Электродвигатели переменного тока 110 кВт

Электродвигатели переменного тока мощностью 110 кВт: технические характеристики, конструкция и применение

Электродвигатели переменного тока мощностью 110 кВт (≈150 л.с.) представляют собой серийную, широко распространенную группу электрических машин, занимающую промежуточное положение между двигателями средней и большой мощности. Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в промышленности благодаря оптимальному балансу между выходной мощностью, массогабаритными показателями, стоимостью и областью применения. Двигатели на 110 кВт используются в качестве основного привода для насосных, вентиляторных, компрессорных установок, конвейерных линий, смесителей, дробильного оборудования и других механизмов с непрерывным и тяжелым режимом работы.

Классификация и основные типы

Двигатели мощностью 110 кВт классифицируются по ряду ключевых параметров, определяющих их конструктивное исполнение и рабочие характеристики.

• По типу питающей сети и принципу действия:
  • Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) – абсолютно преобладающий тип для данной мощности. Обладают простотой конструкции, высокой надежностью и низкими эксплуатационными затратами. Пуск осуществляется прямым подключением к сети (прямой пуск) или через устройства плавного пуска.
  • Асинхронные двигатели с фазным ротором (АДФР) – применяются реже, в основном для приводов с тяжелыми условиями пуска (дробилки, мельницы, краны). Позволяют вводить в цепь ротора пусковые резисторы для снижения пускового тока и увеличения пускового момента.
  • Синхронные двигатели – используются в случаях, когда требуется поддержание постоянной скорости вращения независимо от нагрузки, либо для компенсации реактивной мощности в сети (двигатели с возбуждением от постоянного тока).
• По степени защиты (IP):
  • IP54, IP55 – стандарт для большинства промышленных применений. Защита от пыли и водяных струй.
  • IP23 – защищенные двигатели для установки в чистых, сухих помещениях.
  • IP65, IP66 – пыленепроницаемое и струезащищенное исполнение для агрессивных и влажных сред.
  • Взрывозащищенное исполнение (Ex d, Ex e, Ex nA и др.) – для работы во взрывоопасных зонах (химическая, нефтегазовая промышленность).
• По способу монтажа (IM):
  • IM 1001, IM 1002 – на лапах с одним или двумя цилиндрическими концами вала.
  • IM 3001, IM 3003 – фланцевое крепление.
  • IM 2001, IM 2003 – комбинированное крепление (лапы + фланец).
• По классу энергоэффективности (МЭК 60034-30-1):
  • IE1 (Standard Efficiency) – устаревший класс, производство в РФ для данной мощности в основном прекращено.
  • IE2 (High Efficiency) – базовый стандарт.
  • IE3 (Premium Efficiency) – обязательный класс для новых двигателей, вводимых в эксплуатацию в большинстве развитых стран и РФ (согласно ТР ТС 004/2011, 016/2011).
  • IE4 (Super Premium Efficiency) – высший класс, представленный на рынке, обеспечивающий минимальные эксплуатационные потери.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция асинхронного двигателя 110 кВт является классической, но с применением материалов, рассчитанных на значительные электромагнитные и механические нагрузки.

• Статор: Сердечник набирается из изолированных листов электротехнической стали для снижения потерь на вихревые токи. Обмотка выполняется из медного изолированного провода с термостойкостью класса F (155°C) или H (180°C), что позволяет работать при температуре окружающей среды +40°C с запасом по нагреву. Пропитка обмоток производится термореактивными компаундами методом вакуумно-нагнетательной пропитки (VPI) для улучшения теплоотвода, механической прочности и защиты от влаги.
• Ротор (для АДКЗ): Сердечник также шихтованный. «Беличья клетка» отливается под давлением из алюминиевых сплавов (для стандартных исполнений) или меди (для двигателей повышенной эффективности IE3/IE4). Медная клетка имеет меньшее активное сопротивление, что снижает потери и повышает КПД.
• Корпус и охлаждение: Корпус, как правило, чугунный (реже – сварной стальной). Для двигателей 110 кВт стандартным является самовентилируемое исполнение IC 411 (с наружным вентилятором на валу, закрытым кожухом). При необходимости работы на низких скоростях или в условиях сильного загрязнения применяется независимое охлаждение IC 416 (с отдельным мотор-вентилятором).
• Подшипниковые узлы: Используются роликовые или шариковые подшипники качения средних или тяжелых серий (например, 6314, 6316, NU316). Со стороны привода часто устанавливается сдвоенный подшипник для восприятия радиальной и осевой нагрузки. Узел снабжен маслонаполненной камерой (картриджем) или имеет устройства для повторной смазки.
• Клеммная коробка: Имеет увеличенные размеры для удобства подключения кабелей большого сечения. Располагается, как правило, в верхней части корпуса, с возможностью поворота на 90° или 180°. Ввод кабеля – через сальниковые вводы или резьбовые отверстия.

