Главная / Новости / Новости отрасли / Низковольтные двигатели: диапазон напряжения, правила выбора и эффективность IE3/IE4

Низковольтные двигатели: диапазон напряжения, правила выбора и эффективность IE3/IE4

Если на паспортной табличке двигателя указано напряжение 400 В, 415 В, 460 В или 690 В, это двигатель низкого напряжения. На первом месте следует вывод: почти для каждого промышленного привода мощностью ниже примерно 1 МВт низкое напряжение является правильным выбором, поскольку вся цепочка вокруг него, от контакторов и кабеля до устройств плавного пуска и запасных подшипников, является стандартной, недорогой и доступна повсюду. Сложная часть не в диапазоне напряжений. Он обеспечивает правильное количество полюсов, корпус, изоляцию и класс эффективности для реальной работы.

Что означает низкое напряжение на практике

Низкое напряжение, обычно сокращаемое до LT, описывает диапазон, который IEC 60038 классифицирует как низкое напряжение: до 1000 В переменного тока между фазами. Помимо этого, двигатели становятся среднего или высокого напряжения, а электрическая архитектура полностью меняется: появляются распределительные устройства среднего напряжения, кабельные наконечники среднего напряжения, а также пускатели или приводы, рассчитанные на 3,3 кВ, 6,6 кВ, 10 кВ или 11 кВ. Низкое напряжение – это повседневный термин в Великобритании, Индии, на Ближнем Востоке и в большей части Азии; «низкое напряжение» — эквивалентная формулировка в документации IEC и документации для Северной Америки.

Почти все промышленные двигатели низкого напряжения представляют собой трехфазные асинхронные (асинхронные) машины мощностью от 0,06 до 1000 кВт, при этом практический потолок для стандартной конструкции составляет 690 В. Однофазные двигатели низкого напряжения существуют при напряжении 230 В, но их мощность редко превышает 2,2 кВт, поскольку пусковой ток и размер корпуса быстро растут.

Таблица 1. Диапазоны напряжений, используемые для промышленных двигателей. Низкое напряжение охватывает самый широкий спектр повседневных обязанностей.
Диапазон напряжения Типичные напряжения двигателя Типичный диапазон мощности Стартовое оборудование
Низкое напряжение (НН) 230, 400, 415, 460, 480, 525, 690 В от 0,06 до 1000 кВт DOL, звезда-треугольник, устройство плавного пуска, низковольтный частотно-регулируемый привод
Среднее напряжение (МВ) 3,3, 6,6, 10, 11 кВ от 200 кВт до 20 МВт Устройство плавного пуска среднего напряжения или частотно-регулируемый привод среднего напряжения
Высокое напряжение Выше 33 кВ Не используется для стандартных двигателей. Не применимо

Коммерческое преимущество ленты низкого натяжения заключается в стандартизации. Контакторы, реле перегрузки, кабельные вводы, клеммные коробки и подшипники — это готовые изделия с короткими сроками поставки, а двигатель на замену часто можно получить в течение нескольких дней, а не месяцев.

Как устроен двигатель низкого напряжения

Стандартный двигатель низкого напряжения представляет собой полностью закрытую машину с вентиляторным охлаждением (TEFC). Статор несет трехфазную обмотку в ламинированном стальном сердечнике, ротор представляет собой короткозамкнутую клетку, вал вращается в двух подшипниках качения, а установленный на валу вентилятор под капотом прогоняет воздух через ребра рамы. Клеммная коробка, паспортная табличка, точки подъема и монтажные ножки отлиты или обработаны на одной раме, поэтому 4-полюсный двигатель одного поставщика обычно может попасть на территорию другого поставщика.

Клеммная коробка Статор и ротор Вентилятор охлаждения и капот Вал и шпонка Монтажные ножки
Рисунок 1. Типичный двигатель TEFC низкого напряжения с указанием основных деталей, указанных в технических характеристиках.

