Электродвигатели 22 кВт 735 об/мин

Электродвигатели 22 кВт 735 об/мин: технические характеристики, сферы применения и особенности выбора

Электродвигатели мощностью 22 кВт с синхронной частотой вращения 750 об/мин (а фактической, при номинальной нагрузке, около 735 об/мин) представляют собой широко распространенный класс асинхронных машин общего промышленного назначения. Данные двигатели относятся к полюсности 8/4 (для частоты сети 50 Гц: n = 60*f/p, где p=8/2=4 пары полюсов, что дает 1500/2=750 об/мин). Фактическая скорость при нагрузке (скольжение s) составляет обычно 2-3%, что соответствует 730-735 об/мин. Они находят применение в приводах насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров, смесителей и другого оборудования, требующего высокого крутящего момента при относительно низкой скорости вращения.

Конструктивные особенности и типы исполнения

Электродвигатели 22 кВт 735 об/мин производятся в различных конструктивных исполнениях по ГОСТ и IEC, определяющих способ монтажа, наличие и тип фланцев, положение коробки выводов.

• По способу монтажа (IM):
  • IM 1081 (лапы, без фланца) – наиболее распространенное исполнение для горизонтального монтажа на раме или фундаменте.
  • IM 2081 (лапы с фланцем на подшипниковом щите) – комбинированное крепление, часто используется в насосных агрегатах.
  • IM 3031 (фланец на станине) – вертикальный монтаж, типичен для вентиляторов и специальных установок.
  • IM 1001 (лапы, два свободных конца вала) – для приводов, требующих передачи мощности в две стороны.
• По степени защиты (IP):
  • IP54 – защита от пыли и брызг воды. Стандарт для большинства промышленных помещений.
  • IP55 – защита от струй воды. Для условий повышенной влажности и наружной установки под навесом.
  • IP65 – полная защита от пыли и струй воды. Для агрессивных и пыльных сред.
• По способу охлаждения (IC):
  • IC 411 – двигатель с самовентиляцией (крыльчатка на валу). Наиболее распространенный тип.
  • IC 416 – двигатель с принудительным охлаждением (независимый вентилятор). Используется для режимов с частыми пусками или работой на низких скоростях.
• По климатическому исполнению: УХЛ4 (для умеренного и холодного климата), Т2 (для тропического).

Основные технические параметры и характеристики

Номинальные параметры двигателя 22 кВт, 735 об/мин при питании 400 В, 50 Гц, могут варьироваться в зависимости от производителя и КПД.

Таблица 1. Сравнительные параметры двигателей 22 кВт 735 об/мин с разными классами КПД

Параметр	Класс КПД IE1 (Стандартный)	Класс КПД IE2 (Повышенный)	Класс КПД IE3 (Высокий)	Класс КПД IE4 (Сверхвысокий)
Номинальная мощность, PN	22 кВт
Синхронная скорость, ns	750 об/мин
Номинальная скорость, nN	730-735 об/мин
Номинальный КПД, η	~90.1%	~91.4%	~93.0%	~94.5%
Номинальный ток, IN (400В, 50Гц)	~42.5 А	~41.8 А	~40.5 А	~39.8 А
Коэффициент мощности, cos φ	~0.83	~0.84	~0.86	~0.87
Пусковой ток, Ia/IN	6.0 — 7.5 (зависит от конструкции)
Пусковой момент, Ma/MN	~1.8	~1.7	~2.0	~2.1
Максимальный момент, Mmax/MN	~2.4	~2.3	~2.5	~2.6
Масса (примерно)	~190 кг	~200 кг	~210 кг	~230 кг

Расчет номинального момента и выбор защитной аппаратуры

Номинальный вращающий момент на валу двигателя рассчитывается по формуле: M_N = 9550

• P_N / n_N, где P_N – мощность в кВт, n_N – скорость в об/мин.

