По многим другим позициям асинхронный двигатель уверенно держит оборону
ПАО «НИПТИЭМ», входящий в концерн «РУСЭЛПРОМ» – ведущий российский центр по созданию низковольтных асинхронных двигателей мощностью до 400 кВт. Компания, недавно отметившая свое пятидесятилетие, активно развивается, создает новые типы электромашин – частотно-регулируемые, вентильные, вентильно-индукторные. О новых разработках владимирской школы электромашиностроения нам рассказал руководитель расчетно-теоретического сектора НИПТИЭМ Андрей Кобелев.
КМ: Андрей Степанович, начнем с главного для вас и самого массового сегодня в мире – трехфазного асинхронного двигателя. Этой электромашине, созданной нашим соотечественником Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским в далеком 1889 году, не так давно предсказали потерю лидерства. Двигателем будущего называют синхронно-реактивный мотор. Вы согласны с таким прогнозом?
Отмечу, что наша компания владеет информацией о синхронно-реактивных двигателях (СинРД) не понаслышке. Мы уже создали несколько типоразмеров таких двигателей от 15 кВт и до 500 кВт и подтверждаем их следующие преимущества: экономичность, энергоэффективность и компактность.
Ротор синхронно-реактивных двигателей не содержит дорогих меди и алюминия, в нем не используются весьма дорогие редкоземельные магниты, и это, безусловно, снижает его стоимость. Отсутствие потерь в роторе позволяет обеспечить высокую энергоэффективность, не ниже класса IE3. Что же касается размеров, то в габаритах асинхронного двигателя СинРД демонстрирует мощность на одну-две ступени выше.
Ротор синхронно-реактивного двигателя
У синхронно-реактивного двигателя есть и недостатки: низкий коэффициент мощности невысокое значение максимального момента, необходимость специального преобразователя частоты.
Вентиляторы и насосы, на которые приходится солидный сегмент приводной техники, нуждаются в двигателях с высоким КПД и неприхотливы к пусковым и перегрузочным свойствам. Для этих применений СинРД – оптимальное решение. Сегодня как специалисты НИПТИЭМ, так и зарубежные исследователи стремятся создать эффективную конструкцию синхронно-реактивного двигателя с пусковой клеткой в роторе. Удачное «добавление опции» по прямому асинхронному пуску может снять необходимость в преобразователе. При этом энергоэффективность несколько уменьшится.
Возвращаясь к прогнозу перспектив асинхронного двигателя, отмечу, что сегодня на этот тип электромашин приходится около 80% всех двигателей, выпускаемых промышленностью. В ближайшей перспективе можно ожидать уменьшение этой доли на 1% ежегодно, так что лидирующие позиции асинхронные двигатели будут удерживать весьма долго.
КМ: С вашей традиционной продукцией большинство отечественных специалистов, хорошо знакомы. А какие бы вы выделили изменения в портфеле своих низковольтных асинхронных двигателей?
Нами освоены новые решения для электродвигателей всех видов городского транспорта: троллейбусов, трамваев, экобусов, метро. Важной инновацией здесь является НИОКР по созданию высокоэнергоэффективного компактного двигателя с постоянными магнитами для троллейбуса, с «длинной» второй зоной регулирования (с ослаблением магнитного потока). Этим проектом НИПТИЭМ готов бросить перчатку любому мировому производителю двигателей для городских электротранспортных средств – попробуйте превзойдите.
Расширяется линейка двигателей для привода вспомогательных устройств (компрессоров, вентиляторов) железнодорожных локомотивов. Наращивается номенклатура двигателей для привода тяжелых транспортных средств, как гусеничных, так и колесных.
АЭД для привода оси трамвая. Взаимосвязанный электромагнитный, тепловой и вентиляционный расчеты позволяют с высокой точностью определить электромеханические характеристики и тепловое состояние проектируемого электродвигателя.
Мы выпускаем эффективные электродвигатели для новых объектов специального назначения. По понятным причинам, здесь не будет подробностей. Однако, если данный номер журнала «Конструктор. Машиностроитель» читает специалист оборонного предприятия, которому требуются двигатели 0,18–400 кВт с высокими требованиями по энергоэффективности, надежности, к показателям ВШХ, тогда ему нужны наши знания и опыт, обращайтесь.
Добавлю, что НИПТИЭМ с удовольствием берется за наукоемкие проекты по разработке эксклюзивного привода, когда число рабочих механизмов не тиражируемо и составляет единицы штук. Реализованные таким образом проекты исчисляются десятками.
Не могу не вспомнить других представителях «Владимирской площадки» концерна «РУСЭЛПРОМ». Группа компаний «ВЭМЗ» при научно-технической поддержке НИПТИЭМ осваивает номенклатуру взрывозащищенных двигателей категории IIC, расширяется линейка двигателей для АЭС, идет активная работа над двигателями для привода рольгангов.
Электродвигатель 5АМЦ315М6А5О4 мощностью 110 кВт, 1000 об/мин с воздушным охлаждением предназначен для привода высоконапорных вентиляторов ВДНА-15, расположенных в герметичной зоне АЭС.
КМ: В ЕС дважды за последние время ужесточались требованияк энергоэффективности электродвигателей. Вся Америка давно живет в таком режиме. Китай тоже готовится перейти на нормы, сопоставимые с IE3. Почему Россия отстает?
НИПТИЭМ недавно подготовил каталог серии энергоэффективных двигателей 7AVE, куда вошли и высокоэнергоэффективные АЭД класса IE3. В нем мы подробно рассматриваем этот вопрос. Такие преимущества энергоэффективных АЭД, как значительная экономия на стоимости владения, повышенная надежность, меньший шум, глубокое регулирование в первой зоне при работе в составе частотно-регулируемого привода, для европейского потребителя более важны, чем разовая переплата на 20–30% за энергоэффективный мотор. Она окупается за год-полтора за счет экономии потребляемой электроэнергии.
Энергоэффективные асинхронные двигатели серии 7AVE общепромышленного исполнения от 4¸500 кВт.
Освоение и применение АЭД класса IE2 в странах ЕС обязательно как для производителей, так и для потребителей электродвигателей. В России же, несмотря на выпущенный в 2011 г. ГОСТ Р 54413-2011 (почти полный аналог IEC 60034-30-1), применение энергоэффективных двигателей носит рекомендательный характер. Обязательным производство и применение энергоэффективных АЭД станет у нас после принятия технического регламента ТС «О требованиях к энергетической эффективности электрических энергопотребляющих устройств», проект которого к настоящему времени согласован всеми странами ТС, кроме РФ. Сдерживание этого согласования наносит большой экономический ущерб стране.
КМ: Насколько сложно создание ЭЭД? Стремление снизить потери заставляет использовать больше меди в статоре и толкает к увеличению размеров…
Большинство типоразмеров предыдущей серии 5А имело энергоэффективность IE1. В новой серии 7AVE переход от стандартной энергоэффективности IE1 к высокой энергоэффективности IE2 осуществлен во многом благодаря принятой идеологии параметрической оптимизации без дополнительного расхода электротехнических материалов. Типоразмеры серии 5А, соответствующие классу энергоэффективности IE2, перепроектированы для снижения расхода материалов.
О более высоких классах энергоэффективности. В результате исследований нами установлено, что в увязке CENELEC возможно обеспечить энергоэффективность двигателей по классу IE4 в отрезке 160–315 мм. При этом использование медной клетки ротора в габаритах 160, 180 обязательно. В габаритах 180–315 мм необходимо применение электротехнической стали с малыми удельными потерями.
Для класса энергоэффективности IE3 медное литье необязательно. В увязке ГОСТ 31606-2012 (вариант I) энергоэффективность класса IE4 реализуема в габаритах 280, 315, 355 мм. Длина пакета (при сравнении IE1 и IE3) увеличивается на 20–40%.
Очевидно, самой дорогой технологической операцией является медное литье, необходимое для младших габаритов. Однако успехи в этом вопросе (для примера можно назвать фирму Breuckmann GmbH) позволяют предположить, что стоимость заливки роторов медью будет неуклонно снижаться. Разумеется, нужно подтянуться и по остальным технологическим переделам: качественной штамповке; заливке роторов, исключающих раковины; применению качественных подшипников. Не исчерпаны и возможности структурно-параметрической оптимизации.
