КАК УМЕНЬШИТЬ ОБОРОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Далеко не всегда бытовое или промышленное оборудование должно работать на максимальных оборотах. Например, в системах вентиляции иногда необходимо уменьшить скорость вращения лопастей, чтобы снизить уровень шума, а в конвейерных линиях требуется регулировать скорость подачи продукции. Оглядываясь на то, сколько стоит асинхронный двигатель и электроэнергия, нам как никогда важно научиться контролировать частоту вращения, чтобы оборудование работало оптимально, не перегревалось, не так быстро изнашивалось и не расходовало больше энергии, чем нужно.
Существует несколько способов как уменьшить обороты электродвигателя — они различаются по принципу действия, эффективности и применимости к разным типам моторов. Одни позволяют плавно изменять скорость вращения, другие — переключаться между фиксированными значениями, а некоторые механически уменьшают обороты, сохраняя мощность, но не дают гибкости в управлении. В этой статье мы рассмотрим 3 основных метода, как уменьшить число оборотов электродвигателя, разберем достоинства и недостатки каждого метода, а также объясним, в каких случаях их применение оправдано.
Как формируются обороты асинхронного двигателя: обьяснение от “Первой редукторной компании”
Когда мы включаем 3х фазный асинхронный двигатель, ротор начинает вращаться, но скорость не является фиксированной. Она зависит от нескольких факторов, которые можно рассчитать.
Формула, определяющая скорость вращения ротора, выглядит так:
n = (60 * f) / p * (1 - S)
Здесь n — это количество оборотов ротора в минуту;
f — частота питающего напряжения в герцах;
p — количество пар полюсов в статоре;
S — скольжение, то есть разница между скоростью магнитного поля статора и реальной скоростью ротора.
Проще говоря, скорость вращения ротора определяется тем, насколько быстро создаётся вращающееся магнитное поле в статоре и насколько эффективно ротор догоняет его.
Отсюда можно сделать вывод, что на скорость работы асинхронного двигателя можно повлиять, изменяя:
- Частоту питания (f) – чем ниже частота тока, тем меньше обороты.
- Количество полюсов статора (p) – если увеличить это значение, скорость вращения ротора уменьшится.
- Скольжение (s) – этот параметр можно регулировать, но в ограниченных пределах.
В этом и состоит ответ на вопрос как можно регулировать обороты электродвигателя: нужно управлять одним из этих параметров. Можно снизить частоту питающего тока, изменить конструкцию агрегата (например, использовать модель с большим количеством полюсов) или поиграть со скольжением, но последний метод даёт минимальный эффект. Именно поэтому для регулирования оборотов чаще всего применяют частотные преобразователи, которые позволяют гибко управлять частотой питающего напряжения.
Частотный преобразователь: как это работает и зачем он нужен
Это универсальный способ, как уменьшить скорость вращения электродвигателя, который используется в большинстве задач.
Частотный преобразователь изменяет частоту питающего напряжения, а вместе с ней — скорость вращения магнитного поля статора, которое и «тащит» за собой ротор.
Как это применяется на практике:
- Системы вентиляции: регулировка скорости вентиляторов в зависимости от потребности в воздухообмене.
- Насосы: управление подачей воды или другой жидкости без резких скачков давления.
- Конвейеры: возможность плавного изменения скорости ленты для адаптации к разным производственным процессам.
В станках частотный привод вообще незаменим. Например, в токарных и фрезерных станках нужно точное управление скоростью, чтобы подбирать её под материал, режущий инструмент и глубину обработки.
Какие преимущества даёт частотный преобразователь?
Во-первых, плавную регулировку скорости без механических потерь.
Во-вторых, он уменьшает пусковые токи. Когда двигатель включается напрямую в сеть, он потребляет ток, который может в 5-7 раз превышать номинальный. Это создаёт перегрузки для электросети и быстрее изнашивает устройство. Благодаря управлению частотником запуск идёт мягко, без резких скачков.
В-третьих, даёт возможность работать в широком диапазоне частот. Например, если стандартный мотор рассчитан на 50 Гц и 3000 об/мин, то с преобразователем можно снизить частоту до 20 Гц, получив около 1000 об/мин, или повысить до 60 Гц и разогнать его ещё сильнее (если это позволяет конструкция).
