Электродвигатели трехфазные 700 об/мин

Электродвигатели трехфазные асинхронные с синхронной частотой вращения 700 об/мин: конструкция, применение и технические аспекты

Трехфазные асинхронные электродвигатели с синхронной частотой вращения 700 об/мин представляют собой электромеханические преобразователи, предназначенные для привода механизмов, требующих низкой скорости вращения вала. Данная скорость достигается при питании от сети частотой 50 Гц и числе пар полюсов, равном 8. Двигатели этого типа являются неотъемлемым компонентом в промышленных и энергетических системах, где необходимы высокий крутящий момент при низких оборотах и надежная продолжительная работа.

Конструктивные особенности и принцип действия

Двигатели на 700 об/мин (синхронная скорость при 50 Гц – 750 об/мин, асинхронная скорость под нагрузкой обычно составляет 680-730 об/мин) относятся к низкооборотным машинам. Их ключевая конструктивная особенность – увеличенное число пар полюсов в обмотке статора. Для достижения 8 пар полюсов (p=8) требуется сложная укладка обмотки, что увеличивает габариты и массу активной части статора по сравнению с высокооборотными моделями.

• Статор: Состоит из шихтованного магнитопровода, набранного из изолированных листов электротехнической стали, и трехфазной обмотки, уложенной в пазы. Обмотка выполняется из медного или алюминиевого изолированного провода. Для двигателей на 8 полюсов характерна большая длина сердечника при относительно небольшом его диаметре.
• Ротор: Чаще всего применяется короткозамкнутый ротор типа «беличья клетка» (АИР). Конструкция массивна, что способствует улучшению теплоотвода и снижению пусковых токов. Реже, для задач с тяжелыми условиями пуска, используются двигатели с фазным ротором (АИР).
• Корпус и охлаждение: Выполняются в различных исполнениях (IM 1081, IM 2081, IM 3081 и др.). Наиболее распространены двигатели с защищенным исполнением (IP54, IP55) и самовентиляцией (IC 411). Из-за низкой скорости вращения собственного вентилятора эффективность охлаждения снижена, что часто компенсируется увеличенными радиаторными ребрами на корпусе.
• Принцип действия: При подаче трехфазного напряжения создается вращающееся магнитное поле с синхронной частотой n1 = 60f/p = 6050/8 = 750 об/мин. Это поле индуцирует токи в роторе, взаимодействие которых с полем статора создает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение с частотой n2, меньшей n1 на величину скольжения (обычно 2-5%).

Сфера применения и преимущества

Низкооборотные двигатели на 700 об/мин используются там, где требуется непосредственный привод медленно вращающихся механизмов без использования редуктора или с упрощенной редукторной частью, что повышает общую надежность и КПД системы.

• Приводы мешалок и смесителей в химической, нефтегазовой и пищевой промышленности.
• Щелевые вентиляторы и дымососы большой мощности с низкой частотой вращения рабочего колеса.
• Конвейеры тяжелого типа и шаровые мельницы в горно-обогатительной промышленности.
• Насосы поршневого и шестеренчатого типа, где низкая скорость напрямую связана с производительностью.
• Крановые механизмы передвижения и подъема, требующие точного позиционирования и высокого момента.
• Приводы роторов экскаваторов и другое тяжелое горное оборудование.

Основные преимущества: Высокий пусковой и рабочий крутящий момент, прямое сопряжение с низкооборотным оборудованием, повышенная перегрузочная способность, надежность конструкции за счет отсутствия или упрощения редуктора, сниженный износ механических частей.

Технические характеристики и параметры выбора

При подборе трехфазного двигателя на 700 об/мин необходимо анализировать следующие ключевые параметры:

Таблица 1. Примерный ряд мощностей и параметров двигателей АИР с n=700 об/мин (напряжение 380В, 50Гц)

Мощность, кВт	Номинальный ток, А (приблизительно)	КПД, % (η)	Коэффициент мощности (cos φ)	Пусковой ток / Ном. ток (Iп/Iн)	Масса, кг (примерно)
5,5	13,5	86,0	0,74	6,0	120
11	26,0	88,5	0,77	6,5	200
22	48,0	90,5	0,80	7,0	380
45	92,0	92,0	0,83	7,2	650
75	150,0	93,0	0,85	7,5	1050
110	215,0	94,0	0,86	7,5	1500

• Мощность (Pн): Основной параметр. Выбирается с запасом 10-15% от мощности механизма с учетом режима работы (S1, S2, S3 и т.д.).
• Напряжение и схема соединения обмоток: Стандартно 380/660В (Δ/Y) или 660В (Δ). Пуск обычно осуществляется по схеме «звезда-треугольник» для снижения пусковых токов.
• Класс изоляции: Как правило, не ниже F, что позволяет нагрев до 155°C, с запасом на работу при классе B (130°C) или H (180°C) для особых условий.
• Степень защиты (IP): IP54 – защита от пыли и брызг, IP55 – защита от струй воды, IP65 – полная защита от пыли и струй воды.
• Климатическое исполнение и категория размещения: У1 для умеренного климата, УХЛ, Т для тропиков. Категория размещения: 2 (на открытом воздухе), 3 (в закрытых помещениях).
• Монтажное исполнение (IM): IM 1081 (лапы, без фланца), IM 2081 (фланец, без лап), IM 3081 (лапы и фланец).

