Электродвигатели с короткозамкнутым ротором 132 кВт

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором мощностью 132 кВт: конструкция, параметры и применение

Электродвигатели асинхронные с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) мощностью 132 кВт представляют собой серийную, широко распространенную машину, занимающую ключевое положение в диапазоне средних мощностей. Данный типоразмер востребован в промышленных и коммерческих системах, где требуется надежный, эффективный и относительно простой в эксплуатации привод. Мощность 132 кВт (что соответствует приблизительно 180 л.с.) является пороговой для многих применений, переходящих от использования прямого пуска от сети к более сложным схемам управления.

Конструктивные особенности и принцип действия

Двигатель мощностью 132 кВт, как и все АДКЗ, состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. При подаче трехфазного напряжения на обмотки статора создается вращающееся магнитное поле. Это поле индуцирует токи в замкнутой обмотке ротора, взаимодействие которых с полем статора создает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Скорость вращения ротора всегда меньше синхронной скорости поля (отсюда термин «асинхронный»), эта разница характеризуется скольжением (обычно 1-3%).

Статор: Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали для снижения потерь на вихревые токи. В пазы сердечника укладывается трехфазная обмотка, выполненная, как правило, из медного изолированного провода. Для двигателя 132 кВт обмотки чаще всего соединяются «треугольником» на номинальное напряжение 380В или «звездой» на 660В, что позволяет адаптировать двигатель к разным сетям. Клеммная коробка имеет шесть выводов, что обеспечивает возможность переключения схемы соединения.

Ротор: Короткозамкнутая обмотка («беличья клетка») представляет собой ряд медных или алюминиевых стержней, замыкаемых на концах кольцами. Для двигателей данной мощности преимущественно используется литая алюминиевая клетка, хотя в премиальных сериях или для специальных режимов работы (частые пуски, высокие моменты инерции) применяется клетка из медных стержней, припаянных к медным же короткозамыкающим кольцам. Сердечник ротора также шихтованный и напрессован на вал.

Корпус и охлаждение: Двигатели 132 кВт обычно выполняются в защищенном (IP54, IP55) или закрытом обдуваемом (IP23) исполнении. Корпус чаще всего чугунный. Охлаждение — при помощи внешнего вентилятора (крыльчатки), закрытого кожухом (исполнение IC411 по ГОСТ/МЭК). Это обеспечивает независимый поток охлаждающего воздуха, отводящий тепло от корпуса.

Основные технические характеристики и параметры

Типовые параметры для трехфазного асинхронного двигателя 132 кВт, 1500 об/мин (4 полюса), 380/660В, 50 Гц:

Классы энергоэффективности и стандарты

Для двигателей 132 кВт актуальны международные стандарты энергоэффективности МЭК 60034-30-1 и европейские директивы. С 1 июля 2021 года в странах ЕЭС минимально допустимым классом для большинства применений является IE3 (Premium Efficiency) или IE2 при использовании частотного преобразователя. Класс IE4 (Super Premium Efficiency) становится новым ориентиром.

• IE1 (Standard Efficiency): Устаревший класс, не соответствует текущим требованиям.
• IE2 (High Efficiency): Допустим только с частотным регулированием.
• IE3 (Premium Efficiency): Базовый обязательный класс для прямого пуска от сети. Достигается за счет оптимизации магнитной системы, использования качественных электротехнических сталей, уменьшения воздушного зазора, точного литья ротора.
• IE4 (Super Premium Efficiency): Требует дальнейшего снижения потерь, часто за счет применения технологий типа «беличья клетка» с медными стержнями, улучшенных обмоток, иногда — гибридных конструкций. Окупается при большом времени наработки.

Способы пуска и управления

Прямой пуск двигателя 132 кВт от сети сопровождается броском тока 240А

• 7 ≈ 1680А, что создает значительную нагрузку на сеть и механическую систему привода. Поэтому выбор способа пуска критически важен.

• Прямой пуск (DOL): Наиболее простой и дешевый метод. Применяется при достаточной мощности питающей сети (как правило, если мощность трансформатора в 3+ раза превышает мощность двигателя) и когда ударный момент не опасен для механизма.
• Пуск переключением «звезда-треугольник» (Star-Delta): Актуален для двигателей, обмотки которых рассчитаны на работу в «треугольнике» при номинальном напряжении сети (380В). В начальный момент обмотки включаются «звездой», что снижает фазное напряжение и пусковой ток в 3 раза (относительно тока при пуске «треугольником»). Пусковой момент также падает в 3 раза, что ограничивает применение для механизмов с тяжелым пуском. После разгона происходит переключение на «треугольник».
• Пуск с помощью устройств плавного пуска (УПП): УПП на основе тиристоров позволяет плавно наращивать напряжение на двигателе, обеспечивая снижение пускового тока (обычно до 2.5-4 I_N) и мягкий разгон. Решает проблемы с гидроударами, рывками в конвейерах. Для 132 кВт требуется УПП на соответствующий ток.
• Частотный преобразователь (ЧП, VFD): Наиболее технологичный метод, обеспечивающий не только плавный пуск и остановку, но и широкое регулирование скорости вниз от номинальной (и выше, с учетом ограничений). Позволяет достичь значительной экономии энергии в насосных и вентиляторных установках. Для двигателя 132 кВт необходим преобразователь с запасом по току, часто на 160-200 кВт.

