Электродвигатели 200 и 250 кВт: план большой мощности — сеть, пуск, транспортировка и резерв

4-полюсный двигатель IE3 мощностью 250 кВт в сети 400 V при номинальной нагрузке потребляет около 418 A. При прямом пуске это значение в момент пуска возрастает примерно до 3000 A. Масса двигателя превышает тонну, а момент на валу составляет около 1600 Н·м. Эти цифры показывают, что в классе 200 и 250 кВт выбор двигателя перестаёт быть выбором продукта и превращается в небольшой проект: если трансформатор, пусковое устройство, кабель, фундамент, кран и план резерва не продумываются вместе с двигателем, даже правильный двигатель создаст проблемы на объекте.

Что указано в строке каталога?

В каталоге IE3 HEM Motor эти две мощности в зависимости от числа полюсов представлены в следующих габаритах (токи указаны для 400 V):

• 2 полюса: 200 кВт IE3-315L2-2, 2980 об/мин, около 331 A; 250 кВт IE3-355M-2, 2982 об/мин, около 414 A.
• 4 полюса: 200 кВт IE3-315L2-4, 1490 об/мин, около 334 A, 1282 Н·м; 250 кВт IE3-355M-4, 1490 об/мин, около 418 A, 1602 Н·м.
• 6 полюсов: 200 кВт IE3-355M2-6, 990 об/мин, около 346 A; 250 кВт IE3-355L-6, 990 об/мин, около 433 A.

В 4-полюсной серии КПД IE3 для обеих мощностей составляет 96,0 %, коэффициент мощности — 0,90; пусковой ток примерно в 7,1 раза больше номинального, пусковой момент — примерно в 2 раза, максимальный (опрокидывающий) момент — примерно в 2,2 раза. У 2-полюсного двигателя 250 кВт кратность пускового момента снижается до 1,6. Поэтому если большой 2-полюсный двигатель выбирается для компрессора, запускаемого под нагрузкой, или вентилятора с большой инерцией, пусковой момент нагрузки нужно проверить отдельно.

Класс энергоэффективности: какой рынок — какие правила?

В Европейском союзе регламент Ecodesign (EU 2019/1781) с июля 2023 года ввёл требование IE4 для 2-, 4- и 6-полюсных двигателей в диапазоне 75–200 кВт; для мощностей свыше 200 кВт минимальный уровень — IE3. То есть в машине, поставляемой в ЕС, двигатели 200 кВт и 250 кВт могут подпадать под разные требования по классу. Действующие нормы в стране, где будет установлена машина, — первый вопрос, который нужно прояснить на этапе коммерческого предложения. HEM Motor предлагает на этих мощностях классы IE3, IE4 и IE5 в единой системе габаритов; для 4 полюсов предел IE4 составляет 96,7 %, предел IE5 — 97,4 %. Подробности правил по диапазонам мощности приведены в статье об обязательных требованиях к энергоэффективности IE3 и IE4.

Хотя на этой мощности разница в КПД кажется небольшой, в абсолютном выражении она велика. Если двигатель 250 кВт работает 7000 часов в год при полной нагрузке, разница в 0,7 пункта между IE3 и IE4 составляет примерно 13 000 кВт·ч в год.

Сеть и пуск: как обеспечить момент пуска?

В классе 200–250 кВт прямой пуск возможен только при мощном трансформаторе и лёгкой пусковой нагрузке. На большинстве предприятий рассматриваются следующие варианты:

• Звезда-треугольник: снижает пусковой ток и момент примерно до одной трети. У 4-полюсного двигателя 250 кВт пусковой ток снижается примерно с 3000 A до около 1000 A. Двигатель должен работать в треугольнике при 400 V, то есть иметь обмотку 400/690 V. Поскольку пусковой момент также снижается до одной трети, способ подходит для насосов и вентиляторов, запускаемых вхолостую или с прикрытой задвижкой, но, как правило, не для нагруженного конвейера.
• Устройство плавного пуска: обычно ограничивает ток несколькими номинальными и выполняет пуск с плавным нарастанием. Широко применяется для насосов и вентиляторов; при пуске под нагрузкой ограничение тока следует выбирать так, чтобы допускать момент, достаточный для страгивания нагрузки.
• Автотрансформатор: при длительных и тяжёлых пусках сохраняет момент лучше, чем звезда-треугольник; учитываются выбор ступени и ограничение кратковременного режима. Подробнее — в статье о ступенчатом пуске через автотрансформатор.
• Преобразователь частоты: удерживает пусковой ток на уровне номинального и является самым естественным решением, если процессу нужно регулирование скорости.

Какой бы метод ни был выбран, решение нельзя принимать, не зная мощности трансформатора и мощности короткого замыкания. Заранее рассчитывается, повлияет ли падение напряжения в момент пуска на чувствительные нагрузки, питающиеся от того же трансформатора.