Особенности пуска и управления

Пуск низкооборотных двигателей сопряжен с высокими пусковыми токами (в 6-8 раз выше номинального, см. Таблицу 1) и значительным пусковым моментом. Это требует применения специальных схем.

• Прямой пуск (DOL): Применяется при достаточной мощности сети. Прост, но вызывает просадки напряжения.
• Пуск переключением «звезда-треугольник»: Наиболее распространен для двигателей, обмотки которых рассчитаны на 380В в треугольнике. Снижает пусковой ток в 3 раза, но и пусковой момент также падает в 3 раза, что неприемлемо для механизмов с тяжелым пуском.
• Частотный преобразователь (ЧП): Оптимальный метод. Обеспечивает плавный пуск с ограничением тока, широкое регулирование скорости, повышение энергоэффективности. Для двигателей на 8 полюсов требуется ЧП, поддерживающий низкие базовые частоты.
• Устройство плавного пуска (УПП): Позволяет плавно наращивать напряжение на статоре, ограничивая пусковой ток и снижая механические удары.

Энергоэффективность и классы IE

Современные трехфазные двигатели подчиняются стандартам МЭК 60034-30-1 по классам энергоэффективности. Для низкооборотных двигателей достижение высоких классов (IE3, IE4) сложнее из-за конструктивных особенностей.

• IE1 (Стандартная эффективность): Устаревающий класс.
• IE2 (Повышенная эффективность): Требует обязательного использования ЧП или УПП при мощности выше 7,5 кВт.
• IE3 (Высокая эффективность): Достигается за счет использования большего количества активных материалов (медь, сталь), оптимизированных обмоток и уменьшенных зазоров.
• IE4 (Сверхвысокая эффективность): Часто требует технологий типа синхронного реактивного сопротивления или постоянных магнитов.

Выбор двигателя класса IE3 или выше для низкооборотных применений окупается за счет снижения потерь, которые при непрерывной работе составляют значительную сумму.

Техническое обслуживание и диагностика

Плановое ТО включает в себя:

• Контроль вибрации: Низкооборотные двигатели чувствительны к дисбалансу ротора и несоосности с нагрузкой. Допустимые уровни вибрации регламентируются ГОСТ ИСО 10816.
• Измерение сопротивления изоляции: Мегомметром на 1000В. Сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса и между фазами должно быть не менее 1 МОм для напряжений до 660В, а рекомендуемые значения – десятки и сотни МОм.
• Контроль температуры: С помощью термометров, термопар или тепловизоров. Превышение температуры указывает на перегрузку, ухудшение охлаждения или дефекты подшипников.
• Диагностика подшипникового узла: Регулярная замена смазки, контроль состояния подшипников качения (чаще всего используются роликовые подшипники для восприятия высоких радиальных нагрузок).
• Анализ электрических параметров: Несимметрия напряжений и токов по фазам не должна превышать 1%, так как она приводит к дополнительному нагреву и снижению момента.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается двигатель на 700 об/мин от двигателя на 1500 об/мин той же мощности?

Двигатель на 700 об/мин (8 полюсов) имеет большие габариты и массу, более высокий номинальный крутящий момент (Mн = 9550

• Pн / n), более сложную обмотку статора, худшие показатели cos φ и, как правило, несколько более низкий КПД. Он предназначен для непосредственной работы на низких скоростях, тогда как двигатель на 1500 об/мин (4 полюса) компактнее и чаще применяется с редуктором.

Можно ли получить ровно 700 об/мин на валу двигателя?

Нет. Синхронная скорость такого двигателя при 50 Гц составляет 750 об/мин. Реальная рабочая скорость (асинхронная) при номинальной нагрузке составляет примерно 680-735 об/мин в зависимости от мощности и конструкции (скольжение 2-7%). Точное значение указано на заводской табличке (например, 693 об/мин).

Как регулировать скорость вращения такого двигателя?

Основной и наиболее эффективный способ – использование частотного преобразователя (ЧП). Он позволяет плавно изменять частоту питающего напряжения, регулируя скорость ниже и выше номинальной (с учетом постоянства или изменения магнитного потока). Регулирование переключением полюсов (многоскоростные двигатели) для 8-полюсных машин также возможно, но дает ступенчатое изменение скорости.

Почему у низкооборотных двигателей относительно низкий коэффициент мощности (cos φ)?

Увеличение числа полюсов приводит к росту магнитного потока рассеяния и намагничивающего тока. Это увеличивает реактивную составляющую тока статора, снижая cos φ. Для компенсации этого эффекта часто требуется установка конденсаторных установок или использование ЧП с функцией коррекции коэффициента мощности.

Каковы особенности выбора частотного преобразователя для 8-полюсного двигателя?

Необходимо выбирать ЧП, рассчитанный на номинальный ток двигателя, а не на его мощность. Важно, чтобы преобразователь поддерживал низкую выходную частоту (вплоть до 0 Гц) без потери момента. Рекомендуется использовать векторное управление без датчика обратной связи (Sensorless Vector) или с датчиком (Feedback Vector) для точного контроля момента на низких скоростях.

Как правильно хранить и консервировать двигатель при длительном простое?

Двигатель должен храниться в сухом отапливаемом помещении. При длительном хранении (более 6 месяцев) необходима консервация: очистка от пыли, обработка внутренних полостей ингибитором коррозии, замена смазки в подшипниках, измерение сопротивления изоляции. Обмотки должны быть подключены к трехфазной сети через активное сопротивление для проведения «прогрева» током в условиях повышенной влажности.