Электродвигатели 18 кВт

Электродвигатели мощностью 18 кВт: технические характеристики, сферы применения и критерии выбора

Электродвигатели мощностью 18 кВт (24,5 л.с.) занимают значительный сегмент в промышленном и коммерческом применении, являясь оптимальным решением для привода средненагруженного оборудования. Данная мощность находится в диапазоне, где сочетаются высокая производительность, относительно умеренное энергопотребление и широкий выбор конструктивных исполнений. В статье детально рассмотрены типы двигателей, их параметры, особенности выбора и эксплуатации.

1. Классификация и типы электродвигателей на 18 кВт

Двигатели мощностью 18 кВт представлены всеми основными типами, выбор которых определяется условиями эксплуатации и требованиями к регулированию.

1.1. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ)

Наиболее распространенный тип для постоянной скорости. Отличаются простотой конструкции, надежностью и низкими затратами на обслуживание.

• Серии: В России и СНГ – АИР, А, 5АМ, 7AVER. Импортные аналоги – Siemens (1LE1, 1LA), WEG (W22), ABB (M3BP).
• Количество полюсов: 2 (≈3000 об/мин), 4 (≈1500 об/мин), 6 (≈1000 об/мин), 8 (≈750 об/мин). Скорость зависит от скольжения (на 2-5% ниже синхронной).

1.2. Электродвигатели с фазным ротором (АДФР)

Используются реже, в основном для тяжелых пусковых условий (дробилки, мельницы, краны) с подключением пускового реостата.

1.3. Взрывозащищенные двигатели (ВЗ)

Исполнения Ex d, Ex e, Ex nA для работы во взрывоопасных зонах (химия, нефтегаз, АЗС). Серии ВА, АИМ, 3ВУ.

1.4. Электродвигатели, управляемые преобразователем частоты (ПЧ)

Специализированные или стандартные двигатели с усиленной изоляцией обмоток, специальными подшипниками (защита от токов утечки) и оптимизированным охлаждением для работы в широком диапазоне частот.

2. Детальный анализ основных параметров и характеристик

2.1. Механические характеристики и установочные размеры

Для двигателей 18 кВт стандартным является исполнение по ГОСТ 2479 (IEC 60034): IM 1081 (лапы), IM 2081 (лапы-фланец), IM 3081 (фланец). Основные габариты для серии АИР (4 полюса, 1500 об/мин):

Таблица 1. Установочные и присоединительные размеры (пример для АИР180M4)

Параметр	Значение	Примечание
Мощность, PN	18.5 кВт	Ближайший номинал в серии
Высота оси вращения, h	180 мм	Ряд 180
Установочный размер по длине	L	625 мм (варьируется)
Диаметр вала, d	55 мм	С шпонкой по ГОСТ 23360
Число отверстий в лапах	4	Диаметр отверстия: 19 мм
Масса	≈150-170 кг	Зависит от полюсности и производителя

2.2. Электрические параметры и КПД

Ключевые параметры определяются классом энергоэффективности (согласно IEC 60034-30-1).

Таблица 2. Электрические характеристики и классы энергоэффективности (4-полюсный двигатель 18.5 кВт, 400 В, 50 Гц)

Класс КПД	Уровень КПД, η (%)	Приблизительный ток холостого хода, IXX (А)	Номинальный ток, IN (А)	cos φ
IE1 (Standard)	90.1 — 91.0	9.5 — 11.5	34.5 — 35.5	0.86
IE2 (High)	91.4 — 92.3	8.5 — 10.0	33.5 — 34.5	0.87
IE3 (Premium)	92.7 — 93.6	7.5 — 9.0	32.5 — 33.5	0.88
IE4 (Super Premium)	94.2 — 95.0	6.5 — 8.0	31.5 — 32.5	0.89

Переход на более высокий класс КПД (например, с IE2 на IE3) снижает электрические потери на 15-20%, что при непрерывной работе окупает разницу в стоимости за 1-3 года.

2.3. Пусковые характеристики

• Пусковой ток (I_a/I_n): Для АДКЗ составляет 5.5 – 7.5 от номинального тока. Требует проверки возможности питающей сети и выбора аппаратуры защиты.
• Пусковой момент (M_a/M_n): Обычно 2.0 – 2.5 от номинального момента. Для тяжелого пуска необходимо выбирать двигатели с повышенным пусковым моментом (например, с двойной клеткой ротора).
• Максимальный момент (M_max/M_n): Коэффициент перегрузочной способности – 2.3 – 3.0.

3. Сферы применения и подбор двигателя

3.1. Типовые области применения

• Насосное оборудование: Центробежные, поршневые насосы систем водоснабжения, ирригации, пожаротушения.
• Вентиляционное оборудование: Приточные и вытяжные установки, дымососы, вентиляторы градирен.
• Компрессорная техника: Винтовые и поршневые компрессоры давлением до 1.0 МПа.
• Конвейерные системы: Ленточные, цепные, скребковые транспортеры средней длины и производительности.
• Обрабатывающие станки: Приводы главного движения токарных, фрезерных, деревообрабатывающих станков.
• Прочее: Смесители, дробилки, элеваторы, лебедки.