КМ: С одной стороны, энергоэффективные двигатели способны сберечь несколько процентов КПД,с другой – ошибки, к примеру, при выборе механических компонентов привода или даже теплового режима масла для редуктора грозят потерей десятков процентов…
Предлагаю сосредоточиться в этом вопросе на компетенциях электромехаников и специалистов в области электропривода. До недавнего времени даже между этими близкими сферами технических знаний было недопонимание (недостаток информации) о подходах к выбору электрической машины для приводов со сложным режимом работы. Например, режим S9 – работа электродвигателя с непериодическими изменениями нагрузки и частоты вращения. Специалистами НИПТИЭМ разработана методология, программное и методическое обеспечение по проведению поискового проектирования и энергетических расчетов АЭД в динамических режимах, а также программы экспериментальных исследований двигателей в динамических режимах, созданы соответствующие испытательные стенды. Все перечисленное обеспечение позволяет проектировать оптимальный двигатель для любого рабочего механизма, сколь сложной бы ни была динамика его работы.
Если же выйти за рамки названных компетенций, следует отметить, что нередко наши специалисты активно участвуют в подготовке технических условий на изделие в целом.
АЭД защищенного исполнения (IP23) для привода вспомогательного оборудования электровоза.
КМ: Еще одна современная тенденция – отказ от редукторов во многих применениях. Как развивается ваш проект безредукторного лифтового привода на базе асинхронного двигателя?
Если говорить о современных запросах рынка, более востребованными являются лифтовые лебедки с полиспастом, где используется в том числе и наш безредукторный привод с асинхронным двигателем. Вместе с тем углубление компетенций НИПТИЭМ в области проектирования двигателей с постоянными магнитами позволило сделать несколько эскизных проектов по безредукторному лифтовому приводу на базе СДПМ. Планируем организовать выпуск таковых лебедок в ближней перспективе.
КМ: Вы создаете и продаете только электродвигатели или предлагаете и оптимизированные приводные решения «под ключ»? Не пытался ли НИПТИЭМ сотрудничать с другими производителями механических и электронных компонентов для привода?
Могу сказать, что институтом разрабатывается и поставляется комплектный электропривод для тяжелых транспортных средств и для некоторых объектов специального назначения.
КМ: Падение рубля ударило по многим российским производителям, но вроде бы подарило надежду на рост экспорта продукции. Этим шансом удается воспользоваться?
До повышения стоимости доллара к рублю конкурировать с китайскими асинхронными машинами для общепромышленных нужд было чрезвычайно сложно, сейчас задача несколько упростилась. Тем не менее вынужден отметить следующее. Трудозатраты на производство двигателя невелики. Большую часть расходов в ценообразовании занимают активные материалы. Нами проанализировано содержание активных материалов в ряде типоразмеров китайских моторов и установлено, что расход материалов у нас и у азиатских конкурентов примерно одинаков. Почему же их двигатели дешевле? Непонятно. Однако вариант ответа имеется. Возможно, азиатские производители на двигатели для экспортных поставок приобретают активные материалы, так сказать, по специальным ценам. Отечественный же производитель покупает материалы по ценам международных бирж металлов, хотя как медь, так и динамная сталь производятся в России.
Что касается модификаций и специализированных исполнений АЭД, надежды на рост экспорта продукции оправданны вдвойне.
КМ: Не за горами чемпионат мира по футболу, и, вероятно, для гостей первенства закупят электробусы. Закупят за рубежом, т. к. их промышленного производства в России нет. РУСЭЛПРОМ сделал четыре больших гибридных автобуса с различными производителями из СНГ, тяговое оборудование показало хорошие характеристики, заслужило национальную премию «Приоритет-2016», и что в итоге?
Позвольте на этот вопрос ответить исключительно как разработчику электрических машин, в том числе и для электробусов. В своих решениях мы постоянно улучшаем электромеханические, массогабаритные показатели и надежность упомянутых электрических машин. Будут ли наши решения использованы для гостей мундиаля? Возможно, на юге России.
КМ: Сегодня аналогичные гибридные технологии активно развиваются на железнодорожном транспорте и в судостроении. Каковы перспективы в этих сегментах?
НИПТИЭМ имеет опыт разработки и поставки комплектного привода в судостроении и гибридного привода для нужд ОАО «РЖД». Примером последнего являются разработка и поставка электромеханической трансмиссии погрузочно-транспортного грузового мотовоза «МПТГ-2».
КМ: В заключение давайте немного помечтаем. Электромашины, построенные на принципе сверхпроводимости, мощностью 15 кВт на кг веса…
Если это и мечты, то не столь заоблачные. В России есть мощная школа, исследующая криогенные электрические машины. Речь идет о кафедре 310 МАИ – «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы». Тем более что своим вопросом вы облегчаете ответ, поскольку оперируете не моментом, а мощностью, отсылая нас к высокоскоростным машинам. Хотелось бы также заметить, что некоторые очень смелые «рапорты» по показателю Р/G подразумевают не длительную, а пиковую мощность. Пока у НИПТИЭМ есть только очень небольшой опыт по разработке криогенной машины, точнее, двигателя, работающего в предельно низких температурах, на уровне эскизного проекта.
konstruktor.net
Энергосберегающие двигатели серии 7А (7AVE): 7AVER 160S2, 7AVER 160М2, 7AVEC 160MA2, 7AVEC 160МB2, 7AVEC 160L2, 7AVER 160S4, 7AVER 160M4, 7AVEC 160М4, 7AVEC 160L4, 7AVER 160S6, 7AVER 160M6, 7AVEC 160М6, 7AVEC 160L6, 7AVER 160S8, 7AVER 160M8, 7AVEC 160МA8, 7AVEC 160МB8, 7AVEC 160L8
Мировое научно техническое сообщество уделяет вопросам энергосбережения и, следовательно, повышению энергоэффективности оборудования исключительное значение.
Асинхронные двигатели — основные потребители энергии в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, ЖКХ. На их долю приходится около 60% всех энергозатрат в названных отраслях.
Такая структура энергопотребления существует во всех промышленно развитых странах, в связи с чем, они активно переходят на эксплуатацию электродвигателей повышенной энергоэффективности, использование таких двигателей становится обязательным.
Серия 7AVE создана с применением российского стандарта ГОСТ Р 51689-2000, вариант I, и европейского стандарта CENELEC, IEC 60072-1, что позволит устанавливать новые энергосберегающие электродвигатели как на отечественное оборудование, так и на импортное, где в настоящее время используются двигатели иностранного производства.
Серия 7АVE предусматривает повышение КПД от 1,1% (старшие габариты) до 5% (младшие габариты) и охватывает самый востребованный диапазон мощностей от 1,5 до 500 кВт.
Создание энергоэффективных двигателей серии 7АVE гармонизируется и с таким важнейшим направлением в деле энергосбережения, как разработка двигателей для частотно-регулируемого привода, поскольку энергоэффективный двигатель обладает лучшими регулировочными свойствами, в частности, большим запасом по максимальному моменту. Здесь действует простое правило: чем больше класс энергоэффективности общепромышленного двигателя, тем шире его зона применения в частотно-регулируемом приводе.
Двигатели серии 7AVE (IE2, IE3) адаптированы к работе в составе частотно-регулируемого электропривода. За счет высокого сервис фактора двигатели могут работать в составе ЧРП без принудительной вентиляции.
Выпускает энергоэффективные двигатели серии 7АVE Владимирский электромоторный завод (ОАО «ВЭМЗ»).
Специализация ОАО «ВЭМЗ» — низковольтные электродвигатели мощностью от 0,18 до 315 кВт общепромышленного и специального исполнений, энергосберегающие двигатели.
Номенклатура продукции ВЭМЗ включает трехфазные асинхронные двигатели общепромышленного назначения, а также специальные модификации: взрывозащищенные, однофазные двигатели, двигатели для привода лифтов, бессальниковых компрессоров холодильных машин, электрических талей, вибромашин, вспомогательных механизмов магистральных электровозов, станков-качалок.
