Электродвигатели асинхронные 37 кВт

Электродвигатели асинхронные 37 кВт: конструкция, параметры, выбор и применение

Асинхронные электродвигатели мощностью 37 кВт представляют собой широко распространенный класс электрических машин, занимающий промежуточное положение между двигателями средней и большой мощности. Данная мощность является одной из наиболее востребованных в промышленности, что обусловлено ее соответствием нагрузкам от значительного числа технологических агрегатов. Двигатели 37 кВт используются для привода насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров, станков, смесителей и другого оборудования. В данной статье детально рассмотрены конструктивные особенности, технические характеристики, вопросы выбора, схемы подключения, эксплуатации и обслуживания асинхронных двигателей данной мощности.

Конструктивное исполнение и способы монтажа

Асинхронные двигатели 37 кВт выпускаются в различных конструктивных исполнениях, определяемых по ГОСТ 2479 (IEC 60034-5) и ГОСТ Р 52776 (IEC 60034-7). Наиболее распространенными являются:

• IM 1081 – Двигатель на лапах с двумя подшипниковыми щитами, с одним цилиндрическим концом вала. Классическое горизонтальное исполнение.
• IM 2081 – То же, что IM1081, но с фланцем на подшипниковом щите (комбинированное крепление на лапах и фланце).
• IM 3081 – Вертикальное исполнение с лапами вверх, фланец отсутствует.
• IM 3681 – Вертикальное исполнение с лапами вниз, фланец отсутствует.
• IM 1071 – Фланцевое исполнение (только фланец, без лап).

Способ монтажа (IM) выбирается в зависимости от типа приводимого механизма и условий установки. Для горизонтальных приводов чаще всего применяется IM 1081. Для насосов и вентиляторов, устанавливаемых на общей плите, часто используется комбинированное исполнение IM 2081. Вертикальные исполнения (IM 3081, IM 3681) применяются для вертикальных насосов, мешалок и т.д.

Основные технические характеристики и параметры

Двигатели мощностью 37 кВт производятся на стандартные напряжения трехфазной сети: 230/400 В (треугольник/звезда для 50 Гц), 400/690 В (треугольник/звезда для 50 Гц), 660 В. Наиболее распространены в промышленности двигатели на 400/690 В, позволяющие работать в сети 380/400 В по схеме «звезда».

Ключевые параметры, определяемые по ГОСТ и каталогам производителей:

• Номинальная мощность (P_N): 37 кВт. Полезная механическая мощность на валу.

Номинальное напряжение (U_N): Зависит от схемы подключения. Например, 400 В при подключении в звезду для сети 400 В.

• Номинальный ток (I_N): Приблизительно 70-72 А для двигателя 37 кВт, 400 В, 50 Гц, cos φ=0.88. Точное значение указывается на шильдике.
• Номинальная частота вращения (n_N): Зависит от количества полюсов:
  • 2 полюса: ~3000 об/мин (синхронная 3000)
  • 4 полюса: ~1500 об/мин (синхронная 1500)
  • 6 полюса: ~1000 об/мин (синхронная 1000)
  • 8 полюсов: ~750 об/мин (синхронная 750)

  Наиболее распространены 4-полюсные исполнения (1500 об/мин) как оптимальные по соотношению скорости, момента и габаритов.

• Коэффициент полезного действия (КПД, η): Для двигателей 37 кВт стандарта IE2 (высокий) составляет порядка 92-93%, для IE3 (премиум) – 93.5-94.5%, для IE4 (сверхвысокий) – свыше 95%. КПД указывается для номинальной нагрузки.
• Коэффициент мощности (cos φ): Обычно находится в диапазоне 0.86-0.90 для 4-полюсных двигателей на номинальной нагрузке. Снижается при недогрузке.
• Критический скольжение (перегрузочная способность): Отношение максимального (критического) момента к номинальному (M_max/M_N). Обычно составляет 2.5 – 3.5, что обеспечивает устойчивую работу при кратковременных перегрузках.
• Класс изоляции: Как правило, F (допустимая температура 155°C) с рабочим превышением температуры по классу B (130°C) или F. Это обеспечивает запас по термостойкости и увеличенный ресурс.
• Степень защиты (IP): Стандартно IP54 (защита от пыли и брызг воды со всех сторон) или IP55 (защита от струй воды). Для чистых помещений возможно IP23, для агрессивных сред – IP65.

Классы энергоэффективности (IE)

Современные двигатели 37 кВт подчиняются международным стандартам энергоэффективности IEC 60034-30-1. В зависимости от КПД выделяют классы:

Класс IE	Уровень эффективности	Примерный диапазон КПД для 37 кВт, 4-полюса, 50 Гц	Примечание
IE1	Стандартный	~91.5%	Сняты с производства в ЕС и многих других странах для данного диапазона мощностей.
IE2	Высокий	92.0 – 93.5%	Минимально допустимый для ввода в эксплуатацию в ряде случаев (с частотным преобразователем).
IE3	Премиум	93.5 – 94.5%	Стандартное требование для прямого подключения к сети в большинстве развитых стран.
IE4	Сверхвысокий	>95%	Наиболее экономичное решение, часто с использованием технологий синхронного reluctance или PM-двигателей.

