ЭЛЕКТРОПРИВОД — АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В ЖКХ Основные

ЭЛЕКТРОПРИВОД - АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В ЖКХ

Основные тенденции: -реконструкция исторической части города; - рост числа высотных зданий. Высотные здания требуют применения более мощных электроприводов на базе асинхронных двигателей. Это электропривод лифтов, насосов водоснабжения, кондиционеров и т. п. Асинхронный электропривод является основным источником нелинейности реактивной нагрузки в системе электроснабжения. Это приводит росту мощности гармоник в проводах 3 -х фазной системе электроснабжения и токов утечек, которые могут привадить к ускорению коррозии металлоконструкций зданий , труб системы водоснабжения и ускоренному старению изоляции силовых кабелей системы электроснабжения. Возрастают риски аварий и пожаров.

Концентрация нелинейных реактивных нагрузок в объеме квартир высотного здания Эффекты, вызываемые гармониками Проблемы мгновенного возникновения включают: • Искажение формы питающего напряжения; • Падение напряжения в распределительной сети; • Наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях; • Повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании; • Вибрация в электромагнитных системах. Проблемы длительного возникновения включают: • Дополнительные потери в трансформаторах; • Нагрев в трансформаторах и электрических машинах; • Нагрев конденсаторов; • Нагрев кабелей распределительной сети.

Процесс формирования тока нейтрали при нелинейной нагрузке. Все электросчетчики проходят поверку на при отсутствии тока в нечетных гармоник в нулевом проводе 3 -х фазной сети. Проблема доработки асинхронного двигателя становится не частной проблемой, а государственной и общепромышленной. Можно заменить асинхронные двигатели в инженерных системах высотного здания, но огромная масса асинхронных двигателей холодильников, кондиционеров, стиральных машин и. т. п. вносит существенный вклад в повышение возникновения опасных рисков для жильцов высотного дома и городского хозяйства в целом.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ И ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ На всех объектах электропривод - главный потребитель электрической энергии. Сегодня в развитых странах он потребляет более 60% от всей производимой электроэнергии. В условиях дефицита энергетических ресурсов это делает особенно острой проблему энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода. Специалисты считают, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов, например 1 т условного топлива, вдвое дешевле, чем ее добыть. Нетрудно видеть. что в перспективе это соотношение будет изменяться: добывать топливо становится всё труднее, а запасы его всё убывают. Яма экологических проблемы все глубже. 23 ноября 2009 г. Президент Российской Федерации Д. А. Медведев подписал Федеральный закон № 261 -ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" (закон об энергосбережении). Президент обозначил энергосбережение и повышение энергоэффективности одним из пяти основных направлений модернизации экономики России. Сегодня в развитых странах освещение потребляет 20% от всей производимой электроэнергии. По информации Департамента Энергетики США, в течение ближайших 20 лет активное внедрение светодиодного освещения в этой стране даст следующие результаты: сокращение спроса на электроэнергию на 62%, снижение эмиссии СО 2 на 258 млн. тонн, отказ от строительства 133 электростанций, экономию в объеме примерно $280 млрд. США. А если сделать экономичным электродвигатель , который в электроприводе потребляет большую долю электроэнергии!!!

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВНУТРИ ПОТРЕБИТЕЛЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭНЕРГОАУДИТА Вячеслав Завадский, к. т. н. ; тех. директор ООО «ИЭЦ-К онтакт» , г. Санкт-П етербург; Алексей Кошелев, тех. директор ООО «МИЭЦ- Энерго» , г. Москва Структура годового энергопотребления магазина малого формата

Недостаточная загрузка привода ведет к дополнительным потерям электроэнергии. По осторожной оценке, эта величина достигает 3 -4% от суммарного потребления электроэнергии двигательной нагрузки (особенно низковольтного электропривода). При снижении объемов производства часть привода не отключается по технологическим «соображениям» . В этот период привод работает с более низким коэффициентом использования номинальной мощности (или вообще работает в холостую). Это естественно увеличивает потери в электроприводе. По представленным замерам и упрощенным расчетам установлено, что средняя загрузка электропривода не превышает значения 50 -55% от номинальной мощности электропривода. Неоптимальная загрузка асинхронных двигателей (АД) приводит к тому, что фактические потери превышают нормируемые. Снижение тока непропорционально снижению мощности – из-за уменьшения коэффициента мощности. Этот эффект сопровождается неоправданными дополнительными потерями в распределительных сетях. Расчетная зависимость уровня потерь электроэнергии в двигателях от уровня их загрузки может быть отражена виде графика (см. рис. 8). Одна из характерных «ошибок» – использование в расчетах усредненного значения сos , что ведет к искажению фактической картины соотношения активной и реактивной энергии. Область номинального режима работы асинхронного двигателя при паспортных значениях КПД , Cos и коэффициенте нагрузки -1 Расширяя динамическую область высоких значений КПД и Cos для асинхронного двигателя можно значительно уменьшить потери потребляемой электроэнергии !

