Motore elettrico da 200 e 250 kW: rete, avviamento, trasporto e piano ricambi per grandi potenze

Un motore IE3 a 4 poli da 250 kW assorbe su rete a 400 V circa 418 A a carico nominale. Con avviamento diretto, al momento dello spunto questo valore sale a circa 3000 A. Il motore ha dimensioni imponenti e la coppia all'albero è di circa 1600 Nm. Questi numeri mostrano che nella classe 200 e 250 kW la scelta del motore smette di essere la scelta di un prodotto e diventa un piccolo progetto: se trasformatore, avviatore, cavi, fondazione, mezzi di sollevamento e piano ricambi non vengono valutati insieme al motore, anche il motore giusto crea problemi in campo.

Cosa riporta la riga di catalogo?

Nel catalogo IE3 di HEM Motor queste due potenze sono disponibili, a seconda del numero di poli, nelle seguenti grandezze (correnti riferite a 400 V):

• 2 poli: 200 kW IE3-315L2-2, 2980 giri/min, circa 331 A; 250 kW IE3-355M-2, 2982 giri/min, circa 414 A.
• 4 poli: 200 kW IE3-315L2-4, 1490 giri/min, circa 334 A, 1282 Nm; 250 kW IE3-355M-4, 1490 giri/min, circa 418 A, 1602 Nm.
• 6 poli: 200 kW IE3-355M2-6, 990 giri/min, circa 346 A; 250 kW IE3-355L-6, 990 giri/min, circa 433 A.

Nella serie a 4 poli il rendimento IE3 è del 96,0% per entrambe le potenze e il fattore di potenza è 0,90; la corrente di spunto è circa 7,1 volte la corrente nominale, la coppia di spunto circa 2 volte e la coppia massima circa 2,2 volte. Nel motore a 2 poli da 250 kW il rapporto della coppia di spunto scende a 1,6. Per questo, se un grande motore a 2 poli viene scelto per un compressore che parte carico o per un ventilatore ad alta inerzia, la coppia di spunto del carico va verificata a parte.

Classe di rendimento: quale regola per quale mercato?

Nell'Unione Europea il regolamento Ecodesign (UE 2019/1781) ha introdotto da luglio 2023 l'obbligo IE4 per i motori a 2, 4 e 6 poli nella fascia 75–200 kW; per potenze superiori a 200 kW il livello minimo è IE3. Su una macchina destinata all'UE, quindi, un motore da 200 kW e uno da 250 kW possono essere soggetti a regole di classe diverse. La normativa vigente nel Paese di installazione della macchina è il primo punto da chiarire in fase di offerta. A queste potenze HEM Motor offre le classi IE3, IE4 e IE5 nello stesso sistema di grandezze; a 4 poli il limite IE4 è 96,7%, il limite IE5 97,4%. Il dettaglio delle regole per fasce di potenza è nell'articolo sull'obbligo di rendimento IE3 e IE4.

A questa potenza la differenza di rendimento sembra piccola, ma il valore assoluto è grande. Se un motore da 250 kW lavora 7000 ore all'anno a pieno carico, la differenza di 0,7 punti tra IE3 e IE4 vale all'incirca 13.000 kWh all'anno.

Rete e avviamento: come gestire lo spunto?

Nella classe 200–250 kW l'avviamento diretto è possibile solo con un trasformatore robusto e un carico di avviamento leggero. Nella maggior parte degli impianti si valutano le seguenti opzioni:

• Stella-triangolo: riduce corrente e coppia di spunto a circa un terzo. In un motore da 250 kW a 4 poli la corrente di spunto scende da circa 3000 A a circa 1000 A. Il motore deve funzionare a triangolo a 400 V, cioè avere avvolgimento 400/690 V. Poiché anche la coppia di spunto scende a un terzo, è adatto a pompe e ventilatori che partono a vuoto o con valvola parzializzata, di solito non a un nastro trasportatore carico.
• Avviatore statico: limita la corrente di solito a pochi multipli della nominale ed esegue l'avviamento con una rampa. È diffuso su pompe e ventilatori; con avviamento sotto carico il limite di corrente va scelto in modo da consentire la coppia necessaria a smuovere il carico.
• Autotrasformatore: negli avviamenti lunghi e gravosi mantiene la coppia meglio dello stella-triangolo; vanno considerati la scelta della presa e il limite di servizio di breve durata. Per i dettagli può consultare l'articolo sull'avviamento a gradini con autotrasformatore.
• Inverter: mantiene la corrente di spunto al livello della corrente nominale ed è la soluzione più naturale se il processo richiede la regolazione della velocità.

Qualunque metodo si scelga, non bisogna decidere senza conoscere la potenza del trasformatore e la potenza di cortocircuito. Si calcola in anticipo se i carichi sensibili alimentati dallo stesso trasformatore risentiranno della caduta di tensione all'avviamento.