Выбор класса IE является экономическим расчетом: более высокий КПД снижает эксплуатационные расходы на электроэнергию, но увеличивает капитальные затраты.

Схемы подключения к электрической сети

Трехфазные асинхронные двигатели 37 кВт имеют в клеммной коробке 6 выводов обмоток статора (U1-U2, V1-V2, W1-W2), что позволяет гибко подключать их к сетям разного напряжения.

• Подключение в «звезду» (Y): Концы обмоток (U2, V2, W2) соединяются в одну точку, начала (U1, V1, W1) подключаются к трем фазам сети. Применяется для сетей с линейным напряжением, соответствующим высшему напряжению на шильдике (например, 400 В в звезду для сети 400 В). Пусковой ток и момент при прямом пуске в 3 раза меньше, чем в треугольнике.
• Подключение в «треугольник» (Δ): Начало одной обмотки соединяется с концом другой (U1-W2, V1-U2, W1-V2). Полученные три узла подключаются к трем фазам сети. Применяется для сетей с линейным напряжением, соответствующим низшему напряжению на шильдике (например, 230 В в треугольник для сети 230 В). Дает больший пусковой момент, но и больший пусковой ток.

ВАЖНО: Для двигателя 37 кВт с шильдиком «400/690 Δ/Y» при питании от сети 400 В 50 Гц единственно правильным является подключение в «звезду». Подключение в «треугольник» к сети 400 В приведет к необратимому повреждению обмоток из-за двойного превышения напряжения.

Для снижения пусковых токов двигателей такой мощности часто применяются схемы плавного пуска:

• Прямой пуск (DOL): Простейшее подключение через контактор. Пусковой ток составляет 5-7 I_N (350-500 А), что может быть допустимо не для всех сетей.
• Пуск «звезда-треугольник» (Y-Δ): Применим только для двигателей, рассчитанных на работу в треугольнике при данном сетевом напряжении (например, 400/690 В для сети 400 В не подходит). Для 37 кВт используется реже из-за сложности и наличия более эффективных методов.
• Плавный пуск (софтстартер): Устройство на основе тиристоров, плавно повышающее напряжение на двигателе. Оптимально для снижения пускового тока (до 2-4 I_N) и устранения рывков при пуске насосов, вентиляторов, конвейеров.
• Частотный преобразователь (ЧП, инвертор): Наиболее совершенный способ. Обеспечивает плавный пуск, широкое регулирование скорости, высокий КПД системы. Позволяет использовать двигатели класса IE2 в приложениях с регулированием скорости, что соответствует законодательным требованиям.

Особенности монтажа, эксплуатации и технического обслуживания

Монтаж двигателя 37 кВт требует соблюдения правил:

• Установка на жесткое, выверенное по уровню основание. Использование регулировочных прокладок под лапы для компенсации перекоса.
• Строгая центровка вала двигателя и вала рабочего механизма. Несоосность не должна превышать 0.05 мм для гибких муфт. Использование лазерного или индикаторного центровщика обязательно.
• Правильный подбор и монтаж приводной муфты, обеспечение необходимого осевого зазора.
• Подключение кабелей соответствующего сечения. Для двигателя 37 кВт, 400 В, 70 А сечение медных жил силового кабеля должно быть не менее 16 мм² (при прокладке в воздухе). Выбор производится по ПУЭ с учетом способа прокладки, длины и условий.
• Обязательное заземление корпуса двигателя отдельным защитным проводником (PE).
• Проверка сопротивления изоляции обмоток мегаомметром на 1000 В. Сопротивление должно быть не менее 1 МОм при холодных обмотках, а для двигателей на напряжение 400 В обычно составляет десятки и сотни МОм.

Техническое обслуживание включает:

• Ежедневный/еженедельный контроль: визуальный осмотр, проверка температуры корпуса (на ощупь или пирометром), контроль вибрации, отсутствие посторонних шумов.
• Периодическое ТО (раз в 6-12 месяцев): очистка от пыли и грязи (особенно ребер охлаждения), проверка и подтяжка электрических соединений в клеммной коробке, измерение сопротивления изоляции, контроль вибрации виброметром, смазка подшипников.
• Смазка подшипников: Тип и периодичность смазки указаны в паспорте. Для двигателей 37 кВт с脂смазываемыми подшипниками (grease lubrication) обычно используется консистентная смазка на литиевой основе (например, LiTIMOL). Важно не переусердствовать со смазкой – избыток приводит к перегреву подшипников.