Электродвигатели выпускаются в различных исполнениях по степени защиты (брызгозащищенные, закрытые обдуваемые, взрывозащищенные) и имеют исполнения для эксплуатации в различных климатических зонах (от холодного климата до тропического).
ОАО «ВЭМЗ» входит в состав Российского электротехнического концерна «РУСЭЛПРОМ», объединяющего несколько крупных электромашиностроительных предприятий России.
Контактная информацияООО «ТД «РУСЭЛПРОМ»109029 г. Москва Нижегородская., д.32, корп. 15Телефон (495) 600-42-53Факс (495) [email protected]
Источник: ОАО «ВЭМЗ»
electrichelp.ru
1. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматияэнергосбережения: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 1 / Под ред. В. Г. Лисиенко. М.: Теплоэнергетик, 2002. - 688 с.
2. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод : Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И. Я. Браславский, 3. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков; Под ред. И. Я. Браславского. — М. : Издательский центр «Академия», 2004. 256 с.
3. Липатов Ю.А. Энергосбережение: реальность и перспективы // Приложение к журналу «ТЭК и ресурсы Кузбасса». 2005. - №2. - С. 2225.
4. Muravleva О.О., Muravlev O.P., Vekhter E.V. Energetic parameters of induction motors as the basis of energy saving in a variable speed drive // Electrical power quality and utilization journal. 2005. - Vol. XI. - №2. - P. 99-106.
5. Литвак B.B. Основы регионального энергосбережения : Научно-технические и производственные аспекты / В. В. Литвак. Томск : Изд-во НТЛ, 2002. - 300 с.
6. Частотные преобразователи General Electric сберегая, преумножают // Журнал «Электротехнический рынок» - №4 (22). 2008. URL: http://market.elec.ru/nomer/21/chastotnye-preobrazovateli-general-electric-sbereg/(дата обращения 10.06.2009).
7. Осин И.В. Проблемы энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода // Промышленное оборудование. 2005. - №2. — С. 2—3.
8. Электропривод и автоматизация промышленных установок как средство энергосбережения : Библиотечка энергосбережения / И. А. Авербах, Е. И. Барац, И. Я. Браславский, 3. Ш. Ишматов; Уральский гос. техн. ун-т., УПИ. Екатеринбург, 2002 - 26 с.
9. Траге С. Факты и прогнозы: Тенденция к росту // Журнал об исследованиях и инновациях. Инновации будущего. 2006. - С. 17.
10. Лазарев Г. Высоковольтные преобразователи для частотно-регулируемого электропривода. • Построение различных систем // Журнал «Новости электротехники» №2 (32). 2005. URL: http://www.elec.rn/redirect7newsID =1124442568 (дата обращения 10.06.2009).
11. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. / Г. Б.Онищенко, М. Г. Юньков. М.: Энергия, 1972. - 240 с.
12. Ильинский Н.Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода // Электричество. 2003. - №2. - С. 2—7.
13. Браславский И.Я., Ишматов З.С., Плотников Ю.В. Энерго- и ресурсосберегающие технологии на основе регулируемых асинхронных электроприводов // Электротехника. — 2004. — №9. — С. 33-39.
14. Шрейнер Р.Т., Кривояз В.К., Калыгин А.И., Шилин С.И. Энергосберегающий промышленный регулируемый электропривод нового поколения // Электротехника. 2007. - №11. - С. 52-57.
15. Лезнов Б.С. Современные проблемы использования регулируемого электропривода в насосных установках // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. - № 11. - ч. 2. - С. 2-5.
16. Рекомендации по применению регулируемого электропривода в САУ водопроводных и канализационных установок. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1987.-26 с.
17. Лезнов Б.С., Воробьева Н.П., Воробьев C.B., Лезнов Н.Б., Менглишева Л.Н. Окупаемость регулируемого электропривода в насосных установках // Водоснабжение и санитарная техника. — 2002. — №12. С. 14—16.
18. Осин И.В. Технология энергосбережения в насосах // Электронный журнал энергосервисной компании «Энергетические системы» — №6. 2005. URL: http://esco-ecosvs.narod.ru/2005 6/art03.htm (дата обращения 10.06.2009).
19. Muravleva О.О., Tyuteva P.V. Induction motors improvement for a variable speed drive // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2007. - V. 310. -№2-C. 177-181.
20. Гловацкий A.B., Кубарев Л.П., Макаров Л.Н. Основные направления развития электрических машин и электромеханических систем на их основе // Электротехника. — 2008. №4. — С. 2-8.
21. Макаров Л.Н. Совершенствование серийных асинхронных машин в условиях массового производства // Электричество. 2005. - №7. - С. 6269.
22. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. — М.: Энергоатомиздат, 2006. 360 с.
23. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: учебное пособие / В. М. Черкасский. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -415 с.
24. Осин И.В. Технология энергосбережения в насосах // Электронный журнал энергосервисной компании «Энергетические системы» — №6. 2005. URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2005 6/art03 .htm (дата обращения 10.06.2009).
25. Козлов М., Чистяков А. Эффективность внедрения систем с частотно-регулируемыми приводами // Современные технологии автоматизации. -2001.-№1.-С. 76—82.
26. Рекомендации по применению регулируемого электропривода в САУ водопроводных и канализационных установок. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1987.-26 с.
27. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М.: Энергия, 1972.-240 с.
28. Автоматизированный электропривод / Под ред. Н. Ф. Ильинского, М. Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 544 с.
29. Москаленко В.В. Электрический привод: учебное пособие / В. В.
30. Москаленко. ~М.: Мастерство, 2000. 368 с.1
31. Энергосбережение в системах энергосбережения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справочное пособие / Под ред. Л. Д. Богуславского, В. И. Ливчака. -М.: Стройиздат, 1990. 624 с.
32. Шкердин Д.Г. Преобразователи частоты в энергосберегающем приводе насосов // Водоснабжение и санитарная техника. 2004. - №7. - С. 29-32.
33. Воздвиженский В.Б., Кошелев Н.И. Частотно-регулируемый привод. К вопросу установки на электродвигателях насосов холодного водоснабжения ЦТП // Энергосбережение. 2005. - №7. - С. 66-70.
34. Захаров A.B., Колосов АЛ. Исследование эффективности применения специальных серий частотно-регулируемых асинхронных двигателей в электроприводах центробежных насосов // Электротехника. — №11. — 2008. С. 49-52.
35. Костенко М.П. Электрические машины: Учебное пособие: В 2 ч. / М. П. Костенко, Л. М. Пиотровский. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1973.-648 с.
36. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотнымIрегулированием : учебник для вузов / Г. Г. Соколовский. — 2-е изд., испр. — М.: Академия, 2007. 266 с.
37. Высоковольтные преобразователи для частотно-регулируемого электропривода. Построение различных систем // Журнал «Новости Электротехники» № 2 (32). 2005. URL: http://www.elec.ru/catalog/f2362/news/ (дата обращения 10.06.2009).
38. Каталог насосов для водоснабжения, теплоэнергетики, сельского хозяйства, жилищно-коммунального хозяйства, пищевых и химических производств. ОАО «Ливгодромаш». Ливны, 2008. - 71 с.
39. Николаев В.Г. Анализ энергоэффективности различных способов управления насосными установками с регулируемым электроприводом // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. - №11. - 4.2. - С. 6-16.
40. Птах Г.К. Методологические аспекты разработки компьютерных моделей электромеханических преобразователей // Известия вузов. Электромеханика. — № 1. — 2003. — С. 7—11.
41. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учебник / И. П. Копылов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001.-327 с.
42. Глушаков С.В. Математическое моделирование MathCAD 2000, MatLab 5 : Учебный курс / С. В. Глушаков, И. А. Жакин, Т. С. Хачиров. Харьков.: Фолио : ACT, 2001. - 524 с.
43. Серебряков А.С. MATHCAD и решение задач электротехники: учебное пособие / А. С. Серебряков, В. В. Шумейко. М.: Маршрут, 2005. - 240 с.
44. Купцов A.M. MATHCAD с примерами по электротехнике / А. М. Купцов ; Томский политехнический университет (ТПУ). — Томск, 2007. 52 с.
45. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: учебное пособие / С. Г. Герман-Галкин. — СПб.: Корона принт, 2001. 320 с.