Области применения

Двигатели 132 кВт являются основой привода для множества промышленных установок:

• Насосное оборудование: Питательные, циркуляционные, сетевые насосы ТЭЦ и АЭС, насосы систем водоснабжения и канализации, бустерные установки.
• Вентиляционное и компрессорное оборудование: Главные вентиляторы шахт, дутьевые вентиляторы котельных, центробежные вентиляторы приточных установок, поршневые и винтовые компрессоры.
• Конвейерные системы: Приводы ленточных конвейеров большой длины и производительности, роторные экскаваторы, штабелеры.
• Обрабатывающая промышленность: Приводы мельниц, дробилок, смесителей, экструдеров, деревообрабатывающих станков.
• Холодильное оборудование: Приводы компрессоров чиллеров большой холодопроизводительности.

Особенности монтажа, эксплуатации и обслуживания

Монтаж двигателя 132 кВт требует тщательного планирования из-за его значительной массы. Необходимо обеспечить прочное, выверенное по уровню основание. Совмещение полумуфт должно проводиться с высокой точностью (биение не более 0.05 мм) для исключения вибраций и преждевременного износа подшипников. Обязательна проверка изоляции обмоток мегомметром (сопротивление изоляции не менее 1 МОм при 25°C, а лучше >10 МОм).

Эксплуатационное обслуживание включает:

• Регулярный контроль вибрации (желательно с помощью виброметра).
• Мониторинг температуры подшипников (термометром или тепловизором). Нормальная рабочая температура — до 80-90°C.
• Периодическая замена смазки в подшипниках качения (через 4000-10000 часов работы) в строгом соответствии с типом и количеством, указанным в паспорте.
• Очистка корпуса и ребер охлаждения от загрязнений для обеспечения теплоотвода.
• Контроль силы натяжения ремней (для ременных передач).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Как правильно выбрать схему соединения обмоток («звезда» или «треугольник») для двигателя 132 кВт на напряжение 380В?

Если на шильдике двигателя указано напряжение «380/660В» и «Δ/Y», то для сети 380В обмотки статора должны быть соединены в «треугольник» (Δ). Соединение в «звезду» (Y) на 380В приведет к недогрузке двигателя по моменту в 3 раза и его работе с низким cos φ и КПД. Для сети 660В используется соединение «звезда».

2. Можно ли использовать частотный преобразователь со стандартным двигателем 132 кВт IE3?

Да, можно. Однако при длительной работе на низких скоростях (ниже 20-25 Гц) с самовентилируемым двигателем (IC411) ухудшается охлаждение. Рекомендуется либо принудительная независимая вентиляция, либо снижение нагрузочного момента. Также при использовании длинных кабелей между ЧП и двигателем (более 50 м) могут потребоваться выходные дроссели или синус-фильтры для подавления перенапряжений на обмотках, вызванных эффектом длинной линии.

3. Какой пусковой метод предпочтительнее для центробежного насоса 132 кВт?

Наиболее оптимальными являются устройства плавного пуска (УПП) или частотные преобразователи. Они позволяют избежать гидравлического удара при пуске и остановке, продлевая срок службы трубопроводов и арматуры. Прямой пуск возможен, но требует проверки условий в сети. Пуск «звезда-треугольник» также применяется, но дает меньший контроль над процессом и все равно создает моментный рывок при переключении.

4. Что означает габарит двигателя (например, 315S или 355M) и как он связан с мощностью 132 кВт?

Габарит (высота оси вращения) — это расстояние от оси вала до плоскости установки в миллиметрах. Для мощности 132 кВт наиболее типичны габариты 315 мм (серии 315) и 355 мм (серии 355). Двигатель габарита 355 будет иметь большие массу, момент инерции и, как правило, несколько лучшие показатели КПД и перегрузочной способности за счет использования большего объема активных материалов. Выбор зависит от производителя и серии.

5. Почему при работе двигатель 132 кВт сильно нагревается? Каковы основные причины?

• Перегрузка по току: Проверьте фактический ток нагрузки по фазам.
• Дисбаланс напряжений или «обрыв фазы»: Разница напряжений по фазам более 1% недопустима.
• Плохое охлаждение: Загрязнение ребер, неисправность или заклинивание вентилятора.
• Повышенное напряжение или частота сети: Приводит к увеличению потерь в стали.
• Проблемы с подшипниками: Износ, недостаток или избыток смазки.
• Частые пуски или работа в режиме S3-S6: Двигатель не рассчитан на такой режим.

6. Какой кабель необходим для подключения двигателя 132 кВт при прямом пуске?

Номинальный ток двигателя ~240А (для 380В, Δ). Для кабеля с медными жилами с ПВХ изоляцией, проложенного в воздухе, сечение должно быть не менее 120-150 мм² (допустимый длительный ток 270-305А). Однако окончательный выбор сечения производится по условию допустимой потери напряжения (не более 5% при пуске), длине линии, способу прокладки и защите (автоматическому выключателю). Для частотного преобразователя сечение может быть меньше, так как входной ток ЧП при полной нагрузке и cos φ близком к 1 будет около 225А. Обязателен расчет по ПУЭ.

Заключение

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором мощностью 132 кВт представляют собой отработанный, надежный и эффективный класс силового привода. Их правильный выбор, учитывающий класс энергоэффективности (IE3/IE4), способ пуска и управления, а также условия эксплуатации, является ключом к созданию экономичной и безотказной системы. Современные тенденции направлены на интеграцию этих двигателей в системы частотного регулирования и автоматизированного управления, что позволяет максимально раскрыть их потенциал в задачах промышленной энергетики.