Электродвигатели ВА 750 об/мин

Электродвигатели с синхронной частотой вращения 750 об/мин: конструкция, применение и технические аспекты

Электродвигатели с синхронной частотой вращения 750 об/мин относятся к тихоходным машинам, работающим на частоте 50 Гц. Данная скорость достигается при 8 полюсах в статоре (n = 60*f/p, где f=50 Гц, p=8). Эти двигатели являются ключевым элементом в приводах механизмов, требующих высокого крутящего момента при относительно низкой скорости выходного вала, что зачастую исключает необходимость в громоздких и дорогостоящих редукторах или позволяет использовать редукторы с меньшим передаточным числом.

Конструктивные особенности и принцип действия

Двигатели на 750 об/мин, как правило, выполняются по асинхронной схеме с короткозамкнутым (АДКЗ) или фазным ротором (АДФР). Из-за большего числа полюсов их конструкция имеет отличительные черты:

• Статор. Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали и имеет 8 полюсных делений. Обмотка статора является многослойной, катушечной, с укороченным шагом для подавления высших гармоник. Из-за большего количества катушек и пазов работы по укладке обмотки более трудоемки.
• Ротор. Для АДКЗ используется ротор с беличьей клеткой, часто литой алюминиевой или из медных сплавов. Для двигателей большой мощности и ответственных применений, где требуется регулировка пусковых характеристик, применяется АДФР с трехфазной обмоткой, выведенной на контактные кольца.
• Габариты и масса. При равной мощности тихоходный двигатель (750 об/мин) будет иметь большие габариты и массу по сравнению с высокоскоростным (3000 об/мин). Это связано с необходимостью разместить больше полюсов и, как следствие, большего количества активных материалов (стали и меди) для создания требуемого магнитного потока и момента.
• Система охлаждения. Ввиду больших размеров активной части и потенциально более высоких тепловых потерь, двигатели серий АИР на мощности свыше 160 кВт часто выполняются с принудительной вентиляцией (обозначение «Б» в маркировке по ГОСТ).

Сфера применения двигателей 750 об/мин

Основная область применения данных электродвигателей — приводы механизмов с высокой инерцией и низкой рабочей скоростью:

• Приводы шаровых, стержневых и рудно-галечных мельниц на обогатительных фабриках и цементных заводах.
• Дробильное оборудование (щековые, конусные, валковые дробилки).
• Приводы мощных центробежных насосов и шнеков для перекачки вязких сред.
• Дымососы и дутьевые вентиляторы котельных агрегатов и промышленных печей.
• Приводы ленточных конвейеров большой длины и высокой производительности.
• Смесители и мешалки для тяжелых, высоковязких веществ в химической промышленности.
• Крановые механизмы передвижения тележек и поворота стрелы.

Ключевые технические характеристики и параметры выбора

При подборе электродвигателя 750 об/мин необходимо анализировать следующие параметры:

• Номинальная мощность (P_н). Определяется нагрузочной диаграммой механизма. Для тихоходных двигателей важно учитывать возможность длительной работы в режиме, близком к номинальному моменту.
• КПД (η). Современные двигатели серий АИРС, АИРМ, АД и импортные аналоги (IE3, IE4) имеют повышенный класс энергоэффективности, что критически важно для столь мощных и постоянно работающих машин.
• Коэффициент мощности (cos φ). Обычно у многополюсных двигателей cos φ ниже, чем у высокоскоростных. Требуется анализ и возможная компенсация реактивной мощности на шинах питания.
• Пусковые характеристики. Кратность пускового тока (I_п/I_н) и пускового момента (М_п/М_н). Для АДКЗ пусковой ток высок, что может диктовать необходимость применения систем плавного пуска или частотных преобразователей. АДФР позволяют вводить в цепь ротора пусковой реостат, снижая ток и увеличивая момент.
• Перегрузочная способность. Кратность максимального момента (М_max/М_н) должна превышать пиковые нагрузки механизма с учетом возможных снижений напряжения в сети.
• Климатическое исполнение и категория размещения. Для работы в запыленных, влажных или взрывоопасных зонах выбираются двигатели с соответствующим исполнением (IP54, IP55, IP56, 1ExdIIBT4 и т.д.).

Сравнительная таблица характеристик асинхронных двигателей 750 об/мин на напряжение 380/660 В (серия АИР)

Мощность, кВт	Тип корпуса (габарит)	Ном. ток, А (при 380В)	КПД, η, %	cos φ	Пуск. ток / ном. ток	Пуск. момент / ном. момент	Масса, кг (прим.)
22	200L	46.0	90.5	0.80	6.5	1.3	280
55	280S	110.0	92.0	0.85	7.0	1.2	580
132	355S	250.0	94.0	0.86	6.8	1.1	1450
315	450M	585.0	95.2	0.87	6.5	1.0	3200

Способы управления и пуска

Пуск и управление двигателями 750 об/мин требуют особого внимания из-за их высокой мощности и инерции приводимых механизмов.