400 V o 690 V?

Un'alimentazione che porta 418 A a 400 V richiede cavi in parallelo e apparecchiature di manovra di grande sezione. Se nello stabilimento esiste o viene realizzata una distribuzione a 690 V, lo stesso motore collegato a stella a 690 V lavora con circa 240 A. Sezione dei cavi, sbarre e costo dell'azionamento si riducono di conseguenza. Questa decisione di solito non riguarda un solo motore, ma l'intera distribuzione dello stabilimento. Le conseguenze del collegamento a 690 V su morsettiera e avviamento sono descritte nell'articolo sulla scelta del motore asincrono a 690 V.

Se funzionerà con inverter: cuscinetti e raffreddamento

Quando i motori di grande grandezza funzionano con inverter, sull'albero può formarsi una tensione che si scarica attraverso il cuscinetto lasciando una rigatura sulle piste di rotolamento. Per questo in queste grandezze può essere necessario un cuscinetto isolato o una spazzola di messa a terra dell'albero; l'uso con inverter va indicato chiaramente nell'ordine. Se il cavo tra motore e inverter è lungo si valuta un filtro dv/dt o sinusoidale. Se il motore lavorerà a lungo molto al di sotto dei giri/min nominali, poiché la portata d'aria della ventola calettata sull'albero diminuisce, occorre chiedersi se serva una ventilazione esterna. Per i metodi di raffreddamento può consultare l'articolo raffreddamento IC411 e IC416.

Trasporto, fondazione e messa in servizio

Il catalogo riporta dati di ingombro e movimentazione impegnativi per i motori a 2 poli da 200 e 250 kW; anche i motori a 4 e 6 poli sono dello stesso ordine di grandezza. In pratica questo significa:

• L'accesso con gru, carrello elevatore o paranco al punto di installazione del motore va pianificato in anticipo; vanno verificate le dimensioni di porte e corridoi.
• La fondazione deve essere abbastanza rigida da sostenere il motore e la coppia di reazione all'avviamento. Un telaio cedevole produce nelle misure di vibrazione valori elevati non dovuti al motore.
• L'allineamento del giunto va eseguito al laser e ricontrollato a caldo dopo il primo avviamento.
• Prima della messa in servizio va misurata la resistenza di isolamento e verificato il senso di rotazione con il giunto scollegato.

Piano per motore di riserva e approvvigionamento

A questa potenza il guasto di un motore di solito ferma l'intera linea. Per questo negli azionamenti critici vanno chiarite fin dall'inizio tre domande: si terrà un motore di riserva in stabilimento, più motori della stessa grandezza possono essere coperti da un'unica riserva, come funzionerà la linea in caso di guasto finché il motore non sarà riavvolto? Standardizzare i motori sulla stessa potenza e numero di poli è il modo più efficace per ridurre il numero di riserve. Anche la protezione del motore di riserva a magazzino da umidità e danni ai cuscinetti va pianificata a parte.

Conclusione

La scelta di un motore da 200 e 250 kW inizia con la lettura della riga di catalogo e si completa con la classe di rendimento conforme alla normativa, tensione e metodo di avviamento adatti alla rete, i requisiti del funzionamento con inverter e le condizioni fisiche di installazione. I motori di queste potenze fanno parte della serie HEM Motor motori elettrici con carcassa in ghisa. Se invia al nostro team tecnico una richiesta con potenza del trasformatore, metodo di avviamento e forma costruttiva, valuteremo insieme il modello adatto e la disponibilità a magazzino.

Domande frequenti

Quale potenza del trasformatore serve per un motore da 250 kW?

Non è corretto indicare un solo numero; vanno valutati insieme potenza del trasformatore, potenza di cortocircuito, metodo di avviamento e altri carichi sullo stesso trasformatore. Poiché con avviamento diretto la corrente di spunto supera sette volte la corrente nominale, nella maggior parte degli impianti si preferisce lo stella-triangolo, l'avviatore statico o l'inverter.

Un motore da 200 kW può essere IE3 su una macchina destinata all'UE?

Secondo il regolamento UE 2019/1781, per i motori a 2, 4 e 6 poli nella fascia 75–200 kW vige da luglio 2023 l'obbligo IE4. Per le macchine destinate al mercato UE va quindi valutata la classe IE4 per il motore da 200 kW, verificando in base alle condizioni d'uso della macchina se si applica un'esenzione.

Nei motori grandi il cuscinetto isolato è sempre necessario?

Nei motori alimentati direttamente da rete di solito non serve. Nei motori di grande grandezza che funzionano con inverter, invece, il rischio di correnti nei cuscinetti aumenta e può servire un cuscinetto isolato o la messa a terra dell'albero; questa esigenza va indicata in fase d'ordine.

Un motore da 250 kW a 2 poli è adatto all'avviamento sotto carico?

A catalogo la coppia di spunto di questo motore è circa 1,6 volte la coppia nominale. Se la coppia richiesta dal carico all'avviamento è superiore o se il tempo di avviamento è lungo, metodo di avviamento e scelta del motore vanno verificati insieme alla curva di carico.

Modelli HEM Motor da 200 e 250 kW: 200 kW 1500 giri/min (315L2-4), 200 kW 3000 giri/min, 250 kW 1500 giri/min (355M-4), 250 kW 3000 giri/min. Valori: tabella delle correnti · tabella delle coppie.