400 V или 690 V?

Питание, по которому идёт 418 A при 400 V, требует параллельных кабелей и коммутационной аппаратуры большого сечения. Если на предприятии есть распределительная сеть 690 V или она создаётся, тот же двигатель при соединении звездой на 690 V работает с током около 240 A. Соответственно снижаются сечение кабеля, шины и стоимость привода. Это решение обычно принимается не для одного двигателя, а для всей распределительной сети предприятия. Последствия подключения на 690 V для клеммной коробки и пуска описаны в статье о выборе асинхронного двигателя на 690 V.

При работе от привода: подшипники и охлаждение

Когда двигатели больших габаритов работают от преобразователя частоты, на валу может возникать напряжение; разряжаясь через подшипник, оно оставляет рифление на дорожках качения. Поэтому для этих габаритов могут потребоваться изолированные подшипники или щётка заземления вала; работа от привода должна быть явно указана в заказе. Если кабель между двигателем и приводом длинный, рассматривается фильтр dv/dt или синус-фильтр. Если двигатель будет длительно работать на частоте вращения намного ниже номинальной, следует выяснить, нужен ли независимый вентилятор, поскольку расход воздуха от вентилятора на валу уменьшится. О способах охлаждения читайте в статье охлаждение IC411 и IC416.

Транспортировка, фундамент и ввод в эксплуатацию

По каталогу масса 2-полюсного двигателя 200 кВт составляет около 1194 kg, двигателя 250 кВт — около 1685 kg; 4- и 6-полюсные двигатели того же порядка. На практике это означает следующее:

• Доступ крана, погрузчика или тали к месту установки двигателя нужно спланировать заранее; размеры дверей и коридоров следует проверить.
• Фундамент должен быть достаточно жёстким, чтобы выдерживать массу двигателя и реактивный момент при пуске. Нежёсткая рама даёт при измерениях вибрации высокие значения, не связанные с двигателем.
• Центровку муфты следует выполнять лазером и повторно проверять в горячем состоянии после первого пуска.
• Перед вводом в эксплуатацию следует измерить сопротивление изоляции и проверить направление вращения при разъединённой муфте.

План резервных двигателей и поставок

Отказ двигателя такой мощности обычно останавливает всю линию. Поэтому для критичных приводов с самого начала нужно ответить на три вопроса: будет ли на предприятии храниться резервный двигатель, можно ли обеспечить несколько двигателей одного габарита одним резервным, как будет работать линия при отказе, пока двигатель перематывается? Стандартизация двигателей по мощности и числу полюсов — самый эффективный способ сократить число резервных. Отдельно нужно спланировать защиту резервного двигателя, хранящегося на складе, от влаги и повреждения подшипников.

Заключение

Выбор двигателя 200 и 250 кВт начинается с чтения строки каталога и завершается классом энергоэффективности в соответствии с нормами, напряжением и способом пуска, подходящими для сети, требованиями работы от привода и физическими условиями монтажа. Двигатели этих мощностей входят в серию HEM Motor электродвигатели с чугунным корпусом. Если вы направите нашей технической команде запрос с указанием мощности трансформатора, способа пуска и монтажного исполнения, мы вместе оценим подходящую модель и наличие на складе.

Часто задаваемые вопросы

Какая мощность трансформатора нужна для двигателя 250 кВт?

Называть одно число было бы неправильно; мощность трансформатора, мощность короткого замыкания, способ пуска и другие нагрузки того же трансформатора оцениваются вместе. Поскольку при прямом пуске пусковой ток превышает номинальный более чем в семь раз, на большинстве предприятий предпочитают звезду-треугольник, устройство плавного пуска или привод.

Может ли двигатель 200 кВт в машине, поставляемой в ЕС, быть класса IE3?

Согласно регламенту EU 2019/1781, для 2-, 4- и 6-полюсных двигателей в диапазоне 75–200 кВт с июля 2023 года действует требование IE4. Поэтому для двигателя 200 кВт в машинах для рынка ЕС следует рассматривать класс IE4, а наличие исключений — проверять с учётом условий эксплуатации машины.

Всегда ли для больших двигателей нужны изолированные подшипники?

Для двигателей, питающихся непосредственно от сети, обычно не нужны. Для двигателей больших габаритов, работающих от преобразователя частоты, риск подшипниковых токов возрастает, поэтому могут потребоваться изолированные подшипники или заземление вала; эту потребность нужно указать на этапе заказа.

Подходит ли 2-полюсный двигатель 250 кВт для пуска под нагрузкой?

По каталогу пусковой момент этого двигателя примерно в 1,6 раза больше номинального. Если потребный момент нагрузки при пуске выше или пуск длительный, способ пуска и выбор двигателя нужно проверить вместе с нагрузочной характеристикой.

Модели HEM Motor 200 и 250 кВт: 200 кВт 1500 об/мин (315L2-4), 200 кВт 3000 об/мин, 250 кВт 1500 об/мин (355M-4), 250 кВт 3000 об/мин. Значения: таблица токов · таблица моментов.