• Прямой пуск (DOL). Применяется для двигателей средней мощности при условии, что сеть и механическая передача выдерживают ударные токи и моменты. Наиболее простой и дешевый способ.
• Пуск переключением «звезда-треугольник». Актуален для двигателей, обмотки которых рассчитаны на работу в треугольнике при номинальном напряжении 380В. Снижает пусковой ток в 3 раза, но и пусковой момент также падает в 3 раза, что неприемлемо для механизмов с тяжелым пуском.
• Пуск с помощью устройств плавного пуска (УПП). Позволяет плавно наращивать напряжение на статоре, обеспечивая снижение пускового тока и управляемый разгон механизма. Оптимален для конвейеров, насосов, вентиляторов.
• Частотный преобразователь (ЧП). Наиболее технологичное решение. Обеспечивает плавный пуск, широкое регулирование скорости вниз и вверх от номинала, высокий КПД системы. Позволяет реализовать энергосберегающие алгоритмы управления для насосов и вентиляторов.
• Пуск в двигателях с фазным ротором. Осуществляется путем введения в цепь ротора ступеней пускового реостата или жидкостного реостата. Обеспечивает высокий пусковой момент при сниженном токе статора, что идеально для мельниц, дробилок, кранов.

Тенденции и современные требования

Современный рынок предъявляет к электродвигателям 750 об/мин жесткие требования:

• Повышение энергоэффективности. Переход на классы IE3 (Премиум) и IE4 (Суперпремиум) согласно МЭК 60034-30-1. Это достигается использованием улучшенных электротехнических сталей, оптимизацией магнитной системы, снижением воздушного зазора, применением медных стержней клетки ротора.
• Интеграция с системами мониторинга. Оснащение встроенными датчиками температуры, вибрации, что позволяет перейти от планово-предупредительного обслуживания к обслуживанию по фактическому состоянию (Predictive Maintenance).
• Адаптация к работе с частотными преобразователями. Конструктивная оптимизация для минимизации дополнительных потерь и предотвращения пробоя изоляции от перенапряжений на длинных кабелях.
• Унификация и взаимозаменяемость. Соответствие международным стандартам по установочным и присоединительным размерам (IEC, NEMA).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается двигатель на 750 об/мин от двигателя на 3000 об/мин той же мощности?

Двигатель на 750 об/мин (8 полюсов) имеет большие габариты и массу, больший номинальный момент (M_н = 9550

• P_н / n), более низкий коэффициент мощности и, как правило, более высокую стоимость. Его конструкция сложнее из-за большего числа катушек в обмотке статора.

Можно ли получить скорость 750 об/мин от частотного преобразователя на стандартном 4-полюсном двигателе (1500 об/мин)?

Да, можно, понизив выходную частоту ЧП до 25 Гц. Однако при этом снижается эффективность охлаждения собственного вентилятора двигателя, а крутящий момент на валу будет ограничен моментом двигателя на номинальной скорости (при условии U/f-управления). Для длительной работы на низких скоростях требуется двигатель с независимым вентилятором или завышение мощности.

Какой тип двигателя выбрать для привода шаровой мельницы: с короткозамкнутым или фазным ротором?

Для шаровых мельниц, характеризующихся высоким моментом инерции и тяжелыми условиями пуска под нагрузкой, исторически и технически обоснованно применяются двигатели с фазным ротором (АДФР). Пуск через роторный реостат позволяет развить высокий начальный момент при ограниченном пусковом токе. Однако современные системы на основе АДКЗ с тиристорными УПП или ЧП высокой мощности становятся альтернативой, но требуют тщательного расчета.

Почему у двигателей на 750 об/мин часто наблюдается более низкий cos φ?

Коэффициент мощности зависит от соотношения намагничивающего тока и активной составляющей тока нагрузки. У многополюсных двигателей больше магнитная индукция в зазоре и выше индуктивное сопротивление рассеяния, что приводит к увеличению реактивной составляющей тока, снижающей cos φ.

Каковы основные причины выхода из строя тихоходных электродвигателей?

• Перегрев обмоток из-за работы в режиме перегрузки, ухудшения условий охлаждения (загрязнение ребер), несбалансированного напряжения питания.
• Повреждение изоляции вследствие вибраций, перенапряжений (особенно при питании от ЧП), увлажнения.
• Износ подшипниковых узлов из-за несоосности, неправильной смазки, воздействия вибраций от рабочего механизма.
• Для АДФР: износ щеточного аппарата и контактных колец, загрязнение контактных колец графитовой пылью.

Как правильно выбрать систему охлаждения для двигателя 750 об/мин?

Выбор зависит от режима работы (S1, S2, S3…) и окружающей среды. Для двигателей мощностью до 160-200 кВт в сериях АИР обычно достаточно самовентиляции (IC 411). Для более мощных машин, а также для работы в режимах с переменной нагрузкой или на низких скоростях с ЧП, необходимо применение двигателей с независимым вентилятором (IC 416) или водяным охлаждением (IC 81W) для обеспечения стабильного теплоотвода независимо от скорости вращения.