46. Герман-Галкин С.Г. Электрические машины : Лабораторные работы на ПК / С. Г. Герман-Галкин, Г. А. Кар донов. СПб.: Корона принт, 2003. — 256 с.
47. Рыжиков Ю.И. Решение научно-технических задач на персональном компьютере: Для студентов и инженеров / Ю. И. Рыжиков. — СПб.: Корона принт, 2000.-271 с.
48. Копылов И.П., Амбрамцумова Т.Т. Развитие методов и средств макромоделирования электрических машин// Электротехника. № 8. — 2007.-С. 19-24.,
49. Кобелев A.C. Автоматизированное проектирование низковольтных асинхронных двигателей с использованием интегрированных моделей электрических машин // Электричество. № 2. - 2004. - С. 31-38.
50. Проектирование электрических машин: учебник для вузов / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев ; под ред. И. П. Копылова. 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 2005. - 767 с.
51. Рамазанов И.М. К совершенствованию методов исследования и расчета асинхронных электродвигателей // Электротехника. — № 1. 2004. - С. 1619.
52. Кобелев A.C., Кудряшов C.B. Математическая модель электромагнитного расчета асинхронных электродвигателей для работы с алгоритмами оптимизации // Электротехника. — №11. 2008. - С. 28—35.
53. РУСЭЛПРОМ: Новая продукция концерна РУСЭЛПРОМ. URL: http ://www.ruselprom. ru/ru/production/new prod/7ave/ (дата обращения 10.06.2009)
54. Кругликов О.В., Макаров J1.H. Состояние и перспективы разработок и производства новых электродвигателей специалистами ОАО «НИПТИЭМ» и ОАО «ВЭМЗ» // Электротехника. -№11.- 2008. С. 2-11.
55. Кобелев А.С., Макаров JI.H., Русаковский A.M. Концепция электромагнитного ядра асинхронных электродвигателей энергоэффективных серий // Электротехника. №11. - 2008. - С. 11-23.
56. Ильинский Н.Ф., Москаленко В.В. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Н.Ф.Ильинский, В.В.Москаленко. М.: Издательский центр «Академия», 2008.-208 с.
57. Электродвигатели EFF1. Преимущества высокого КПД // Энергоэффективность. 2005. - №1. - С. 20-21.
58. Energy Policy Act of 1992 // Energy information administration. Official energy statistics from. the US Government. URL: — http://www.eia.doe.gov/oil gas/natural gas/analysis publications/ngmajorleg/en rgypolicy.html (дата обращения10.06.2009).
59. NEMA assessment of the energy policy act of 2005 // National Electrical Manufacturers Association. 22 p.
60. ГОСТ 8865-93. Система электрической изоляции. Оценка нагревостойкости и классификация
61. ГОСТ 16372-93 Машины электрические вращающиеся. Допустимые уровни шума
62. ГОСТ 20815-93 Машины электрические вращающиеся; Механическая: вибрация некоторых.видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерение, оценка и допустимые значения.
63. Гурин Я.С., Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. — М.: Энергия, 1978.-479 с.
64. Клевцов A.B. Преобразователи частоты для электропривода переменного тока:„практическое пособие для инженеров. «ДМК Пресс», 2008: - 224 с.
65. Осипов В:И; . Частотно-регулируемый асинхронный электропривод. -«Siemens», 2002. 129 с.
66. Вершинин A.B., Драгомиров М.С., Зайцев A.M., Кругликов О.В. Разработка специальных конструктивных исполнений частотно-регулируемых асинхронных электродвигателей // Электротехника. — №11. 2008.-С. 46-49.
67. ГОСТ Р 51677-2000 Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели; Показатели энергоэффективности.
68. Асинхронные двигатели? серии» 4A: Справочник / А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.
69. Асинхронные двигатели общего назначения / Под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика. М.: Энергия, 1980. - 488 с.
70. Кравчик А.Э., Кругликов О.В., Лазарев М.В., Русаковский A.M. Перспективы разработки и производства стандартных асинхронных двигателей на предприятиях группы компаний «ВЭМЗ» // Электротехника. -2005. — №5. С. 3-8.
71. Муравлев О.П., Муравлева О.О., Тютева П.В. Модернизация асинхронных двигателей для обеспечения энергосбережения // Проблеми cyqacnoi електротехшки: Технична електродинамiка ¡"Материалы IX междунар. конф. Кшв, 2006. - Час. 3. - С. 59-62.
72. Муравлева O.O., Тютева П.В. Особенности проектирования асинхронных двигателей в современных условиях // Проблемы Энергетики (Казань), 2008.-№7-8/1.-С. 173 183.
73. Акулич И. Л. Математическое программирование в примерах и задачах : учебное пособие / И. Л. Акулич. М.: Высшая школа, 1993. — 335 с.
74. Гилл Ф. Практическая оптимизация : пер. с англ. / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт. М.: Мир, 1985. - 509 с.
75. Тютева П.В. Выбор метода оптимизации энергоэффективных асинхронных двигателей // Современные техника и технологии: Труды XV междунар.научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 2009. - Т. 1. - С. 488-490.
76. Сипайлов Г.А., Санников Д.И., Жадан В.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах. — М.: Высшая школа, 1989.-239 с.
77. Проектирование электрических машин: учебник для, вузов / О.1 Д. Гольдберг, Я. С. Турин, И. С. Свириденко. 2-е изд., перераб. - М.:I
78. Высшая школа, 2001. 430 с.
79. Тютева П.В., Муравлева О.О. Пути модернизации асинхронных двигателей при изменении геометрии поперечного сечения //Электромеханические преобразователи энергии: Труды IV междунар. научно-практ. конф. -Томск, 2009.-С. 114-117.
80. Приказ №69/508 от 27.11.2007. РЭК Томской области. О тарифах наэлектрическую энергию, поставляемую потребителям Томской области. t
81. URL: http://rec.tomsk.gov.ru/document/docto/12992.html (дата обращения 10.06.2009).
82. Прейскурант на эмаль-провод с 01.07.2009 г. // ЗАО «ТИМ». URL: http://vvww.teemkabel.ru/downloadprice/teemkabel price.xls (дата обращения 10.06.2009).
83. Ермолин Н.П. Надежность электрических машин / Н. П. Ермолин, И: П. Жерихин. JI.: Энергия, 1976. — 248'с.
84. Котеленец Н.Ф. Испытания и надежность электрических машин / Н. Ф. Котеленец, Н. Л. Кузнецов. М.: Высшая школа, 1988. - 231 с.
85. Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин / И. Г. Шубов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 208 с.
86. Тютева П.В. Программа расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2008611552 от 26 марта 2008 г.
87. Абрамов Б.И., Иванов Г.М., Лезнов Б.С. Энергосбережение средствами электропривода« в коммунальном хозяйстве города // Электротехника. -2001.-№1.-С. 59-63.
88. Пурусова И.Ю., Помогаева В.В. Рациональное использование энергоресурсов на водоподъемных станциях // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2006. — №1. — С. 62-63.
89. Залуцкий Э.В. Критерии рационального использования энергии в насосных станциях // Электронный журнал энергосервисной компании «Энергетические системы» — №11. 2004. URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2004 11/art39.htm (дата обращения 10.06.2009).
90. Муравлева О.О., Тютева П.В. Энергосбережение насосного агрегата прииспользовании асинхронного регулируемого электропривода //f
91. Автоматизированный электропривод: Труды V междунар (16 Всерос) конференции по автоматизированному электроприводу. — Санкт-Петербург, 2007. С. 467^70.
92. Чернышев А. Ю. Расчет характеристик электроприводов переменного тока : учебное пособие / А. Ю. Чернышев, И. А. Чернышев ; Томский политехнический университет. Томск, 2005. - 136 с.
93. ЮЗ.Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями / Учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. - 94 с.
94. Tyuteva P.V., Muravleva O.O. Operation features of the improved induction motors in the variable speed drive of pump units // IEEE EUROCON2009: Proceedings of the International conference. Saint-Petersburg, 2009. - P. 716— 721.
95. Тютева П.В., Муравлева О.О. Оценка экономической эффективности асинхронного регулируемого электропривода насосных агрегатов // Известия вузов. Электромеханика, 2009. №2. — с. 61—64.
