Электродвигатели переменного тока 37 кВт

Электродвигатели переменного тока мощностью 37 кВт: технические характеристики, сферы применения и особенности выбора

Электродвигатели переменного тока мощностью 37 кВт (50 л.с.) представляют собой универсальный и широко распространенный класс электрических машин, занимающий промежуточное положение между двигателями средней и большой мощности. Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в промышленности благодаря оптимальному соотношению выходной мощности, массогабаритных показателей и стоимости. Двигатели на 37 кВт используются в приводах насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров, смесителей, станков и другого технологического оборудования.

Классификация и основные типы двигателей 37 кВт

Двигатели данной мощности классифицируются по ряду ключевых признаков, определяющих их конструкцию и область применения.

• По типу питания и принципу действия:
  • Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) – абсолютно преобладающий тип благодаря простоте, надежности и низкой стоимости. Ротор выполнен в виде «беличьей клетки».
  • Асинхронные двигатели с фазным ротором (АДФР) – менее распространены. Имеют выводы обмотки ротора на контактные кольца, что позволяет вводить в цепь ротора добавочные сопротивления для плавного пуска или регулирования скорости. Применяются в тяжелых пусковых условиях (дробилки, мельницы, краны).
  • Синхронные двигатели – используются реже, в специфичных применениях, где требуется поддержание постоянной скорости вращения независимо от нагрузки или компенсация реактивной мощности в сети.
• По конструкции и степени защиты (IP):
  • Защищенного исполнения (IP54, IP55) – наиболее распространенный вариант для промышленности. Защита от попадания пыли и водяных струй.
  • Взрывозащищенного исполнения (Ex d, Ex e, Ex nA и др.) – для применения во взрывоопасных зонах (нефтегазохимия, угольная промышленность).
  • Закрытые обдуваемые (IP23) – для чистых помещений с хорошей вентиляцией, имеют лучший теплоотвод.
• По способу монтажа (IM):
  • IM 1001, IM 1002 – на лапах с одним или двумя цилиндрическими концами вала.
  • IM 3001, IM 3002 – на лапах с фланцем на станине.
  • IM 2001, IM 2002 – без лап, с фланцем на подшипниковом щите (фланцевые двигатели).
• По классу энергоэффективности (IEC 60034-30-1):
  • IE1 (Standard Efficiency) – устаревший класс, снят с производства в ЕС и многих других странах.
  • IE2 (High Efficiency) – базовый уровень для большинства рынков.
  • IE3 (Premium Efficiency) – обязательный минимальный класс для новых двигателей 37 кВт в РФ (согласно ТР ЕАЭС 048/2019), ЕС, США и др.
  • IE4 (Super Premium Efficiency) – передовой класс, обеспечивающий дополнительные 15-20% снижения потерь относительно IE3.

Детальный анализ технических характеристик

Для двигателя мощностью 37 кВт ключевые параметры имеют следующие типовые значения и взаимосвязи.

Электрические параметры

• Напряжение питания: Стандартные трехфазные сети: 230/400 В (Δ/Y), 400/690 В (Δ/Y), реже 500 В. Для сетей 380/660 В распространено исполнение 400/690 В. Выбор схемы соединения обмоток (звезда/треугольник) определяется паспортным напряжением двигателя и напряжением сети.
• Номинальный ток: Зависит от напряжения, КПД и cos φ. Примерные значения:
  • При 400 В и IE3: ~70 А.
  • При 690 В и IE3: ~40 А.
• Коэффициент мощности (cos φ): Для асинхронных двигателей 37 кВт класса IE3 типичное значение составляет 0.87 – 0.89. С повышением класса энергоэффективности cos φ может незначительно снижаться из-за уменьшения потерь в стали и меди, что требует внимания к компенсации реактивной мощности в системе.
• КПД (η): Главный параметр, регламентируемый классами IE. Для двигателя 37 кВт 2p=4:
  

  Класс энергоэффективности	Минимальное значение КПД, % (4-полюсный, 37 кВт)
  IE2	93.6
  IE3	94.5
  IE4	95.4

• Пусковые характеристики:
  • Пусковой ток (I_a/I_n): Обычно находится в диапазоне 6.5 – 8.5 от номинального тока. Для двигателей с повышенным скольжением или специального исполнения может быть ниже.
  • Пусковой момент (M_a/M_n): Типовое значение 2.0 – 2.5 от номинального момента.
  • Максимальный момент (M_max/M_n): Обычно 2.8 – 3.5 (коэффициент перегрузочной способности).

Механические и конструктивные параметры

• Синхронная частота вращения: Определяется числом пар полюсов (p): 3000 об/мин (2p=2), 1500 об/мин (2p=4), 1000 об/мин (2p=6), 750 об/мин (2p=8). Наиболее распространены 4- и 6-полюсные исполнения (1500 и 1000 об/мин) как оптимальные по массе, габаритам и применению.
• Номинальное скольжение: Для двигателей 37 кВт IE3/IE4 составляет 1-2.5% (для 1500 об/мин фактическая скорость ~1460-1485 об/мин).
• Монтажные размеры: Регламентируются стандартами IEC 60072-1 (DIN 42673). Для 37 кВт типовые габариты:
  

  Число полюсов	Типоразмер (IEC)	Высота оси вращения, мм	Длина (без вала), approx., мм	Масса, кг (IE3)
  4	225S/M	225	500-600	240-280
  6	250S/M	250	550-650	280-320

• Класс изоляции: Стандартно – F (до 155°C), с рабочим превышением температуры по классу B (до 130°C) или F. Это обеспечивает запас по термостойкости и увеличивает ресурс.
• Степень защиты: IP55 – стандарт для промышленного исполнения (защита от пыщи и струй воды).