Основные технические параметры и характеристики

Для двигателей 110 кВт ключевые параметры стандартизированы, но могут варьироваться в зависимости от производителя и конкретного исполнения.

Таблица 1. Типовые параметры асинхронных двигателей 110 кВт (50 Гц, 3000 об/мин, IE3)

Параметр	Значение / Диапазон	Примечание
Номинальная мощность, PN	110 кВт
Синхронная частота вращения	3000 об/мин (2p=2) 1500 об/мин (2p=4) 1000 об/мин (2p=6) 750 об/мин (2p=8)	Наиболее распространены 1500 и 3000 об/мин
Номинальное напряжение	~400 В (380-415 В), 50 Гц ~690 В, 50 Гц	Исполнение на 690 В снижает ток в линии
Номинальный ток, IN	~200 А (для 400 В) ~115 А (для 690 В)	Точное значение зависит от КПД и cos φ
Коэффициент мощности, cos φ	0.85 – 0.89	Улучшается с увеличением числа полюсов
КПД (класс IE3), η	94.5% – 95.4%	Для 1500 об/мин – ~95.0%
Пусковой ток, Ia/IN	7.0 – 8.5	Требует проверки возможностей питающей сети
Пусковой момент, Ma/MN	2.0 – 2.5
Максимальный момент, Mmax/MN	2.5 – 3.2
Масса	650 – 900 кг	Зависит от габарита, материала корпуса, исполнения
Уровень звуковой мощности, Lw	95 – 105 дБ(А)	Требует средств защиты органов слуха

Выбор и особенности подключения

Выбор двигателя 110 кВт требует комплексного анализа условий эксплуатации и параметров сети.

• Напряжение питания: При наличии сети 690 В предпочтительнее выбирать двигатель на это напряжение. Это позволяет снизить номинальный ток в 1.73 раза, что уменьшает сечение питающих кабелей, нагрузку на коммутационную аппаратуру и потери в линии.
• Режим работы (S1 – S10 по ГОСТ Р МЭК 60034-1): Для 110 кВт наиболее типичен продолжительный режим S1. Для циклических нагрузок (краны, прессы) необходим расчет эквивалентной мощности и выбор по режиму S3-S5.
• Климатическое исполнение и категория размещения: Указываются по ГОСТ 15150 (например, У3 для умеренного климата в закрытых помещениях).
• Способ пуска: Прямой пуск двигателя 110 кВт приводит к броску тока 700-900 А (для 400 В), что может быть недопустимо для сети. Часто требуется применение:
  • Устройств плавного пуска (УПП): Ограничивают пусковой ток (обычно до 2.5-4 I_N).
  • Частотных преобразователей (ЧП): Обеспечивают плавный пуск, регулирование скорости и экономию энергии. Для двигателя 110 кВт требуется ЧП с номинальным током не менее 200-210 А (для 400 В).
  • Пускателей переключением «звезда-треугольник»: Применимо только для двигателей, обмотки которых рассчитаны на работу в сети 400 В в соединении «треугольник». Пусковой ток снижается примерно в 3 раза, но и пусковой момент падает в 3 раза, что подходит только для механизмов с вентиляторным моментом (насосы, вентиляторы).
• Защита: Обязательна установка аппаратов защиты от короткого замыкания (автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем) и от перегрузки (тепловое реле или электронная защита в УПП/ЧП). Для двигателей 110 кВт часто применяются силовые предохранители в сочетании с контактором и тепловым реле.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Эксплуатация двигателей данной мощности требует соблюдения регламентных работ.