96. Муравлева О.О., Тютева П.В. Использование энергетически эффективных двигателей в регулируемом приводе насосов // Водоснабжение и санитарная техника. — 2008. № 5. — С. 29-33 .
97. Гурин Я.С., Кузнецов Б.И: Проектирование серий электрических машин. -М.: Энергия, 1978. 480 с.
98. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов. М.: Высшая школа, 2001. - 327 с.
99. Информационное сообщение, о тарифах на. 2008 год. Региональная энергетическая комиссия Томской? области. Томская область. 2007. URL: http://rec.tomsk.gov.ru/news-5766.html (дата обращения 10:06.2009).
100. Пёсковская П. Правительство готовит бум тарифов // Газета «Коммерсантъ», №70 (3887).— 2008: — 24 апреля.
101. Electricity prices by type of user // EUROSTAT. URL: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/tgm/reiTeshTableAction.do?tab=table&plugin=0 &init= 1 &pcode=tsier040&language=en (дата обращения 10.06.2009).
102. Пб.Тютева П.В. Алгоритм оценки эффективности работы асинхронных двигателей в насосных агрегатах // Известия Томского политехнического университета. 2009. - Т.315. - №.4 - С.74-79.
103. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам : учебное пособие / М. М. Кацман. М:: Академия, 2005. - 479 с.
104. Ильинский Н.Ф. Общий курс электропривода: учебное пособие / Н. Ф. Ильинский, В. Ф. Козаченко. -М.: Энергоатомиздат, 1992. 544 с.
105. Тютева П.В., Муравлева О.О. Оценка стоимости модернизацииасинхронных двигателей при изменении геометрии поперечного сечения //
106. Известия Томского политехнического университета. 2010. - Т.316. - №.4 -С. 184-186.
107. Панфилов В.А. Электрические измерения: учебник для студ. сред. проф. образования / В.А.Панфилов. — 3-е изд., испр. М1: Издательский центр Академия, 2006. - 288 с.
108. Хромоин П.К. Электротехнические измерения: учебное пособие / П.К. Хромоин. -М.: Форум, 2008 -288'с.
109. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин / Г. К. Жерве. 4-е изд., сокр. и перераб. — Л.: Энергоатомиздат, 1984. — 407 с.
110. КотеленецН.Ф. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин : учебник / Н. Ф. Котеленец, Н. А. Акимова, М. В. Антонов ; Под ред. Н. Ф. Котеленца. -М.: Академия, 2003. -384 с.
111. ГОСТ 11828-86 (2003) Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний,
112. ГОСТ 25941-83 (2003) Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия
113. ГОСТ 183-74 (2001) Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования
114. Батоврин, В.К. Обработка экспериментальных данных: учебное пособие / В. К. Батоврин, Е. А. Сандлер; МИРЭА. М. : Изд-во МИРЭА, 1992. - 60 с.
www.dissercat.com
Двигатели с совмещенными обмотками (ДСО), за счет улучшенной механической характеристики и более высоких энергетических показателей, позволяют не только экономить от 30 до 50% потребления энергии при той же полезной работе, но и создавать регулируемый энергосберегающий привод с уникальными характеристиками, не имеющий аналогов в мире. Наибольший эффект достигается при использовании ДСО в установках с переменным характером нагрузки. Исходя из того, что в настоящее время мировой объем производства асинхронных двигателей различной мощности достиг семи миллиардов штук в год, эффект от внедрения новых двигателей трудно переоценить. Известно, что средняя загрузка электродвигателя (отношение мощности, потребляемой рабочим органом машины, к номинальной мощности электродвигателя) в отечественной промышленности составляет 0,3-0,4 (в европейской практике эта величина составляет 0,6). Это значит, что обычный двигатель работает с КПД значительно ниже номинального. Завышенная мощность двигателя часто приводит к незаметным на первый взгляд, но очень существенным отрицательным последствиям в обслуживаемом электроприводом оборудовании, например, к излишнему напору в гидравлических сетях, связанному с ростом потерь, снижению надежности и т.п. В отличие от стандартных, ДСО обладают низким уровнем шумов и вибраций, более высокой кратностью моментов, имеют КПД и коэффициент мощности близкий к номинальному в широком диапазоне нагрузок. Это позволяет поднять среднюю нагрузку на двигатель до 0,8 и повысить характеристики обслуживаемого приводом технологического оборудования, в частности, существенно понизить его энергопотребление.
Новизна предлагаемого подхода
В последние годы в связи с появлением надежных и приемлемых по цене преобразователей частоты широкое распространение стали получать регулируемые асинхронные приводы. Хотя цена преобразователей и остается достаточно высокой (в два-три раза дороже двигателя), они позволяют в ряде случаев снизить потребление электроэнергии и улучшить характеристики двигателя, приблизив их к характеристикам менее надежных двигателей постоянного тока. Надежность частотных регуляторов также в разы ниже, чем электродвигателей. Не каждый потребитель имеет возможность вложить такие огромные деньги на установку частотных регуляторов. В Европе к 2012 году лишь 15% регулируемых электроприводов укомплектовано двигателями постоянного тока. Поэтому актуально рассматривать проблему энергосбережения главным образом применительно к асинхронному электроприводу, в том числе частотно-регулируемому, оснащенному специализированными двигателями с меньшей материалоемкостью и себестоимостью. В мировой практике сложилось два основных направления решения указанной проблемы. Первый - энергосбережение средствами электропривода за счет подачи конечному потребителю в каждый момент времени необходимой мощности. Второй - производство энергоэффективных двигателей, удовлетворяющих стандарту IE-3. В первом случае усилия направлены на снижение стоимости частотных преобразователей. Во втором случае - на разработку новых электротехнических материалов и оптимизацию основных размеров электрических машин. По сравнению с известными методами повышения энергоэффективности асинхронного привода, новизна предлагаемого нами подхода заключается в изменении основополагающего принципа конструкции классических обмоток двигателя. Научная новизна заключается в том, что сформулированы новые принципы конструирования обмоток двигателей, а так же выбора оптимальных соотношений чисел пазов ротора и статора. На их основе разработаны промышленные конструкции и схемы однослойных и двухслойных совмещенных обмоток, как для ручной, так и для автоматической укладки. На технические решения с 2011 года получено 7 патентов РФ. Несколько заявок находятся на рассмотрении в Роспатенте. Готовятся заявки на патентование за рубежом. По сравнению с известными, частотно-регулируемый привод может быть выполнен на базе ДСО с повышенной частотой питающего напряжения. Это достигается за счет меньших потерь в стали магнитопровода. Себестоимость такого привода получается существенно ниже, чем при использовании стандартных двигателей, в частности, значительно снижаются шумность и вибрации. В ходе испытаний, проведенных на стендах Катайского насосного завода, штатный двигатель мощностью 5,5 кВт был заменен на двигатель мощностью 4,0 кВт нашей конструкции. Насос обеспечил все параметры в соответствии с требованиями ТУ, при этом двигатель практически не нагрелся. В настоящее время ведутся работы по внедрению технологии в нефтегазовом комплексе (компании Лукойл, ТНК-ВР, Роснефть, Бугульминский электронасосный завод), в предприятиях метрополитенов (Международная ассоциация метрополитенов), в горнодобывающей отрасли (Лебединский ГОК) и ряде других отраслей.