Для двигателя 22 кВт при 735 об/мин: M_N = 9550

• 22 / 735 ≈ 286 Н·м. Этот параметр критически важен для проверки возможности пуска механизма.

Выбор защитной и коммутационной аппаратуры основывается на номинальном токе. Для двигателя IE3 (I_N ≈ 40.5 А):

• Автоматический выключатель (тепловой расцепитель): I_расц = (1.1-1.25)*I_N ≈ 45-51 А. Выбирается стандартное значение, например, 50 А. Характеристика срабатывания – D (для высоких пусковых токов).
• Контактор: Номинальный ток катушки контактора выбирается на ступень выше I_N, обычно 50-63 А (AC-3).
• Тепловое реле (если используется): Уставка регулируется в диапазоне, включающем I_N (40.5 А).
• Сечение кабеля: При прокладке в воздухе (например, кабель ВВГнг) сечение выбирается по току и условиям прокладки. Для I_N=40.5 А минимальное сечение 10 мм² (допустимый ток ~50 А). С учетом длины линии, пусковых токов и требований к падению напряжения часто выбирают сечение 16 мм².

Способы пуска и системы управления

Прямой пуск (DOL) для двигателей 22 кВт допустим при соответствующей мощности питающего трансформатора и отсутствии жестких ограничений по пусковому току (в 6-7 раз выше номинального). В противном случае применяют схемы плавного пуска:

• Пуск «звезда-треугольник» (Star-Delta): Эффективно снижает пусковой ток (в ~3 раза от тока при прямом пуске в треугольнике). Однако пусковой момент также снижается в 3 раза, что неприемлемо для механизмов с высоким моментом сопротивления. Подходит для центробежных насосов и вентиляторов.
• Устройство плавного пуска (УПП, Soft Starter): Позволяет плавно наращивать напряжение на обмотках, обеспечивая контроль тока и момента. Идеально для конвейеров, компрессоров, где необходим плавный разгон без рывков.
• Частотный преобразователь (ЧП, VFD): Наиболее технологичное решение. Обеспечивает не только плавный пуск и останов, но и широкое регулирование скорости вниз и вверх от номинальной (735 об/мин). Для двигателя 22 кВт выбирается преобразователь мощностью 22 кВт или, для надежности, 30 кВт. Позволяет значительно экономить электроэнергию в насосно-вентиляторном оборудовании.

Области применения и подбор на конкретный механизм

Двигатели 22 кВт 735 об/мин используются в следующих основных типах оборудования:

• Насосное оборудование: Центробежные насосы для водоснабжения, орошения, циркуляции в системах отопления и охлаждения. Требуется проверка по моменту: для центробежных насосов момент сопротивления пропорционален квадрату скорости, поэтому пуск часто не представляет сложности.
• Вентиляционное оборудование: Радиальные и осевые вентиляторы большой производительности. Аналогично насосам, имеют вентиляторную характеристику момента.
• Компрессорное оборудование: Поршневые и винтовые компрессоры. Для поршневых компрессоров характерен высокий пусковой момент, что требует применения УПП или прямого пуска при достаточной мощности сети.
• Конвейеры и транспортеры: Ленточные, цепные, винтовые конвейеры. Требуется высокий пусковой момент для преодоления инерции груженой ленты. Обязателен расчет момента и выбор соответствующей системы пуска (часто УПП или ЧП).
• Смесители и мешалки: Для перемешивания жидкостей, сыпучих материалов. Характер нагрузки зависит от вязкости среды.

При подборе необходимо выполнить проверку по мощности и моменту. Мощность двигателя должна быть не менее мощности на валу рабочей машины с запасом 10-15%. Особое внимание – графику нагрузки: для постоянной нагрузки подходит двигатель S1, для повторно-кратковременных режимов – S3, S4, S5 с указанием ПВ% (продолжительности включения).

