Электродвигатели для насоса 735 об/мин

Электродвигатели для насосов с синхронной частотой вращения 735 об/мин: конструкция, подбор и эксплуатация

Электродвигатели с номинальной частотой вращения 735 об/мин представляют собой асинхронные машины с 8 полюсами, рассчитанные для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц. Данный тип привода является ключевым для центробежных насосов среднего и высокого напора, где требуется значительный крутящий момент при относительно невысокой скорости вращения рабочего колеса. Такие двигатели широко применяются в системах водоснабжения, ирригации, пожаротушения, циркуляционных системах ТЭЦ и АЭС, а также в нефтегазовой отрасли.

Конструктивные особенности и принцип действия

Двигатели на 735 об/мин (фактическая рабочая скорость при нагрузке обычно составляет 720-730 об/мин) являются асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором (АДКЗ). Синхронная скорость для 8-полюсной машины при 50 Гц рассчитывается по формуле: n = (60

• f) / p, где f=50 Гц, p=4 пары полюсов. Результат – 750 об/мин. Заявленная скорость 735 об/мин – это номинальная скорость при номинальной нагрузке с учетом скольжения (примерно 2-3%).

Конструктивно эти двигатели отличаются от высокооборотных моделей (3000 об/мин) увеличенными габаритами активных частей – статора и ротора. Больший диаметр и длина сердечника необходимы для размещения обмотки с большим числом катушек на полюс и фазу. Ротор чаще всего выполняется с литой алюминиевой или медной клеткой. Для двигателей повышенной мощности (свыше 200 кВт) может применяться ротор с двойной беличьей клеткой для улучшения пусковых характеристик. Из-за большего момента инерции и меньшей скорости, пусковые токи (Iпуск/Iном) у 8-полюсных двигателей, как правило, ниже, чем у 2- или 4-полюсных.

Ключевые параметры при подборе двигателя для насоса

Выбор электродвигателя для насоса с частотой 735 об/мин – критически важная задача, от которой зависит надежность и энергоэффективность всей системы.

1. Номинальная мощность (P_ном)

Мощность двигателя должна быть не менее мощности, потребляемой насосом на рабочей точке характеристики Q-H, с учетом возможных отклонений и запаса. Запас мощности (коэффициент резерва) регламентируется отраслевыми стандартами и зависит от типа насоса.

• Для центробежных насосов общего назначения: 10-15%.
• Для насосов, работающих с абразивными средами или при повышенных температурах: 15-20%.
• Для погружных насосов: до 20% и более, в зависимости от глубины и условий эксплуатации.

Примерный ряд мощностей и соответствующих параметров для двигателей 735 об/мин (напряжение 380В, 50 Гц)

Номинальная мощность, кВт	Номинальный ток (прибл.), А	КПД (η), % (IE2/IE3)	Коэффициент мощности (cos φ)	Пусковой ток (Iп/Iном)	Способ пуска (рекомендация)
11	22-24	88.5 / 90.5	0.80	6.5	Прямой пуск, звезда-треугольник
22	42-45	90.5 / 92.0	0.84	6.5	Звезда-треугольник, ЧРП
45	84-88	92.5 / 93.5	0.87	6.8	ЧРП, автотрансформаторный
75	138-145	93.5 / 94.5	0.88	7.0	ЧРП, автотрансформаторный
110	200-210	94.5 / 95.2	0.89	7.0	Только ЧРП
160	285-300	95.0 / 95.6	0.90	7.0	Только ЧРП

2. Класс энергоэффективности

Согласно международным стандартам IEC 60034-30-1 и российскому ГОСТ Р 54413-2011, для двигателей переменного тока установлены классы энергоэффективности: IE1 (стандартный), IE2 (повышенный), IE3 (премиум), IE4 (сверхпремиум). С 2021 года в ЕАЭС для двигателей мощностью 0.75-375 кВт обязателен класс не ниже IE3. Двигатели класса IE3 для насосов 735 об/мин имеют КПД на 1-3% выше, чем IE2, что при постоянной работе приводит к существенной экономии электроэнергии.

3. Степень защиты (IP) и климатическое исполнение

• IP55: Стандарт для насосных агрегатов, устанавливаемых в помещениях. Защита от пыщи и струй воды со всех направлений.
• IP56/IP65: Для установок на открытом воздухе или в условиях повышенной влажности и запыленности.
• IP67/IP68: Для погружных электродвигателей, непосредственно работающих в жидкой среде.
• Климатическое исполнение: У1 для умеренного климата, УХЛ1 для холодного, Т1 для тропического. Важно учитывать температуру окружающей среды, так как она влияет на выбор системы охлаждения.

4. Способ монтажа (исполнение по IM)

Наиболее распространенные исполнения для насосов:

• IM 1001: На лапах, с одним цилиндрическим концом вала.
• IM 3001: На лапах, с двумя цилиндрическими концами вала (для подключения датчиков или второго агрегата).
• IM B3, B5, B35: Фланцевое крепление. B5 – с фланцем на подшипниковом щите, распространено для моноблочных насосных агрегатов.
• IM V5, V6: Вертикальное исполнение для вертикальных насосов.

5. Система охлаждения

• IC 411: Двигатель с самовентиляцией (крыльчатка на валу). Наиболее распространенный тип.
• IC 416: Принудительное независимое охлаждение (отдельный вентилятор с собственным двигателем). Применяется для режимов работы с переменной скоростью (ЧРП), когда собственной вентиляции недостаточно на низких оборотах.