Сущность предлагаемой разработки
Сущность разработки вытекает из того, что в зависимости от схемы подключения трехфазной нагрузки к трехфазной сети (звезда или треугольник) можно получить две системы токов, образующих между векторами индукции магнитных потоков угол в 30 электрических градусов. Соответственно, к трехфазной сети можно подключить электродвигатель, имеющий не трехфазную обмотку, а шестифазную. При этом часть обмотки должна быть включена в звезду, а часть в треугольник и результирующие вектора индукции полюсов одноименных фаз звезды и треугольника должны образовывать между собой угол в 30 электрических градусов. Совмещение двух схем в одной обмотке позволяет улучшить форму поля в рабочем зазоре двигателя и как следствие существенно улучшить основные характеристики двигателя. Поле в рабочем зазоре стандартного двигателя лишь условно можно назвать синусоидальным. На самом деле оно ступенчатое. В результате этого в двигателе возникают гармоники, вибрации и тормозящие моменты, которые оказывают отрицательное воздействие на двигатель и ухудшают его характеристики. Поэтому стандартный асинхронный двигатель обладает приемлемыми характеристиками только в режиме номинальной нагрузки. При нагрузке, отличной от номинальной, характеристики стандартного двигателя резко снижаются, снижается коэффициент мощности и КПД. Совмещенные обмотки так же позволяют уменьшить уровень магнитной индукции полей от нечетных гармоник, что приводит к существенному снижению общих потерь в элементах магнитопровода двигателя и повышению его перегрузочной способности и удельной мощности. Это так же позволяет выполнять двигатели для работы на более высокие частоты питающего напряжения при использовании сталей, рассчитанных для работы на частоте 50 Гц. Двигатели с совмещенными обмотками обладают меньшей кратностью пусковых токов при более высоких пусковых моментах. Это имеет существенное значение для оборудования, работающего с частыми и затяжными пусками, а так же для оборудования, подключенного к протяженным и высоконагруженным сетям с высоким уровнем падения напряжения. Они генерируют меньше помех в сеть, и меньше искажают форму питающего напряжения, что имеет существенное значение для целого ряда объектов, оснащенных сложной электроникой и вычислительными системами.
Из приведенных графиков видно, что форма поля двигателя с совмещенными обмотками ближе к синусоидальной, чем у стандартного двигателя. В результате, как показывает имеющийся опыт, без увеличения трудоемкости, при меньшей материалоемкости, без изменения существующих технологий, при равных прочих условиях получаем двигатели, по своим характеристикам существенно превосходящие стандартные. В отличие от ранее известных методов повышения энергоэффективности, предлагаемое решение наименее затратное и реализуемо не только при производстве новых двигателей, но и при капитальном ремонте и модернизации существующего парка. На рис. 3 показано, как изменилась механическая характеристика от замены стандартной обмотки на совмещенную при капитальном ремонте двигателя. Ни одним другим известным способом невозможно столь радикально и эффективно улучшить механические характеристики существующего парка двигателей.
Среднестатистические данные основных энергетических показателей КПД и cos, полученные при испытании партии модернизированных двигателей, превышают каталожные данные стандартных двигателей. В комплексе все вышеприведенные показатели обеспечивают двигателям с совмещенными обмотками характеристики, превосходящие лучшие аналоги. Это было подтверждено даже на первых опытных образцах модернизированных двигателей.
Конкурентные преимущества
Уникальность предлагаемого решения заключается в том, что очевидные на первый взгляд конкуренты, по сути, являются потенциальными стратегическими партнерами. Это объясняется тем, что освоить производство и модернизацию двигателей с совмещенными обмотками можно в кратчайшие сроки практически на любом профильном предприятии, занятом производством или ремонтом стандартных двигателей. При этом не требуется изменения существующих технологий. Для этого достаточно доработать существующую на предприятиях конструкторскую документацию. Ни один конкурирующий продукт не обладает такими преимуществами. При этом не возникает необходимости в получении специальных разрешений, лицензий и сертификатов. Показательным примером может служить опыт сотрудничества с ОАО «УралЭлектро-К». Это первое предприятие, с которым заключен лицензионный договор на право производства энергоэффективных асинхронных двигателей с совмещенными обмотками. По сравнению с частотными приводами, предлагаемая технология позволяет получить большую экономию электроэнергии при существенно меньших капитальных вложениях. В ходе эксплуатации затраты на обслуживание так же существенно ниже. По сравнению с другими энергоэффективными двигателями, предлагаемый продукт отличается более низкой ценой при тех же показателях.
Заключение
Область применения асинхронных двигателей с совмещенными обмотками охватывает практически все сферы жизнедеятельности человека. Ежегодно в мире производится порядка семи миллиардов штук двигателей различной мощности и исполнений. На сегодня практически ни один технологический процесс невозможно организовать без использования электродвигателей. Последствия широкомасштабного использования данной разработки трудно переоценить. В социальной сфере они позволяют существенно снизить тарифы на основные виды услуг. В области экологии они позволяют достичь беспрецедентных результатов. Так, например, при той же полезной работе они позволяют в три раза снизить удельную выработку электроэнергии и как следствие резко сократить удельный расход углеводородов.
etalon762.ru
УДК 621. 313. 333:658. 562ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДАО.О. МуравлеваТомский политехнический университет E-mail: MuravlevaOO@tpu. ruРассмотрена возможность создания энергоэффективных асинхронных двигателей без изменения поперечного сечения для регулируемых электроприводов, что позволяет обеспечить реальное энергосбережение. Показаны пути обеспечения энергосбережения за счет использования асинхронных двигателей повышенной мощности в насосных агрегатах сферы жилищно-коммунального хозяйства. Проведенные экономические расчеты и анализ результатов показывают экономическую эффективность использования двигателей повышенной мощности, несмотря на увеличение стоимости самого двигателя.ВведениеВ соответствии с «Энергетической стратегией на период до 2020 года» высшим приоритетом государственной энергетической политики является повышение энергоэффективности промышленности. Эффективность российской экономики существенно снижается из-за ее высокой энергоемкости. По этому показателю Россия опережает США в 2,6 раза, Западную Европу в 3,9 раза, Японию — в 4,5 раза [1]. Лишь отчасти указанные различия могут быть оправданы суровыми климатическими условиями России и обширностью ее территории. Одним из основных способов предотвращения энергетического кризиса в нашей стране — проведение политики, предусматривающей масштабное внедрение на предприятиях энерго- и ресурсосберегающих технологий. Энергосбережение превратилось в приоритетное направление технической политики во всех развитых странах мира.В ближайшем будущем проблема энергосбережения повысит свой рейтинг при ускоренном развитии экономики, когда появится дефицит электрической энергии и компенсировать его можно двумя путями — введением новых энергогенерирующих систем и энергосбережением. Первый путь более дорогой и длительный во времени, а второй -значительно быстрее и экономически выгоднее потому, что 1 кВт мощности при энергосбережении стоит в 4…5 раз меньше, чем в первом случае. Большие затраты электрической энергии на единицу всеобщего валового продукта создают огромный потенциал энергосбережения в народном хозяйстве. В основном высокая энергоемкость экономики вызвана использованием энергорасточительных технологий и оборудования, большими потерями энергоресурсов (при их добыче, переработке, преобразовании, транспорте и потреблении), нерациональной структурой экономики (высокая доля энергоемкого промышленного производства). В результате накопился обширный потенциал энергосбережения, оцениваемый в 360. 430 млн. т у. т., или 38. 46% современного потребления энергии [1]. Реализация этого потенциала может позволить при росте экономики за 20 лет в 2,3… 3,3 раза ограничиться ростом потребления энергии всего в 1,25. 1,4 раза, значительно повысить качество жизни граждан и конкурентоспособность отечествен-ных товаров и услуг на внутреннем и внешнем рынках. Таким образом, энергосбережение является важным фактором экономического роста и повышения эффективности народного хозяйства.Целью данной работы является рассмотрение возможностей создания энергоэффективных асинхронных двигателей (АД) для регулируемых электроприводов для обеспечения реального энергосбережения.