Два паспортных номинала заслуживают внимания при закупках. Изоляция класса F с повышением температуры класса B является обычной промышленной спецификацией: система обмоток рассчитана на температуру 155 °C, но конструкция удерживает фактическое повышение в пределах класса B при номинальной нагрузке, что значительно продлевает срок службы изоляции. IP55 — это обычный корпус, защищенный от пыли и устойчивый к водяным струям любого направления, который подходит для насосных помещений, мастерских и защищенной наружной установки.

Скорость, крутящий момент и количество полюсов

Количество полюсов определяет скорость, а скорость определяет крутящий момент. При питании с частотой 50 Гц синхронные скорости составляют 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин для 2, 4, 6 и 8 полюсов, а скорость при полной нагрузке оказывается на несколько процентов ниже из-за проскальзывания. Зависимость проста: крутящий момент в Нм равен 9550, умноженному на мощность в кВт, разделенному на скорость в об/мин. Таким образом, 4-полюсный двигатель мощностью 15 кВт выдает около 99 Нм при полной нагрузке, а тот же 8-полюсный двигатель мощностью 15 кВт выдает около 199 Нм.

Таблица 2. Приблизительные скорости и крутящий момент при полной нагрузке для двигателя низкого напряжения мощностью 15 кВт при частоте 50 и 60 Гц.
поляки Скорость при 50 Гц Скорость при 60 Гц Крутящий момент при 15 кВт Типичная обязанность
2 Около 2900 об/мин Около 3500 об/мин Около 49 Нм Насосы, вентиляторы, высокоскоростные машины
4 Около 1450 об/мин Около 1750 об/мин Около 99 Нм Общего назначения, насосы, конвейеры
6 Около 960 об/мин Около 1160 об/мин Около 149 Нм Миксеры, дробилки, тяжелый старт
8 Около 720 об/мин Около 870 об/мин Около 199 Нм Медленные конвейеры, мельницы, прямой привод

Выбирайте количество полюсов исходя из крутящего момента и скорости, необходимых приводимой машине, а не по привычке. 2-полюсный двигатель компактен и недорог, но обеспечивает узкий диапазон полезного крутящего момента, тогда как 8-полюсный двигатель с прямым приводом убирает коробку передач за счет веса и цены. Для обычных насосов, вентиляторов и конвейеров разумным вариантом по умолчанию является 4-полюсная машина IE3, такая как высокоэффективный 4-полюсный асинхронный двигатель общего назначения YE3/IE3.

YE3/IE3 General-Purpose High-Efficiency Induction Motor (4-pole) YE3/IE3 Высокоэффективный асинхронный двигатель общего назначения (4-полюсный) Высокоэффективный асинхронный двигатель общего назначения YE3/IE3 (4-полюсный) является частью высокоэффективной серии YE3(IE3) с синхронной скоростью 1500 об/мин и выходной мощностью... Посмотреть продукт →

Классы эффективности и стоимость эксплуатации

IEC 60034-30-1 определяет международные классы эффективности от IE1 до IE4. В ЕС Регламент 2019/1781 требует IE3 как минимум для большинства трехфазных двигателей мощностью от 0,75 кВт до 1000 кВт с июля 2021 года, при этом IE4 требуется для определенных номиналов с июля 2023 года, а аналогичные правила минимальной эффективности применяются на многих других рынках. Для сравнения: двигатель IE3 имеет примерно на 20% меньшие потери, чем двигатель IE2 той же мощности.

IE3 Минимум ЕС для большинства двигателей мощностью от 0,75 до 1000 кВт с июля 2021 г.
90% Типичная доля затрат на электроэнергию в течение всего срока службы
~20% Меньшие потери в IE3 по сравнению с IE2 при той же мощности

Цена покупки не является решающим фактором. Исследования жизненного цикла, на которые ссылаются энергетические агентства, обычно показывают, что на электроэнергию приходится более 90% общей стоимости двигателя в течение 10–15 лет непрерывной работы, тогда как сам двигатель составляет лишь небольшую часть. Вот почему надбавка к IE4 окупается в течение нескольких месяцев при работе насоса, работающего круглосуточно и без выходных, и может занять годы при работе двигателя, работающего несколько сотен часов в год. При непрерывном режиме работы и почти полной нагрузке машина класса IE4, такая как энергосберегающий 4-полюсный асинхронный двигатель общего назначения YE4/IE4, является более дешевым выбором в течение всего срока службы.

