронная скорость для 8-полюсного двигателя составляет 750 об/мин. Разница в 15 об/мин (или около 2%) — это и есть номинальное скольжение (s), необходимое для работы двигателя.

Какие особенности монтажа и центровки у таких двигателей?

Из-за больших масс и габаритов, а также необходимости передачи значительных моментов, к монтажу 8-полюсных двигателей предъявляются повышенные требования. Необходимо использовать массивные фундаменты, жесткие соединительные муфты (например, зубчатые или втулочно-пальцевые). Процедура центровки должна проводиться с высокой точностью с использованием лазерных или индикаторных центровочных приборов для исключения радиальных и угловых смещений, которые могут привести к повышенной вибрации и преждевременному выходу из строя подшипников.

Как правильно выбрать между двигателем на 735 об/мин с прямым приводом и высокооборотным двигателем с редуктором?

Выбор требует технико-экономического обоснования. Прямой привод (двигатель 735 об/мин) проще, надежнее, имеет более высокий общий КПД системы, не требует обслуживания редуктора. Вариант с редуктором и высокооборотным двигателем часто компактнее и дешевле по первоначальной стоимости, но требует обслуживания редуктора (замена масла, износ шестерен), имеет дополнительные потери в зацеплении и потенциально более низкую надежность. Решение принимается на основе анализа стоимости жизненного цикла, требований к габаритам и надежности конкретного применения.

Заключение

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором на 735 об/мин представляют собой оптимальное техническое решение для привода низкооборотных механизмов высокой мощности. Их конструкция, ориентированная на создание значительного вращающего момента при относительно низкой скорости, обеспечивает прямую интеграцию с оборудованием без применения громоздких и менее эффективных редукторов. Несмотря на большие массогабаритные показатели и несколько сниженные энергетические характеристики по сравнению с высокооборотными аналогами, их надежность, высокий пусковой момент и долговечность делают их незаменимыми в ключевых отраслях тяжелой промышленности и энергетики. Современные системы управления, такие как УПП и ЧРП, позволяют максимально раскрыть потенциал этих двигателей, обеспечивая плавный пуск, защиту и энергоэффективную работу в широком диапазоне нагрузок.