Какие есть недостатки
Преобразователи — это сложная электроника, которая стоит недёшево. Но во многих случаях они быстро окупаются.
Второй минус — при неправильной настройке ЧП может создавать помехи в сети. Приходится использовать специальные фильтры для защиты электроники.
И еще одно: если вы интересуетесь, как уменьшить обороты двигателя 220 В, то частотній регулятор вам не подходит. Такой мотор запускается с помощью пусковой обмотки и конденсатора, и изменение частоты питания может нарушить нормальный пуск и работу. Кроме того, многие асинхронные однофазные электромоторы не предназначены для работы с переменной частотой и могут перегреваться или терять стабильность при снижении оборотов. Поэтому в бытовых и небольших промышленных установках для однофазных двигателей чаще используют регулировку напряжения или механические редукторы.
Механический редуктор: простой способ снизить обороты и увеличить мощность
Редуктор — это способ, как уменьшить обороты на электродвигателе, когда сам мотор продолжает работать в штатном режиме. Он не вмешивается в электрику, не требует сложной настройки и работает исключительно за счёт зубчатых передач.
Как это работает?
Двигатель вращает входной вал редуктора, а внутри — система шестерёнок, которые передают движение, но с другой скоростью.
Подробная инструкция к тому, как соединить валы редуктора и электродвигателя, есть в нашем блоге.
Чем больше передаточное число редуктора, тем медленнее вращается выходной вал, но при этом возрастает крутящий момент редуктора и мотора.
Например, если силовой агрегат выдаёт 1500 об/мин, а нужен 100 об/мин, ставят редуктор с передаточным числом 1:15 — и всё, задача решена.
Где применяется?
- В конвейерах, где нужно медленное, но стабильное движение.
- В мешалках, где важен высокий крутящий момент для перемешивания вязких веществ.
- В станках и механизмах, которым нужно мощное, но плавное движение.
Важный плюс — это способ, как уменьшить обороты электродвигателя 220 В, которые сложнее регулировать электронными методами.
Еще не надо менять электросхему, мотор крутится быстро, а редуктор передаёт это движение с большим усилием.
Минусы: обороты заданы механикой, быстро не поменяешь. Плюс, редуктор отнимает часть мощности на работу зубчатых передач.
Вывод: редуктор – один из самых простых и надёжных способов уменьшить обороты одно- и трёхфазных агрегатов, если требуется фиксированная скорость вращения и высокая тяга.
Ступенчатый способ: как регулировать обороты электродвигателя меняя число полюсов статора
Асинхронные двигатели могут иметь несколько обмоток, каждая из которых формирует разное число пар полюсов. Если переключать обмотки, можно изменять скорость вращения. Например, двухскоростной мотор может работать либо на 3000 об/мин, либо на 1500 об/мин.
Метод используется там, где необходимо иметь два или три фиксированных режима работы мотора. Например:
- В системах вентиляции с режимами «сильный» и «слабый» обдув.
- В деревообрабатывающих станках, где для черновой обработки требуется высокая скорость, а для чистовой – более низкая.
- В промышленных насосах, работающих в разных режимах.
Чтобы понизить обороты электродвигателя, не нужно ЧП или иные электронные устройства, достаточно простого переключателя или контакторов. Это снижает стоимость системы и упрощает её обслуживание.
Поскольку нет сложных электронных компонентов, мотор меньше подвержен поломкам. И он работает в одном из заранее предусмотренных режимов, не расходуя лишнюю электроэнергию на поддержание ненужных высоких оборотов.
Минусы:
- Обороты можно менять только между заранее предусмотренными значениями (например, 3000 и 1500 об/мин). Если нужно что-то промежуточное, этот метод не подойдёт.
- Обычные асинхронные агрегаты не поддерживают переключение полюсов, поэтому придётся приобретать особую модель, которая стоит дороже стандартных.
То есть этот метод хорош, когда нет, чем регулировать обороты электродвигателя, нужно надёжное и простое решение для работы в фиксированных режимах, но он не подходит, если требуется плавное регулирование скорости.
Другие методы
Существуют и другие способы, например реостатное регулирование (регулировка скольжения) для фазных двигателей или управление напряжением через автотрансформатор. Однако они менее эффективны, дают значительные потери энергии и применяются реже.