YE4/IE4 General-Purpose Energy-Saving Induction Motor (4-pole) YE4/IE4 Энергосберегающий асинхронный двигатель общего назначения (4-полюсный) Если 2-полюсная модель создана для скорости, то 4-полюсный энергосберегающий асинхронный двигатель общего назначения YE4/IE4 создан для совместимости. При синхронной скорости 1500 об... Посмотреть продукт →

Условия сайта, которые меняют выбор

Четыре условия сайта регулярно отклоняют проект от значений по умолчанию в каталоге:

  • Температура окружающей среды выше 40 °C или высота над уровнем моря более 1000 м. Стандартные номинальные значения предполагают 40 °C и 1000 м, и мощность должна быть снижена выше этих значений.
  • Работа с переменной скоростью. Инверторное питание приводит к увеличению потерь на гармоники, более быстрому повышению напряжения на клеммах и, в случае больших корпусов, к напряжению на валу.
  • Коррозионные, влажные или промываемые помещения, где IP55 является лишь базовым уровнем и требуется более высокая степень защиты плюс подходящая система окраски.
  • Частый пуск и остановка, что требует более высокой нагрузки и часто электромагнитного тормоза для удержания или позиционирования.

Там, где управление скоростью является частью процесса, машина с ЧРП, такая как 4-полюсный двигатель с регулируемой частотой общего назначения YVF2, позволяет избежать проблем с охлаждением и изоляцией, присущих стандартному двигателю с питанием от инвертора. Обязанности, такие как обслуживание насосов и систем отопления, вентиляции и кондиционирования сочетают в себе продолжительное время работы со скромным пусковым моментом, и именно здесь класс эффективности оказывает наибольшее влияние на эксплуатационные расходы.

YVF2 General-Purpose Variable-Frequency Motor (4-pole) YVF2 Универсальный двигатель с регулируемой частотой (4-полюсный) Универсальный двигатель переменной частоты YVF2 (4-полюсный) обеспечивает плавное регулирование скорости и высокую универсальность, подходит для широкого спектра промышленных задач общего назначения. Посмотреть продукт →

Где на самом деле выходят из строя двигатели низкого напряжения

Поскольку двигатели низкого напряжения настолько широко используются, характер их отказов хорошо задокументирован. Исследования надежности двигателей, опубликованные IEEE и EPRI, неизменно обнаруживают такое же распределение в трехфазных асинхронных двигателях: на подшипники приходится наибольшая доля отказов, за ними следует изоляция обмотки статора, а проблемы ротора и вала далеко позади.

Подшипники 41%
Обмотка статора 37%
Ротор и вал 10%
Другие причины 12%
Рисунок 2. Доля отказов по компонентам трехфазных асинхронных двигателей на основе исследований надежности двигателей IEEE и EPRI.

Для планирования технического обслуживания это означает, что соосность, натяжение ремня, интервалы смазки и качество подшипников имеют большее значение, чем любая модернизация электрической системы. Работа инвертора может ускорить повреждение подшипников из-за токов на валу, поэтому двигатели большей мощности для инверторного режима часто оснащаются изолированными подшипниками или заземляющим кольцом вала.

Когда низкое напряжение больше не является правильным ответом

Низкое напряжение перестает быть экономичным в трех ситуациях: мощность выше примерно 1 МВт, длина кабеля настолько велика, что падение напряжения и размер проводника становятся непрактичными, а также установки, в которых уровень короткого замыкания на шине низкого напряжения делает распределительное устройство дорогим. Двигатель мощностью 500 кВт при питании 400 В потребляет примерно 870 А, что уже требует нескольких параллельных прокладок кабеля и очень большого автоматического выключателя; при напряжении 6,6 кВ тот же двигатель потребляет около 53 А. Переход между низким и средним напряжением обычно находится в диапазоне от 500 кВт до 1500 кВт и увеличивается по мере увеличения расстояния между стартером и двигателем.

