Электродвигатели с короткозамкнутым ротором 18,5 кВт

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором мощностью 18,5 кВт: конструкция, параметры и применение

Электродвигатели асинхронные с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) мощностью 18,5 кВт представляют собой наиболее распространенный и универсальный тип силовых агрегатов в промышленном секторе. Данная мощность находится в среднем диапазоне, что делает такие двигатели ключевыми элементами в системах привода насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров, станков и другого технологического оборудования. Их популярность обусловлена простотой конструкции, высокой надежностью, низкой стоимостью и простотой обслуживания.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструктивно двигатель 18,5 кВт состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора, разделенных воздушным зазором.

• Статор: Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. В пазы сердечника укладывается трехфазная обмотка, выполненная, как правило, из медного или алюминиевого изолированного провода. Концы обмоток выводятся в клеммную коробку, где осуществляется подключение по схеме «звезда» (Y) или «треугольник» (Δ) в зависимости от напряжения питающей сети. Для двигателя 18,5 кВт распространены номинальные напряжения: 220/380 В, 380/660 В, 400/690 В.
• Короткозамкнутый ротор (роторная «беличья клетка»): Сердечник ротора также шихтован. В его пазы заливается или запрессовывается алюминиевый или медный сплав, образующий стержни, которые накоротко замыкаются с двух сторон торцевыми кольцами. Эта конструкция не имеет скользящих электрических контактов, что и определяет высокую надежность. Вал ротора устанавливается на подшипники качения (чаще всего 6312, 6212 и аналоги), размещенные в подшипниковых щитах.
• Корпус и охлаждение: Корпус, обычно чугунный, обеспечивает механическую прочность и отводит тепло. Двигатели 18,5 кВт, как правило, соответствуют степени защиты IP54 или IP55, что означает защиту от пыли и водяных струй. Охлаждение осуществляется внешним вентилятором, закрепленным на валу со стороны, противоположной рабочему концу вала (исполнение IC411 по ГОСТ/МЭК).

Принцип действия основан на создании вращающегося магнитного поля трехфазной обмоткой статора. Это поле индуцирует в стержнях ротора ЭДС, под действием которой в замкнутой цепи ротора протекают токи. Взаимодействие токов ротора с магнитным полем статора создает электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение с частотой, несколько меньшей частоты вращения поля (скольжение s=1-4%).

Основные технические характеристики и параметры

Для двигателя мощностью 18,5 кВт ключевыми параметрами являются:

• Номинальная мощность (P_N): 18,5 кВт. Полезная механическая мощность на валу.
• Номинальное напряжение (U_N): Зависит от схемы включения. Например, 400 В Δ / 690 В Y.
• Номинальный ток (I_N): При напряжении 400 В и cos φ ~0.88-0.90 ток составляет примерно 34-36 А.
• Номинальная частота вращения (n_N): Зависит от числа пар полюсов (p).
• КПД (η): Для современных двигателей серий IE2, IE3, IE4 находится в диапазоне 90-94%.
• Коэффициент мощности (cos φ): Обычно 0.85-0.90.
• Критический момент (M_max/M_N): Отношение максимального момента к номинальному, обычно 2.5-3.5.
• Пусковой момент (M_п/M_N): Отношение пускового момента к номинальному, обычно 1.8-2.5.
• Пусковой ток (I_п/I_N): Отношение пускового тока к номинальному, составляет 5.5-8.0.
• Масса: В зависимости от габарита и исполнения, примерно 130-180 кг.

Классы энергоэффективности и стандарты

Современные двигатели 18,5 кВт классифицируются по международному стандарту МЭК 60034-30-1 на классы энергоэффективности:

Класс IE	Уровень эффективности	Примечание
IE1	Стандартная	Сняты с производства в большинстве стран.
IE2	Повышенная	Допустимы для использования с частотным преобразователем.
IE3	Высокая	Требуемый минимум в РФ и ЕС для большинства применений.
IE4	Превосходная	Наиболее экономичные, с использованием улучшенных материалов и конструкций.

Выбор двигателя класса IE3 или IE4 окупается за счет снижения эксплуатационных затрат на электроэнергию, особенно при непрерывном режиме работы.

Способы пуска и управления

Прямой пуск двигателя 18,5 кВт от сети приводит к броску пускового тока 200-250 А, что может вызвать просадку напряжения. Поэтому для снижения негативного воздействия применяют различные методы:

• Прямой пуск: Допустим при достаточной мощности сети и нежестких требованиях к механизму. Осуществляется контактором или автоматическим выключателем.
• Пуск «звезда-треугольник»: Применим для двигателей, обмотки которых рассчитаны на работу в треугольнике при номинальном напряжении сети. В начальный момент обмотки включаются «звездой», что снижает линейный ток и момент в 3 раза. После разгона происходит переключение на «треугольник».
• Пуск с помощью устройства плавного пуска (УПП): Позволяет плавно наращивать напряжение на статоре, ограничивая ток и момент. Идеален для насосов и вентиляторов для избежания гидроударов.
• Частотное управление (ЧРП): Преобразователь частоты обеспечивает наиболее гибкое управление: плавный пуск, регулирование скорости в широком диапазоне, поддержание момента. Для двигателя 18,5 кВт необходим ЧРП с номинальным током не менее 38-40 А.