• Монтаж: Установка на жесткое, выверенное по горизонтали основание. Обязательная центровка с рабочим механизмом с использованием лазерного или индикаторного оборудования. Допустимое биение при неправильной центровке не должно превышать 0.05 мм.
• Контроль при пуске и работе: Измерение сопротивления изоляции обмоток (мегаомметром на 1000 В, значение не менее 1 МОм с учетом температуры). Контроль вибрации на подшипниковых узлах (среднеквадратичное значение скорости вибрации не должно превышать 2.8 мм/с для новых двигателей). Мониторинг температуры подшипников и статора (встроенные датчики PT100 или терморезисторы PTC).
• Плановое ТО: Включает очистку от загрязнений, проверку состояния клеммных соединений, замену смазки в подшипниках (тип и периодичность – по паспорту, обычно через 8-10 тыс. часов работы). Контроль зазоров в подшипниках качения.
• Ремонт: Капитальный ремонт с перемоткой статора экономически оправдан для двигателей 110 кВт, особенно классов IE3 и выше, так как стоимость новой обмотки составляет 25-40% от стоимости нового двигателя.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какой кабель выбрать для подключения двигателя 110 кВт к сети 400 В?

Номинальный ток двигателя ~200 А. Для одиночного проложенного кабеля с медными жилами в PVC/XLPE изоляции, при прокладке в воздухе (кабельный лоток), сечение должно быть не менее 70 мм² (допустимый ток ~210 А). Для гарантированного запаса и учета условий прокладки (группа, температура) часто выбирают сечение 95 мм². Обязателен расчет по потере напряжения и току короткого замыкания. Для 690 В сечение будет 35-50 мм².

2. Можно ли использовать двигатель 110 кВт с частотным преобразователем?

Да, это распространенная практика. Необходимо выбрать ЧП с номинальным выходным током не менее 110-115% от номинального тока двигателя (для 400 В: 200 А

• 1.15 = 230 А). Рекомендуется использовать двигатель с изоляцией обмоток, усиленной для работы с ЧП (с инверторным лаковым покрытием), или установить выходной синус-фильтр/дроссель для снижения влияния быстрых фронтов напряжения (du/dt) на изоляцию.

3. Что выгоднее: двигатель IE3 или IE2 с частотным преобразователем?

Экономический расчет зависит от режима работы. Если привод работает постоянно с номинальной или близкой к ней нагрузкой (насос, вентилятор с постоянным расходом), то двигатель IE3 без ЧП будет наиболее выгодным решением по капитальным затратам. Если же нагрузка переменная и требуется регулирование скорости, то установка ЧП с двигателем IE2 (или IE3) может дать значительную экономию электроэнергии (до 30-50% для насосно-вентиляторных нагрузок), окупив стоимость преобразователя за 1-3 года.

4. Как часто нужно менять смазку в подшипниках и какую использовать?

Периодичность смены смазки указывается в паспорте двигателя и составляет обычно 8000-10000 часов работы. Для двухполюсных двигателей (3000 об/мин) интервал может быть меньше. Используются консистентные пластичные смазки на литиевой или комплексной литиевой основе (например, Mobilith SHC 100, Shell Gadus S2 V100). Количество смазки строго дозируется – пересмазка так же вредна, как и недостаток, так как приводит к перегреву подшипника.

5. Почему при пуске двигателя срабатывает защита от перегрузки по току, хотя механизм вращается свободно?

Вероятные причины: 1) Снижение напряжения в сети при пуске (просадка) приводит к увеличению времени разгона и времени протекания высокого пускового тока. 2) Неправильная настройка уставок тепловой защиты (занижено время срабатывания или завышена уставка по току). 3) Обрыв одной фазы в цепи статора (двигатель не запустится, будет гудеть). 4) Межвитковое замыкание в обмотке статора, приводящее к увеличению тока в поврежденной фазе. Требуется диагностика.

6. Каков средний срок службы двигателя 110 кВт?

При соблюдении условий эксплуатации, нормативных нагрузок и графика ТО, срок службы до капитального ремонта (перемотки) асинхронного двигателя 110 кВт составляет 15-25 лет или 40-60 тысяч часов наработки. Критическим фактором является температура перегрева обмоток: каждые 10°C сверх номинала сокращают срок службы изоляции примерно вдвое.