Особенности выбора и применения

Выбор двигателя 37 кВт требует комплексного подхода, учитывающего условия эксплуатации и требования привода.

1. Согласование с механизмом и сетью

• Мощность: Должна быть равна или с запасом (коэффициент 1.1-1.15) относительно мощности на валу механизма. Недостаточная мощность приводит к перегреву и отказу, завышенная – к снижению КПД и cos φ.
• Скорость: Выбирается исходя из требуемой скорости рабочей машины. Часто используется с редуктором или ременной передачей.
• Режим работы (S1-S10 по IEC 60034-1): Для двигателей 37 кВт наиболее типичен продолжительный режим S1. Для повторно-кратковременных режимов (S3, S4, S5) с частыми пусками/остановами необходимо выбирать двигатели, рассчитанные на соответствующий относительный продолжительный включения (ПВ, %) и число включений в час.
• Пусковые условия: При тяжелом пуске (высокий момент инерции нагрузки) необходимо анализировать пусковые характеристики и, возможно, применять двигатель с фазным ротором или системы плавного пуска (УПП).
• Качество сети: Допустимые отклонения напряжения ±5%, частоты ±2%. Совместное отклонение до 10%. Несимметрия напряжений более 1% приводит к значительному росту потерь.

2. Управление и защита

• Пусковые аппараты: Для прямого пуска (DOL) необходим автоматический выключатель или предохранители + контактор, рассчитанные на пусковой ток (~70А
• 7.5 = ~525А). Альтернативы – УПП и частотный преобразователь (ЧП).
• Защита: Обязательна комплексная защита: от короткого замыкания (автомат/предохранители), от перегрузки (тепловое реле или цифровой расцепитель), от обрыва фазы. Для двигателей 37 кВт рекомендуется использование мониторов состояния (реле контроля тока, вибрации, температуры).
• Частотное регулирование: Современные двигатели IE3 пригодны для работы с ЧП, но для постоянной работы на низких скоростях или с высокочастотными ШИМ-сигналами требуются двигатели с изоляцией, усиленной против перенапряжений, и часто – независимым вентилятором (IC416).

Экономические аспекты и энергосбережение

Затраты на электроэнергию за срок службы двигателя многократно превышают его первоначальную стоимость. Для двигателя 37 кВт, работающего 6000 часов в год при тарифе 5 руб./кВтч, годовые затраты на электроэнергию составят: 37 кВт 6000 ч

• 5 руб. = 1 110 000 руб. Повышение КПД на 1% (например, с IE3 на IE4) дает экономию около 11 100 руб. в год. Срок окупаемости более дорогого двигателя высшего класса обычно составляет 1-3 года.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какой класс энергоэффективности IE3 или IE4 выбрать для нового проекта?

Класс IE3 является обязательным минимумом согласно техрегламенту ЕАЭС. Класс IE4 следует выбирать при высоком годовом числе часов работы (более 4000) и наличии программы энергосбережения. Расчет срока окупаемости разницы в цене за счет экономии электроэнергии обязателен.

2. Можно ли подключить двигатель 400/690 В в сеть 380 В?

Да, при условии соединения обмоток по схеме «треугольник» (Δ). Напряжение на обмотке составит 380 В, что близко к номинальному 400 В и допустимо (±5%). Подключение в «звезду» (Y) при 380 В приведет к недогрузке двигателя и снижению момента.

3. Как правильно подобрать кабель для подключения двигателя 37 кВт?

Сечение кабеля выбирается по номинальному току с учетом условий прокладки. Для двигателя 37 кВт, 400 В, ~70 А, при прокладке в воздухе подходит медный кабель 4х16 мм² (длительно допустимый ток ~75 А). Для питания от ЧП или при длинных линиях может потребоваться увеличение сечения для снижения потерь и обеспечения необходимой механической прочности.

4. Почему двигатель греется выше допустимого даже при номинальной нагрузке?

Возможные причины: несимметрия напряжений в сети, повышенное или пониженное напряжение, высокая температура окружающей среды, забитые вентиляционные каналы, неправильное направление вращения вентилятора, частые пуски, повышенное сопротивление цепи ротора (для АДКЗ – плохие контакты). Необходим поэтапный диагностический контроль.

5. В чем разница между двигателями на 1500 и 1000 об/мин одинаковой мощности 37 кВт?

Двигатель на 1000 об/мин (2p=6) имеет большие габариты и массу, более высокий номинальный момент (M_n = 9550

• P / n), но, как правило, несколько более высокий КПД и cos φ. Он лучше подходит для приводов, требующих более низкой скорости без редуктора или имеющих высокий момент инерции.

6. Нужен ли частотный преобразователь для двигателя 37 кВт?

ЧП необходим только в случаях, когда технологический процесс требует регулирования скорости или обеспечения плавного пуска с ограничением тока. Для постоянной скорости работы достаточно прямого пуска или УПП. При выборе ЧП его номинальный ток должен быть не менее номинального тока двигателя.

7. Как часто и что именно нужно обслуживать в двигателе 37 кВт?

Типовое техническое обслуживание включает: ежесменную визуальную проверку, контроль вибрации и температуры (раз в месяц), чистку наружных поверхностей от пыли, проверку и подтяжку контактов в клеммной коробке (раз в 6 мес.), замену смазки в подшипниках (через 10000-20000 часов работы), проверку состояния щеток и контактных колец (для АДФР).