Критерии выбора двигателя 37 кВт

При подборе конкретной модели необходимо учитывать:

1. Условия окружающей среды: температура (стандартно от -15°C до +40°C), наличие пыли, влаги, химически активных веществ (определяет степень защиты IP и материал корпуса).
2. Режим работы (S1-S10 по ГОСТ Р МЭК 60034-1): Для большинства промышленных приводов характерен продолжительный режим S1. Для кранов, элеваторов – повторно-кратковременный S3-S5.
3. Характер нагрузки на валу: постоянный или переменный момент, наличие ударных нагрузок, необходимость регулирования скорости. Это влияет на выбор перегрузочной способности двигателя и решение о применении ЧП.
4. Требования к энергоэффективности: На основании расчета стоимости жизненного цикла выбирается класс IE.
5. Совместимость с существующей инфраструктурой: Габаритные и установочные размеры (особенно важно при замене), тип и размер конца вала, способ монтажа (IM).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какой пусковой ток у двигателя 37 кВт при прямом включении?

Пусковой ток (I_пуск) при прямом включении (DOL) составляет обычно 5-7 кратного значения от номинального тока. Для двигателя 37 кВт, 400 В (I_N ≈ 70 А) пусковой ток может достигать 350 – 500 А. Точное значение указывается в каталожных данных производителя как отношение I_пуск/I_N.

2. Можно ли подключить двигатель 400/690 В к сети 380 В по схеме «треугольник»?

Категорически нет. Двигатель с маркировкой «400/690 В Δ/Y» предназначен для работы в сети 400 В только по схеме «звезда» (Y). Подключение в «треугольник» (Δ) к сети 400 В приведет к подаче на каждую обмотку напряжения 400 В вместо расчетных 230 В, что вызовет немедленный перегрев и пробой изоляции.

3. Как определить необходимый класс энергоэффективности IE?

Выбор зависит от законодательства страны эксплуатации и экономического расчета. В РФ и странах ТС согласно ТР ТС 004/2011 для двигателей 37 кВт минимально допустимым классом для ввода в эксплуатацию является IE2 при условии использования с частотным преобразователем. Для прямого подключения к сети должен использоваться двигатель класса IE3 или выше. С 2023 года в ЕС для данного диапазона мощностей обязателен класс IE3 (или IE2 с ЧП).

4. Как часто нужно смазывать подшипники двигателя 37 кВт?

Периодичность смазки (T) указывается в паспорте и зависит от типа подшипников, скорости вращения, рабочей температуры и типа смазки. Для стандартного 4-полюсного двигателя (1500 об/мин) с консистентной смазкой в нормальных условиях типичный интервал составляет 4000-8000 рабочих часов. Пересмазка раньше времени или избыточное количество смазки вредны.

5. Что делать, если двигатель 37 кВт сильно греется?

Перегрев может быть вызван:

• Механическими причинами: заклинивание подшипника, повышенное трение из-за неправильной центровки, перетянутая ременная передача.
• Электрическими причинами: несимметрия напряжений питания (перекос фаз), обрыв фазы, повышенное или пониженное напряжение сети, межвитковое замыкание в обмотке.
• Эксплуатационными причинами: перегрузка двигателя по моменту, плохое охлаждение (забиты ребра радиатора, не работает вентилятор), высокая ambient температура.

Необходимо проверить ток по фазам (он должен быть симметричным и близким к номинальному), напряжение, устранить механические неисправности, обеспечить охлаждение.

6. Какой кабель нужен для подключения двигателя 37 кВт?

Сечение кабеля выбирается по номинальному току с учетом условий прокладки. Для I_N=70 А:

• При прокладке медного кабеля в воздухе (лотки, кабельные конструкции) минимальное сечение ~16 мм² (допустимый длительный ток для 3-жильного кабеля в воздухе ~75 А).
• При прокладке в земле (траншее) – возможно сечение 10-16 мм², но необходимо проверить по ПУЭ с учетом удельного сопротивления грунта и других факторов.
• Обязателен расчет по потере напряжения, особенно при длинных линиях. Для двигателей потеря напряжения в рабочем режиме не должна превышать 5%.
• Рекомендуется использовать кабели с медными жилами и изоляцией, не распространяющей горение, например, ВВГнг(А)-LS или аналоги.

7. В чем разница между асинхронным двигателем 37 кВт и синхронным reluctance двигателем той же мощности?

Асинхронный двигатель (АД) имеет короткозамкнутый ротор, его скорость немного меньше синхронной (скольжение 1-3%). Синхронный reluctance двигатель (SynRM) имеет ротор без обмоток и магнитов, с явно выраженными полюсами, и вращается строго с синхронной скоростью. Основные отличия:

• КПД: SynRM, особенно в комбинации с ЧП, обычно соответствует классу IE4 или выше, превосходя АД класса IE3.
• Cos φ: SynRM имеет более высокий коэффициент мощности во всем диапазоне нагрузок.
• Стоимость: SynRM, как правило, дороже классического АД.
• Управление: SynRM требует обязательного применения специализированного частотного преобразователя с векторным управлением. АД может работать напрямую от сети.

Выбор в пользу SynRM оправдан при непрерывной работе с регулированием скорости, где экономия энергии окупает разницу в цене.