На рисунке 2 показана эволюция в разработке современных асинхронных двигателей. Двигатель с меньшим ротор имеют незначительную эффективность в то время как с большим ротором является Премиум типа. Обратите внимание, что кадр был сохраняется неизменным, но увеличение интерьера материала для достижения большей эффективности занимает все оставшееся Espace. Это приводит к необходимости разработки новых стандартов на размеры асинхронных двигателей. Рис. 2 - Последние эволюции в конструктивных аспектах асинхронный двигателей

Энергосберегающие асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором: 1 LA 9 160 L, 1 LA 9 100 L исполнение с фланцем Наглядное увеличение КПД: Благодаря существенному росту КПД в сравнении со стандартными асинхронными двигателями, энергосберегающие асинхронные двигатели позволяют снизить эксплуатационные расходы, экономя электроэнергию и улучшить экологию, предотвращая выбросы CO 2 в атмосферу при ее избыточном производстве

В мировой практике к настоящему времени сформировалось несколько основных направлений, по которым интенсивно ведутся исследования, разработки, осуществляются крупные промышленные проекты по созданию энергосберегающего электропривода 1. В нерегулируемом электроприводе, реализованном на основе асинхронных электродвигателей с к. з. ротором, много внимания уделяется так называемым энергоэффективным двигателям, в которых за счет увеличения массы активных материалов, их качества, а также за счет специальных приемов проектирования удается поднять на 1– 2% (для мощных двигателей) или на 4 -5% (для не мощных двигателей) номинальный КПД при некотором увеличении цены двигателя. Этот подход, используемый и активно рекламируемый с 70 -х годов сначала в США, затем в Европе, может приносить пользу, если технологический процесс действительно не требует регулирования скорости, если нагрузка меняется мало и если двигатель правильно выбран. Во всех других случаях использование более дорогих энергоэффективных двигателей может оказаться нецелесообразным. 2. Правильный выбор двигателя для конкретного технологического процесса – один из важнейших путей энергосбережения. В европейской практике принято считать, что средняя загрузка двигателей составляет 0, 6, тогда как в нашей стране, где до недавнего времени не было принято экономить ресурсы, этот коэффициент составляет 0, 3 – 0, 4, т. е. привод работает с КПД значительно ниже номинального. Завышенная “на всякий случай” мощность двигателя часто приводит к незаметным на первый взгляд, но очень существенным отрицательным последствиям в обслуживаемой электроприводом технологической сфере, – например, к излишнему напору в гидравлических сетях, связанному с ростом потерь и снижением надежности и т. п. 3. Основной путь энергосбережения средствами электропривода – подача конечному потребителю – технологической машине с необходимой в каждый момент мощностью. Это может быть достигнуто посредством управления координатами электропривода, т. е. за счет перехода от нерегулируемого электропривода к регулируемому. Этот процесс стал в последние годы основным в развитии электропривода в связи с появлением доступных технических средств для его осуществления – преобразователей частоты и т. п. 4. Выбор рациональных в конкретных условиях типов электропривода и способов управления, обеспечивающих минимизацию потерь в силовом канале, - важный элемент в общей проблеме энергосбережения.

Ожидается, что переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому в технологиях, где это требуется, может сэкономить до 25 -30% электроэнергии. В одной из технологий – в водовоздухоснабжении – переход к регулируемому электроприводу, как показал опыт, экономит около 50% электроэнергии, до 25% воды и до 10% тепла. Недостатки применения ЧРП • Большинство моделей ЧРП являются источником помех • Сравнительно высокая стоимость ЧРП, стоимость устройства ЧР составляет от 20 до 100% стоимости двигателей (окупаемость минимум 1 -2 года) На малых оборотах асинхронный двигатель имеет момент значительно меньше номинального в отличие от двигателя постоянного тока. При замене двигателя постоянного тока необходимо понимать необходимые режимы работы двигателя – скорости вращения и момент на валу. Как правило, при замене привода постоянного тока требуется асинхронный двигатель большей мощности. В УСЛОВИЯХ ЖЕСТОЧАЙШЕГО РЕЖИМА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ОСОЗНАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ Все бросились 100 -летию идею асинхронного двигателя спрятать в дорогую обертку частотного электропривода немецких фирм. История повторяется создана сеть фирм интеграторов, которые под ваш проект запрягут 100 -летнию лошадку «асинхронный двигатель» . Есть другой путь -- задуматься над физикой работы асинхронного двигателя. На основе новых знаний провести гармонизацию между новым воззрением на принципы конструирования асинхронного двигателя и его регулятором. Нужно улучшит характеристики 100 -летнего асинхронного двигателя, чтобы сэкономить до 25 -30% электроэнергии без увеличения габаритов и применения ЧРП!!!!!