3.2. Алгоритм выбора двигателя 18 кВт

1. Определение режима работы (S1-S10): Продолжительный (S1), повторно-кратковременный (S3-S5).
2. Анализ нагрузки: Расчет требуемого момента, момента инерции, характера графика нагрузки.
3. Условия окружающей среды: Температура, влажность, запыленность, наличие химически активных веществ. Выбор климатического исполнения (У, УХЛ, Т).
4. Способ монтажа и охлаждения: IM 1081 (IC 411 — самовентиляция) или IM 1081 (IC 416 — принудительное охлаждение).
5. Требования к регулированию: Постоянная скорость – АДКЗ. Регулируемый привод – АДКЗ + ПЧ или специализированный двигатель для ПЧ.
6. Класс энергоэффективности: Минимально допустимый – IE2 (IE3 для большинства новых установок согласно законодательству многих стран).
7. Защита от внешних воздействий: Степень защиты IP (IP55 – защита от струй воды и пыли, IP65 – полная защита от пыли).

4. Схемы подключения и аппаратура управления

Для двигателей 18 кВт при напряжении 400 В, 50 Гц номинальный ток составляет ~33-35 А. Схема подключения – «звезда» для сетей 400/690 В.

• Пусковые аппараты:
  • Прямой пуск (DOL): Наиболее простой. Контактор на ток ≥35 А, тепловое реле или электронная защита. Допустим при соответствии пускового тока возможностям сети.
  • Плавный пуск (УПП): Рекомендован для снижения пусковых токов (до 2.5-3 I_n) и уменьшения механических ударов.
  • Частотный преобразователь: Для плавного пуска, регулирования скорости и экономии энергии на насосах и вентиляторах. Мощность ПЧ: 18.5 кВт или 22 кВт (с запасом).
• Защитная аппаратура: Автоматический выключатель с характеристикой D (или K по ГОСТ), обеспечивающий защиту от КЗ и не срабатывающий при пуске. Ток уставки: ~1.1-1.25 I_n двигателя.

5. Техническое обслуживание и диагностика

Плановое ТО включает:

• Контроль вибрации: Допустимый уровень для данного типоразмера – не более 2.8 мм/с (класс А по ISO 10816).
• Измерение сопротивления изоляции: Мегаомметром на 1000 В. Значение должно быть не менее 1 МОм при 75°C.
• Контроль температуры подшипников: Термометром или тепловизором. Превышение температуры окружающей среды более чем на 70°C – признак неисправности.
• Чистка и подтяжка соединений: Силовых и заземляющих.
• Замена смазки в подшипниках качения: По регламенту производителя (примерно каждые 8000-10000 часов работы).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Какой класс энергоэффективности IE является обязательным для двигателя 18 кВт при новой закупке?

Согласно действующему техническому регламенту Таможенного союза ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» и директиве ЕС 640/2009, для двигателей мощностью от 7.5 до 375 кВт минимально допустимым классом является IE3 (или IE2 при использовании с частотным преобразователем). Рекомендуется выбирать IE3 или IE4 для максимизации экономии.

В2: Можно ли подключить двигатель 18 кВт, 400/690 В, в сеть 380 В по схеме «треугольник»?

Нет, категорически нельзя. Двигатели, предназначенные для работы при 400/690 В (схема Y/Δ), рассчитаны на фазное напряжение 400 В при соединении «звезда». Подключение в «треугольник» к сети 380 В (фактически ~380-400 В между фазами) приведет к подаче на каждую обмотку линейного напряжения 380 В, что превышает номинальное фазное, и вызовет перегрев и выход двигателя из строя.

В3: Как правильно подобрать частотный преобразователь для двигателя 18.5 кВт?

Основные критерии:

1. Номинальный ток ПЧ должен быть не менее номинального тока двигателя (≈33-35 А). Часто выбирают ПЧ на ступень мощностью выше – 22 кВт.
2. Напряжение сети: 3ф, 380-400 В, 50 Гц.
3. Наличие функций: векторное управление без датчика обратной связи (для насосов/вентиляторов достаточно скалярного), защита от перегрузки, фильтр гармоник (опционально).
4. Совместимость по помехозащищенности и длине кабеля.

В4: Что делать, если измеренный ток двигателя под нагрузкой ниже номинального, но двигатель сильно греется?

Это может указывать на следующие проблемы:

• Несимметрия напряжений питающей сети.
• Повышенное сопротивление из-за плохих контактов в клеммной коробке или на соединениях.
• Проблемы с охлаждением (забит вентилятор, ребра охлаждения загрязнены).
• Механическая неисправность в приводе (перекос, заклинивание подшипника).
• Высокие гармонические искажения в сети.

Необходимо провести комплексную диагностику: замер межфазных напряжений, проверку моментов затяжки клемм, измерение вибрации, анализ формы тока и напряжения.

В5: Каков расчетный срок службы двигателя 18 кВт и от чего он зависит?

Расчетный срок службы при работе в номинальном режиме S1 и соблюдении условий ТО составляет 15-20 лет (или 40-60 тыс. часов). Основные факторы, сокращающие ресурс:

• Работа с перегрузкой (>1.0 P_N).
• Частые пуски (более 10-15 в час для двигателей общего назначения).
• Работа в режиме S3-S5 с высокой относительной продолжительностью включения.
• Агрессивная или влажная среда без соответствующего исполнения (IP, климатическое).
• Некачественное питание (просадки/перенапряжения, несимметрия).

В6: В чем разница между двигателем общего назначения (АИР) и двигателем для насосов (серии АИР…П)?

Двигатели для насосов (например, АИР…П) часто имеют:

• Специальный фланец на валу по стандарту (например, ISO 2858 для центробежных насосов).
• Удлиненный конец вала для непосредственной установки рабочего колеса насоса.
• Усиленные уплотнения подшипниковых узлов для защиты от влаги.
• Исполнение IM 1081 (лапы) или IM 3081 (фланец). Стандартный АИР может не иметь фланца нужного типоразмера.