Контрольный список спецификаций перед заказом

Краткий контрольный список предотвращает большинство ошибок при заказе:

  1. Питание: напряжение, частота, количество фаз и будет ли двигатель работать на частотно-регулируемом приводе.
  2. Рабочая точка: требуемый крутящий момент и скорость, количество полюсов и метод запуска.
  3. Класс эффективности, требуемый целевым рынком, а также любые сертификаты, такие как CE, CCC или ISO 9001.
  4. Корпус и изоляция: степень IP, класс изоляции и превышение температуры.
  5. Окружающая среда: температура окружающей среды, высота над уровнем моря, влажность, коррозионная или взрывоопасная атмосфера.
  6. Механические: способ монтажа (B3, B5 или B35), размеры вала, направление вращения и положение клеммной коробки.
  7. Коммерческие: наличие запасных частей, время выполнения заказа и возможность предоставления отчетов об испытаниях.

Часто задаваемые вопросы о двигателях низкого напряжения

Вопрос 1. Что такое двигатель низкого напряжения?

Двигатель низкого напряжения предназначен для работы от источников низкого напряжения до 1000 В переменного тока. На практике почти все они представляют собой трехфазные асинхронные двигатели с напряжением от 230 до 690 В.

В2. Каков диапазон напряжения двигателя низкого напряжения?

Стандартные двигатели низкого напряжения рассчитаны на 230 В, 400 В, 415 В, 460 В, 480 В или 690 В при частоте 50 или 60 Гц. 690 В — обычный верхний предел.

Вопрос 3. В чем разница между двигателем низкого и высокого напряжения?

Двигатели низкого напряжения работают от напряжения до 1000 В со стандартным распределительным устройством низкого напряжения и кабелем. Двигатели высокого напряжения работают при напряжении 3,3 кВ и выше и обычно запускаются при мощности выше 500 кВт.

Вопрос 4. Как выбрать между 2, 4, 6 и 8-полюсными двигателями?

Согласуйте скорость и крутящий момент рабочей машины. При 50 Гц 2-полюсный двигатель работает около 2900 об/мин, 4-полюсный — около 1450 об/мин, 6-полюсный — около 960 об/мин и 8-полюсный — около 720 об/мин.

Вопрос 5. Стоит ли переплачивать за двигатель IE3 или IE4?

На постоянной службе, да. Электричество обычно составляет более 90% стоимости всего срока службы, поэтому эффективность IE3 или IE4 быстро окупает разницу в цене. При прерывистом режиме окупаемость происходит медленнее.

Вопрос 6. Может ли двигатель низкого напряжения работать на частотно-регулируемом приводе?

Стандартный двигатель может работать на ЧРП в определенных пределах, но двигатели с инверторным режимом лучше справляются с гармониками и охлаждением. Длинные кабели и высокие частоты переключения увеличивают риск намотки и подшипников.

Вопрос 7. Что означает IP55 для двигателя низкого напряжения?

IP55 означает, что корпус защищен от пыли и устойчив к водяным струям любого направления, что соответствует большинству внутренних промышленных и закрытых наружных установок.

Получение правильной спецификации с первого раза

Двигатели низкого напряжения являются «рабочими лошадками» промышленных предприятий, и большинство ошибок в спецификациях возникает из-за того, что к ним относятся как к товару, который можно заказывать только по киловаттам. Напряжение, количество полюсов, класс эффективности и корпус оказывают измеримое влияние на стоимость энергии и время простоя. Если вам нужна помощь в подборе двигателя для конкретной задачи, отправьте подробную информацию о загрузке, данные о поставке и окружающей среде , а рама, класс эффективности и дополнительные опции могут быть подтверждены до того, как вы сделаете заказ.


ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СЕРВИС  ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СЕРВИС  ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СЕРВИС  ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СЕРВИС 
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СЕРВИС  ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СЕРВИС  ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СЕРВИС  ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СЕРВИС