Возможности создания энергоэффективныхасинхронных двигателейВ настоящей работе на основе системного подхода определены эффективные пути обеспечения реального энергосбережения. Системный подход к энергосбережению объединяет два направления — совершенствование преобразователей и асинхронных двигателей. Учитывая возможности современной вычислительной техники, совершенствование методов оптимизации, приходим к необходимости создания программно-вычислительного комплекса для проектирования энергоэффективных АД, работающих в регулируемых электроприводах. Принимая во внимание большой потенциал энергосбережения в жилищнокоммунальном хозяйстве (ЖКХ), рассмотрим возможности применения регулируемого электропривода на базе асинхронных двигателей в этой сфере.Решение проблемы энергосбережения возможно при совершенствовании регулируемого электропривода на базе асинхронных двигателей, которые должны быть спроектированы и изготовлены специально для энергосберегающих технологий. В настоящее время потенциал энергосбережения для самых массовых электроприводов — насосных агрегатов составляет более 30% от потребляемой мощности. На основании мониторинга в Алтайском крае можно получить при использовании регулируемого электропривода на базе асинхронных двигателей следующие показатели: экономия электроэнергии — 20. 60%- экономия воды — до 20%- исключение гидравлических ударов в системе- снижение пусковых токов двигателей- минимизация затрат на обслуживание- снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций [2]. Это требует совершенствования всех звеньев электропривода, и, прежде всего, основного элемента, выполняющего электромеханическое преобразование энергии, — асинхронного двигателя.Сейчас в большинстве случаев в регулируемом электроприводе используются серийные асинхронные двигатели общего назначения. Уровень расхода активных материалов на единицу мощности АД практически стабилизировался. Согласно некоторым оценкам применение серийных АД в регулируемых электроприводах приводит к снижению их КПД и повышению установленной мощности на 15. 20% [3]. Среди российских и зарубежных специалистов высказывается мнение о том, что для подобных систем нужны специальные двигатели. В настоящее время требуется новый подход к проектированию в связи с энергетическим кризисом. Масса А Д перестала быть определяющим фактором. На первый план выходит повышение энергетических показателей, в том числе за счет увеличения их стоимости и расхода активных материалов.Одним из перспективных способов совершенствования электропривода является проектирование и изготовление АД специально для конкретных условий эксплуатации, что благоприятно для обеспечения энергосбережения. При этом решается задача адаптации АД к конкретному электроприводу, что дает наибольший экономический эффект в условиях эксплуатации.Следует отметить, что выпуск АД специально для регулируемого электропривода производят фирмы Simens (Германия), Atlans-Ge Motors (США), Lenze Bachofen (Германия), Leroy Somer (Франция), Мэйден (Япония). Существует устойчивая тенденция мирового электромашиностроения по расширению производства таких двигателей. На Украине разработан программный комплекс проектирования модификаций АД для регулируемого электропривода [4]. В нашей стране утвержден ГОСТ Р 51 677−2000 [5] для АД с высокими энергетическими показателями и возможно в ближайшее время будет организован их выпуск. Применение модификаций АД, специально спроектированных для обеспечения эффективного энергосбережения, — перспективное направление для совершенствования асинхронных двигателей.При этом встает вопрос об обоснованном выборе подходящего двигателя из разнообразной по исполнению, модификациям номенклатуры выпускаемых двигателей, потому что применение общепромышленных асинхронных двигателей для электропривода с регулируемой частотой вращения оказывается неоптимальным по массогабаритным, стоимостным и энергетическим показателям. В связи с этим требуется проектирование энергоэффективных асинхронных двигателей.Энергоэффективным является асинхронный двигатель, в котором с использованием системного подхода при проектировании, изготовлении и эксплуатации повышены КПД, коэффициент мощности и надежность. Характерными требованиями к общепромышленным приводам являются минимизация капитальных и эксплуатационных затрат,в том числе и на техническое обслуживание. В этой связи, а также в силу надежности и простоты механической части электропривода подавляющее большинство общепромышленных электроприводов строятся именно на основе асинхронного двигателя — наиболее экономичного двигателя, который конструктивно прост, неприхотлив и имеет низкую стоимость. Анализ проблем регулируемых асинхронных двигателей показал, что их разработка должна выполняться на основании системного подхода с учетом особенностей работы в регулируемых электроприводах [6].В настоящее время в связи с возросшими требованиями к эффективности за счет решения вопросов энергосбережения и повышения надежности функционирования электротехнических систем приобретают особую актуальность задачи модернизации асинхронных двигателей для улучшения их энергетических характеристик (КПД и коэффициента мощности), получения новых потребительских качеств (совершенствование защиты от окружающей среды, в том числе герметизация), обеспечение надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации асинхронных двигателей. Поэтому при выполнении исследований и разработок в области модернизации и оптимизации асинхронных двигателей необходимо создание соответствующих методик для определения их оптимальных параметров, из условия получения максимальных энергетических характеристик, и расчета динамических характеристик (время пуска, нагрев обмоток и т. д.). В результате теоретических и экспериментальных исследований важно определить наилучшие абсолютные и удельные энергетические характеристики асинхронных двигателей, исходя из требований предъявляемых к регулируемому электроприводу переменного тока.Стоимость преобразователя обычно в несколько раз выше стоимости асинхронного двигателя одинаковой мощности. Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую, и в значительной степени они определяют эффективность энергосбережения.Существует три пути обеспечения эффективного энергосбережения при применении регулируемого электропривода на базе асинхронных двигателей:• совершенствование АД без изменения поперечного сечения-• совершенствование АД с изменением геометрии статора и ротора-• выбор АД общепромышленного исполнениябольшей мощности.Каждый из этих способов имеет свои достоинства, недостатки и ограничения по применению и выбор одного их них возможен только путем экономической оценки соответствующих вариантов.Совершенствование и оптимизация асинхронных двигателей с изменением геометрии статора и ротора даст больший эффект, спроектированный двигатель будет иметь лучшие энергетические и динамические характеристики. Однако при этом финансовые затраты на модернизацию и переоборудование производства для его выпуска составят значительные суммы. Поэтому на первом этапе рассмотрим мероприятия, которые не требуют больших финансовых затрат, но при этом позволяют обеспечить реальное энергосбережение.Результаты исследованияВ настоящее время АД для регулируемого электропривода практически не разрабатываются. Целесообразно использовать специальные модификации асинхронных двигателей, в которых сохраняются штампы на листы статора и ротора и основные конструкционные элементы. В данной статье рассматривается возможность создания энергоэффективных АД путем изменения длины сердечника статора (/), числа витков в фазе обмотки статора (№) и диаметра провода при использовании заводской геометрии поперечного сечения. На начальном этапе была произведена модернизация асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором за счет изменения только активной длины [7]. В качестве базового двигателя взят асинхронный двигатель АИР112М2 мощностью 7,5 кВт, выпускающийся на ОАО «Сибэлектромотор» (г. Томск). Значения длины сердечника статора для расчетов принимались в диапазоне /=100. 170%. Результаты расчетов в виде зависимостей максимального (Ппш) и номинального (цн) КПД от длины для взятого типоразмера двигателя представлены на рис. 1.Рис. 1. Зависимости максимального и номинального коэффициента полезного действия при различной длине сердечника статораИз рис. 1 видно, как количественно изменяется значение КПД при увеличении длины. Модернизированный А Д имеет номинальный КПД выше, чем у базового двигателя при изменении длины сердечника статора до 160%, при этом наиболее высокие значения номинального КПД наблюдаются при 110. 125%.Изменение только длины сердечника и, как следствие, уменьшение потерь в стали, несмотря на некоторое увеличение КПД, не является наиболее эффективным путем совершенствования асинхронного двигателя. Более рациональным будет изменение длины и обмоточных данных двигателя (число витков обмотки и сечение провода обмотки статора). При рассмотрении данного варианта значения длины сердечника статора для расчетов принимались в диапазоне /=100. 130% [7]. Диапазон изменения витков обмотки статора принимался равным №=60. 110%. У базового двигателя значение №=108 витков и п"=0,875. На рис. 2 представлен график изменения значения КПД при изменении обмоточных данных и активной длины двигателя. При изменении количества витков обмотки статора в сторону уменьшения, происходит резкое падение значений КПД до 0,805 и 0,819 у двигателей с длиной 100 и 105% соответственно.