Тенденции рынка и энергоэффективность

Согласно директивам МЭК и национальным стандартам (в РФ – ГОСТ Р 54413.1-2014), двигатели мощностью 7.5-375 кВт, включая 22 кВт, должны соответствовать классу КПД не ниже IE3 (или IE2 при использовании с частотным преобразователем). Двигатели IE4 на основе технологий синхронного reluctance-эффекта или постоянных магнитов становятся новым стандартом для задач с высокой наработкой часов, где экономия электроэнергии окупает их более высокую стоимость. Выбор двигателя высшего класса КПД (IE4) для установки, работающей 8000 часов в год, может дать экономию несколько тысяч кВт*ч ежегодно по сравнению с двигателем IE1.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается двигатель на 735 об/мин от двигателя на 1500 об/мин той же мощности?

Двигатель на 735 об/мин (4 полюса) имеет в два раза больше пар полюсов, чем двигатель на 1500 об/мин (2 полюса). Следовательно, при той же мощности, низкооборотный двигатель развивает в два раза больший номинальный крутящий момент (M_N ≈ 286 Н·м для 22 кВт/735 об/мин против ~140 Н·м для 22 кВт/1475 об/мин). Он конструктивно больше, тяжелее и, как правило, дороже. Выбор определяется требованием механизма: для насосов и вентиляторов часто можно использовать оба варианта, подобрав соответствующий редуктор или рабочее колесо, а для прямого привода смесителя или конвейера, требующего высокого момента на низких оборотах, выбор в пользу 735 об/мин очевиден.

Можно ли использовать двигатель 22 кВт/735 об/мин с частотным преобразователем?

Да, большинство современных асинхронных двигателей общего назначения пригодны для работы с ЧП. Однако для длительной работы на низких скоростях (менее 20-25 Гц при самовентиляции IC 411) требуется независимое охлаждение (IC 416), так как собственная крыльчатка на валу становится неэффективной. Также при использовании с ЧП рекомендуется двигатель с усиленной изоляцией обмоток (например, с лаковым покрытием, стойким к частичным разрядам), чтобы противостоять высокочастотным перенапряжениям от ШИМ-сигнала преобразователя.

Как определить, что двигатель перегружен?

Основной признак – потребляемый ток, превышающий номинальный, указанный на шильдике. Регулярные срабатывания тепловой защиты также указывают на перегруз. Косвенные признаки: повышенный нагрев корпуса (более 70-80°C на ощупь), посторонний шум (гул), вибрация. Для точной диагностики необходим замер тока по фазам клещами и сравнение с паспортными значениями. Перегруз может быть вызвана механическими неисправностями агрегата (износ подшипников, заклинивание), повышенной нагрузкой на валу или снижением напряжения в сети.

Какой необходим пускатель для данного двигателя?

Для прямого пуска рекомендуется комплект: автоматический выключатель на 50-63А с характеристикой «D», контактор на номинальный ток 50-63 А в категории AC-3 (для двигателей) и тепловое реле с диапазоном регулировки уставки, включающим 40.5-41А (для двигателя IE3). Альтернативой может стать совмещенное устройство – «мотор-автомат» (автоматический выключатель с тепловым и электромагнитным расцепителем, дополненный контактором). Для схем «звезда-треугольник» потребуются три контактора и реле времени.

Почему фактическая скорость вращения (например, 735 об/мин) меньше синхронной (750 об/мин)?

Это фундаментальное свойство асинхронного двигателя, называемое скольжением (s). Вращающееся магнитное поле статора (750 об/мин) индуцирует ток в роторе только при наличии относительной разницы скоростей. При номинальной нагрузке эта разница составляет обычно 2-4%. Скольжение необходимо для создания крутящего момента. Его величина зависит от нагрузки: при холостом ходе оно минимально (~0.5%), при перегрузке увеличивается. Таким образом, скорость 735 об/мин – это нормальная рабочая скорость при номинальном моменте нагрузки.