Специфика работы с частотно-регулируемым приводом (ЧРП)

Использование ЧРП для управления насосами 735 об/мин является стандартом для современных энергоэффективных систем. Это позволяет точно поддерживать давление/расход и экономить энергию. Однако это накладывает дополнительные требования к двигателю:

• Изоляция обмотки: Должна быть рассчитана на работу с импульсным напряжением от ШИМ-инвертора. Рекомендуется изоляция класса F или H с пропиткой, стойкой к частичным разрядам.
• Смазка подшипников: При работе на низких оборотах (<20% от номинала) классическая консистентная смазка может не обеспечивать надежную смазку качения. Требуется использование специальных смазок или подшипников с принудительной подачей масла.
• Демпфирование токов выравнивания (bearing currents): Для двигателей мощностью свыше 100 кВт обязательна установка изолированных подшипников или токосъемных щеток для предотвращения протекания паразитных токов через подшипники, ведущих к их электроэрозионному разрушению.
• Охлаждение: При длительной работе на скорости менее 700 об/мин требуется двигатель с независимым вентилятором (IC 416).

Методы пуска и защиты

Выбор способа пуска определяется возможностями питающей сети (допустимый бросок тока) и механическими требованиями насоса (плавность набора скорости).

• Прямой пуск: Прост и дешев, но вызывает броски тока в 5-7 раз выше номинального. Применим для двигателей малой и средней мощности при достаточной мощности сети.
• Пуск «звезда-треугольник»: Снижает пусковой ток в 3 раза, но и пусковой момент также падает в 3 раза. Подходит для насосов с вентиляторной характеристикой момента, где момент сопротивления низок на низких оборотах.
• Автотрансформаторный пуск: Позволяет плавно регулировать напряжение на зажимах двигателя при пуске, снижая ток. Более дорогой и громоздкий способ.
• Частотный пуск (ЧРП): Наиболее технологичный метод. Обеспечивает плавный разгон с минимальным пусковым током (не более 100-150% I_ном) и оптимальным моментом. Является предпочтительным для мощных двигателей (свыше 75 кВт).

Защита двигателя обеспечивается комплексом устройств: тепловые реле или электронные защитные реле (от перегрузки, обрыва фазы, несимметрии), устройства плавного пуска или ЧРП со встроенной защитой, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем (от КЗ).

Техническое обслуживание и диагностика

Плановое ТО двигателей для насосов включает:

• Контроль вибрации на подшипниковых узлах. Для двигателей 735 об/мин допустимый уровень вибрации обычно не должен превышать 2.8 мм/с (по ГОСТ ISO 10816-3).
• Измерение температуры подшипников и статора (термометрия или термография). Превышение температуры указывает на перегрузку, износ подшипников или ухудшение условий охлаждения.
• Контроль состояния изоляции обмоток (измерение сопротивления мегомметром на 500-2500 В). Сопротивление изоляции должно быть не менее 1 МОм на 1 кВ номинального напряжения.
• Чистка систем вентиляции и наружных поверхностей от пыли и грязи.
• Через 15-20 тыс. часов работы – замена смазки в подшипниках качения в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель на 735 об/мин от двигателя на 750 об/мин?

Это один и тот же двигатель. 750 об/мин – это синхронная скорость для 8-полюсной машины. 735 об/мин – это асинхронная (рабочая) номинальная скорость с учетом скольжения (примерно 2%). В паспорте и на шильдике указывается именно рабочая скорость – 735 об/мин (или близкое значение, например, 730 об/мин).

Можно ли использовать двигатель 735 об/мин с частотным преобразователем для получения другой скорости?

Да, это основной способ регулирования производительности насоса. Важно помнить о ограничениях: не рекомендуется длительная работа на скорости ниже 20-30% от номинала (из-за ухудшения охлаждения), и выше 50-60 Гц (из-за механических ограничений ротора и подшипников). Для каждого конкретного двигателя и насоса рабочий диапазон частот должен быть согласован со специалистами.

Какой класс изоляции необходим для двигателя насоса, работающего в паре с ЧРП?

Минимально допустимый класс – F. Рекомендуемый класс – H. Это связано с повышенными электрическими нагрузками на изоляцию из-за высокочастотных составляющих в выходном напряжении ЧРП. Современные двигатели для работы с ЧРП имеют систему изоляции с повышенной стойкостью к частичным разрядам (инверторного исполнения).

Почему для мощных насосов с двигателями 735 об/мин рекомендуется именно частотный пуск, а не «звезда-треугольник»?

Пуск «звезда-треугольник» хотя и снижает ток, создает два момента коммутационных броска тока (при переключении со звезды на треугольник). Для мощных двигателей эти броски все равно значительны и создают механический удар на соединении «двигатель-насос» и гидравлический удар в трубопроводе. ЧРП обеспечивает максимально плавный и управляемый разгон без коммутационных перенапряжений, что продлевает срок службы всего агрегата.

Как правильно подобрать мощность двигателя для уже имеющегося насоса?

Необходимо снять фактические параметры в рабочей точке: ток двигателя (по всем фазам), напряжение, коэффициент мощности. Фактическую потребляемую мощность можно рассчитать по формуле: P = √3 U I

• cos φ. Мощность двигателя должна превышать это значение на коэффициент запаса (10-20% в зависимости от условий). Также необходимо свериться с характеристикой насоса (Q-H кривой), где указана требуемая мощность на валу.

Каковы основные причины выхода из строя таких двигателей в насосных установках?

• Перегрузка по току: Неправильный подбор мощности, работа насоса вне рабочей зоны, заклинивание рабочего колеса.
• Влага и сырость: Проникновение влаги в обмотку при хранении или эксплуатации, ведущее к снижению сопротивления изоляции и межвитковому замыканию.
• Износ подшипников: Из-за вибрации, неправильной центровки с насосом, отсутствия или старения смазки, действия токов выравнивания (при работе с ЧРП).
• Несимметрия напряжения питающей сети: Разница напряжений по фазам более 1% вызывает значительный перегрев обмоток.