Двигатели в диапазоне изменения длины /=110. 130% имеют значения КПД выше, чем у базового двигателя, например №=96 ^"=0,876. 0,885 и №=84 при 1=125. 130% имеют п"=0,879. 0,885. Целесообразно рассматривать двигатели с длиной в диапазоне 110. 130%, и при снижении количества витков обмотки статора на 10%, что соответствует №=96 витков. Экстремум функции (рис. 2), выделенный темным цветом, соответствует данным значениям длины и витков. Значение КПД при этом возрастает на 0,7. 1,7% и составляет0,876. 0,885.Третий путь обеспечения энергосбережения мы видим в том, что можно применять асинхронный двигатель общепромышленного исполнения большей мощности [8]. Значения длины сердечника статора для расчетов принимались в диапазоне /=100. 170%. Анализ полученных данных показывает, что у исследуемого двигателя АИР112М2 мощностью 7,5 кВт при увеличении его длины до 115% максимальное значение КПД п, шх=0,885 соответствует мощности Р2ш"=5,5 кВт. Этот факт указывает на то, что можно использовать в регулируемом электроприводе двигатели серии АИР112М2 с увеличенной длиной мощностью 7,5 кВт, вместо базового двигателя мощностью 5,5 кВт серии АИР90М2. У двигателя мощностью 5,5 кВт стои-мость потребляемой электроэнергии за год составляет 71 950 р., что значительно выше аналогичного показателя у двигателя увеличенной длины (115% от базового) мощностью 7,5 кВт при С=62 570 р. Одной из причин этого факта является сокращение доли электроэнергии на покрытие потерь в АД за счет работы двигателя в области повышенных значений КПД.Повышение мощности двигателя должно быть обосновано как технической, так и экономической необходимостью [9]. При исследовании двигателей повышенной мощности взят ряд АД общепромышленного применения серии АИР в диапазоне мощностей 3. 75 кВт. В качестве примера рассмотрим АД с частотой вращения 3000 об/мин, которые чаще всего применяются в насосных агрегатах ЖКХ, что связано со спецификой регулирования насосного агрегата.Рис. 3. Зависимость экономии за средний срок службы от полезной мощности двигателя: волнистая линия построена по результатам расчета, сплошная — аппроксимированаДля обоснования экономической выгоды применения двигателей повышенной мощности были проведены расчеты и сравнение двигателей требуемой для данной задачи мощности и двигателей, имеющих мощность на ступень выше. На рис. 3 представлены графики экономии за средний срок службы (Э10) от полезной мощности на валу двигателя. Анализ полученной зависимости показываетэкономическую эффективность использования двигателей повышенной мощности, несмотря на увеличение стоимости самого двигателя. Экономия электроэнергии за средний срок службы составляет для двигателей со скоростью вращения 3000 об/мин 33. 235 тыс. р.ЗаключениеОгромный потенциал энергосбережения в России определяется большими затратами электрической энергии в народном хозяйстве. Системный подход при разработке асинхронных регулируемых электроприводов и организация их серийного производства может обеспечить эффективное энергосбережение, в частности, в жилищно-коммунальном хозяйстве. При решении проблемы энергосбережения следует применять асинхронный регулируемый электропривод, альтернативы которому в настоящее время нет.Выводы1. Задачу создания энергоэффективных асинхронных двигателей, отвечающих конкретным условиям эксплуатации и энергосбережения, необходимо решать для конкретного регулируемого электропривода, используя системный подход. В настоящее время применяется новый подход к проектированию асинхронных двигателей. Определяющим фактором является повышение энергетических характеристик.2. Рассмотрена возможность создания энергоэффективных асинхронных двигателей без изменения геометрии поперечного сечения при увеличении длины сердечника статора до 130% и снижении числа витков обмотки статора до 90% для регулируемых электроприводов, что позволяет обеспечить реальное энергосбережение.3. Показаны пути обеспечения энергосбережения за счет использования асинхронных двигателей повышенной мощности в насосных агрегатах сферы жилищно-коммунального хозяйства. Например, при замене двигателя АИР90М2 мощностью 5,5 кВт двигателем АИР112М2 экономия электроэнергии составляет до 15%.4. Проведенные экономические расчеты и анализ результатов показывают экономическую эффективность использования двигателей повышенной мощности, несмотря на увеличение стоимости самого двигателя. Экономия электроэнергии за средний срок службы выражается в десятках и сотнях тыс. р. в зависимости от мощности двигателя и составляет 33. 325 тыс. р. для асинхронных двигателей с частотой вращения 3000 об/мин.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. // ТЭК.— 2003. — № 2. — С. 5−37.2. Андронов А. Л. Энергосбережение в системах водоснабжения средствами частотного регулирования электропривода // Электроэнергия и будущее цивилизации: Матер. научн. -техн. конф. — Томск, 2004. — С. 251−253.3. Сидельников Б. В. Перспективы развития и применения бесконтактных регулируемых электродвигателей // Энергосбережение. — 2005. — № 2. — С. 14−20.4. Петрушин В. С. Системный подход при проектировании регулируемых асинхронных двигателей // Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение: Труды 5-ой Меж-дунар. конф. МКЭЭЭ-2003. — Крым, Алушта, 2003. — Ч. 1. -С. 357−360.5. ГОСТ Р 51 677−2000 Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Показатели эффективности. — М.: Изд-во стандартов, 2001. — 4 с.6. Muraviev O.P., Muravieva O.O. Induction variable speed drive as the basis of efficient energy saving // The 8th Russian-Korean Intern. Symp. Science and Technology KORUS 2004. — Tomsk: TPU, 2004.— V. 1. — P. 264−267.7. Muraviev O.P., Muravieva O.O., Vekhter E.V. Energetic Parameters of Induction Motors as the Basis of Energy Saving in a Variable Speed Drive // The 4th Intern. Workshop Compatibility in Power Electronics Cp 2005. — June 1−3, 2005, Gdynia, Poland, 2005. -P. 61−63.8. Muravlev O.P., Muravleva O.O. Power Effective Induction Motors for Energy Saving // The 9th Russian-Korean Intern. Symp. Science and Technology KORUS 2005. — Novosibirsk: Novosibirsk State Technical University, 2005. — V. 2. — P. 56−60.9. Вехтер Е. В. Выбор асинхронных двигателей повышенной мощности для обеспечения энергосбережения насосных агрегатов в ЖКХ // Современная техника и технологии: Труды 11-ой Междунар. научн. -практ. конф. молодежи и студентов. -Томск: Изд-во ТПУ, 2005. — Т. 1. — С. 239−241.УДК 621. 313. 333:536. 24МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ МНОГОФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ ЭКСПЛУАТАЦИИД. М. Глухов, О.О. МуравлёваТомский политехнический университет E-mail: Glukhov_DM@tpu. ruПредложена математическая модель тепловых процессов в многофазном асинхронном двигателе, которая позволяет рассчитать превышение температурыы обмотки при аварийных режимах. Адекватность модели проверена экспериментально.ВведениеИнтенсивное развитие электроники и микропроцессорной техники приводит к созданию качественных регулируемых электроприводов переменного тока для замены электроприводов постоянного тока и нерегулируемого электропривода переменного тока благодаря большей надёжности электродвигателей переменного тока по сравнению с машинами постоянного тока [1].Регулируемые электроприводы завоевывают области применения нерегулируемых как для обеспечения технологических характеристик, так и с целью энергосбережения. Причем предпочтение отдается именно машинам переменного тока, асинхронным (АД) и синхронным (СД), так как они имеют лучшие массогабаритные показатели, более высокую надежность и срок службы, проще в обслуживании и ремонте по сравнению с коллекторными машинами постоянного тока. Даже в такой традиционно «коллекторной» области, как электрический транспорт, машины постоянного тока уступают место частотно-регулируемым двигателям переменного тока [2]. Все большее место в продукции электромашиностроительных заводов занимают модификации и специализированные исполнения электродвигателей.Создать универсальный, подходящий для всех случаев жизни частотно-регулируемый двигатель нельзя. Оптимальным он может быть только для каждого конкретного сочетания закона и способа управления, диапазона регулирования частоты и характера нагрузки. Многофазный асинхронный двигатель (МАД) может являться альтернативой трёхфазным машинам при питании от преобразователя частоты.Целью настоящей работы является разработка математической модели для исследования тепловых полей многофазных асинхронных двигателей как в установившихся, так и в аварийных режимах работы, которые сопровождаются отключением (обрывом) фаз (или одной фазы) для того, чтобы показать возможность работы асинхронных машин в составе регулируемого электропривода без применения дополнительных средств охлаждения.Моделирование теплового поляОсобенности эксплуатации электрических машин в регулируемом электроприводе, а также высокие вибрации и шум, накладывая определённые требования к конструкции, требуют иные подходы при проектировании. Вместе с тем, особенности многофазных двигателей делают такие машины пригодными для применения в регулируемых при-
Показать Свернутьgugn.ru