Области применения и выбор исполнения

Двигатели 18,5 кВт используются в различных отраслях:

• Водоснабжение и канализация: Привод насосов высокого давления, циркуляционных и дренажных насосов.
• Вентиляция и кондиционирование: Привод вентиляторов приточных и вытяжных установок, градирен.
• Промышленность: Привод конвейеров, элеваторов, смесителей, дробилок, станков (токарных, фрезерных).
• Нефтегазовая отрасль: Привод насосов и вентиляторов во взрывозащищенном исполнении (Ex d, Ex e).

При выборе необходимо учитывать:

• Режим работы (S1 — продолжительный, S2 — кратковременный, S3 — периодический).
• Климатическое исполнение (У, УХЛ, Т для умеренного, холодного или тропического климата).
• Степень защиты (IP54, IP55 для пыльных и влажных помещений).
• Способ монтажа (IM1081 — на лапах, IM2081 — фланец, IM3081 — лапы и фланец).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж включает центровку с приводным механизмом (допустимое биение по ГОСТ), заземление корпуса, проверку сопротивления изоляции обмоток (не менее 1 МОм мегаомметром на 1000 В). При эксплуатации необходимо контролировать ток нагрузки, температуру подшипников и корпуса, уровень вибрации. Техническое обслуживание включает:

• Периодическую очистку от пыли.
• Контроль и замену смазки в подшипниках (тип и периодичность указаны в паспорте).
• Диагностику состояния изоляции.
• Подтяжку крепежных соединений.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как правильно выбрать схему подключения (звезда/треугольник) для двигателя 18,5 кВт?

Схема определяется номинальными напряжениями двигателя, указанными на шильдике. Если в сети 380В (400В), то для двигателя с маркировкой «Δ/Y 220/380В» допустим только пуск «звезда-треугольник», при этом рабочая схема — «треугольник». Для двигателя «Δ/Y 380/660В» при сети 380В рабочей является схема «звезда», а пуск может быть прямым.

Какой пусковой ток у двигателя 18,5 кВт и как его ограничить?

Пусковой ток при прямом включении составляет 5.5-8 I_N, то есть примерно 190-280 А для двигателя с I_N=35А. Для ограничения применяют устройства плавного пуска (УПП) или частотные преобразователи, которые позволяют снизить пусковой ток до 1.5-3 I_N.

В чем разница между двигателями IE2, IE3 и IE4 на 18,5 кВт?

Разница в уровне потерь и, как следствие, в КПД. Например, для 4-полюсного двигателя 18,5 кВт: IE2 (η≈91.5%), IE3 (η≈93.0%), IE4 (η≈94.5%). Двигатели IE3 и IE4 имеют улучшенные электротехнические стали, более точные воздушные зазоры, оптимизированную конструкцию, что снижает эксплуатационные затраты.

Как часто нужно проводить замену смазки в подшипниках?

Периодичность зависит от типа подшипника, скорости вращения, условий работы. Для стандартных шарикоподшипников при работе в нормальных условиях и скорости 1500 об/мин интервал может составлять 10 000 — 20 000 часов работы. Необходимо следовать рекомендациям производителя двигателя. Пересмазка так же вредна, как и недостаточная смазка.

Можно ли использовать частотный преобразователь для регулировки скорости такого двигателя?

Да, это распространенная практика. Для этого следует выбрать двигатель с классом изоляции не ниже F (рассчитан на нагрев до 155°C) и, желательно, с независимым вентилятором (IC416) для эффективного охлаждения на низких скоростях. ЧРП должен быть рассчитан на мощность 18,5 кВт или, что точнее, на номинальный ток двигателя с запасом 10-15%.

Что делать, если двигатель перегревается?

Необходимо проверить: 1) Ток нагрузки — не превышает ли номинальный. 2) Напряжение сети — дисбаланс не более 1%. 3) Состояние вентиляции — очистить ребра охлаждения и вентиляционные каналы. 4) Частоту пусков — для режима S1 количество пусков ограничено. 5) Качество центровки с нагрузкой. Перегрев на 10°C выше допустимого сокращает срок службы изоляции в 2 раза.

Как расшифровать обозначение, например, АИР180M4?

АИР — серия асинхронных двигателей (по ГОСТ); 180 — высота оси вращения (180 мм); M — установочный размер по длине (средний); 4 — число полюсов (синхронная частота 1500 об/мин). Мощность такого двигателя как раз составляет 18,5 кВт.