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Рабочими характеристиками называются графические зависимости частоты вращения n 2 , полезного момента на валу M 2, тока в фазе статора I 1, КПД η и cosφ1 от полезной мощности Р 2 при U 1=const и f 1=const. Характеристики строятся для зоны практически устойчивой работы двигателя, т. е. до скольжений (1, 1 -1, 2) SH. Примерный вид рабочих характеристик, построенных в относительных единицах, представлен на рисунке 3 -15. Рис. 3. 15 Зависимость n 2(P 2) практически линейна и кривая слабо наклонена к оси абсцисс, т. к. SH≈(0, 08 -0, 1) и момент практически линейно зависит от скольжения. Поскольку n 2 изменяется мало, зависимость М 2(Р 2) также близка к линейной, Р 2=М 2∙W 2 и, следовательно М 2=Р 2/W 2. Зависимость I 1(P 2) близка к прямой. Это свидетельствует о том, что активная составляющая тока пропорциональна полезной мощности Р 2. Реактивная составляющая тока в диапазоне рабочих нагрузок меняется мало, т. к. она определяется током ХХ, который составляет 20 -40 % от номинального тока. Поэтому зависимость I 1(P 2) выходит не из начала координат. Зависимость cosφ1=f(P 2) показывает: при малых нагрузках cosφ1 имеет низкие значения (0, 1 -0, 3). С увеличением нагрузки cosφ1 увеличивается, достигая максимума (0, 75 -0, 9) при нагрузке, близкой к номинальной. С ростом нагрузки и мощности активная составляющая мало изменяется по сравнению с режимом ХХ. Зависимость η(Р 2) имеет такой же характер, как и у трансформатора. Максимум КПД имеет место при нагрузках, немного меньших номинальных.

ИННАВАЦИОННЫЙ ПОДХОД К РАСЧЕТУ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Мы понимаем , что этот подход вызовет у Вас синдром Т. Эдисона, который отказался осмотреть новое изобретение М. О. Доливо-Добровольского, заявив: «Нет, нет, переменный ток - это вздор, не имеющий будущего. Я не только не хочу осматривать двигатель переменного тока, но и знать о нем» . По словам изобретателя асинхронного двигателя: «уже при первом включении выявилось ошеломляющее для представлений того времени действие… попытка остановить его торможением за конец вала от руки блестяще провалилась, и только при особой ловкости было возможно воспрепятствовать таким способом его запуску при включении. Если принять во внимание малые размеры моторчика, это представлялось чудом для всех приглашенных свидетелей» . Из истории электротехники известно , что важнейшим достижением М. О. Доливо--Добровольского явилась замена двухфазной системы трехфазной. Он совершенно справедливо отмечал, что при увеличении числа фаз улучшается распределение намагничивающей силы по окружности статора асинхронного двигателя и использование машины. Переход от двухфазной системы к трехфазной дает значительный выигрыш в этом отношении. Дальнейшее увеличение числа фаз приведет к значительному увеличению расхода меди на провода.

Суть нашего нового подхода состоит в том, что проводился повременной срез мгновенных значений магнитного потока для каждого зубца на фоне распределения поля всех зубцов. Пошаговый (повременной) и кадровый срез динамики значений магнитного поля для всех зубцов статора серийных асинхронных двигателей позволило установить следующее: - поле на зубцах имеет не синусоидальную форму; - поле поочередно отсутствует у части зубцов; - не синусоидальное по форме и имеющее разрывы в пространстве магнитное вращающее поле формирует такую же структуру тока в статоре. С учетом данного подхода в течении ряда лет были проведены многотысячные измерения и расчеты мгновенных значений магнитного поля в пространстве асинхронных двигателей различных серий. Это позволило отработать новую методологию расчета магнитного поля и наметить эффективные пути по улучшению основных параметров асинхронных двигателей. В рамках трех фазной сети для улучшения характеристик вращающего магнитного поля было предложено очевидный способ - это повышения числа фаз путем смешанного включения обмоток «звезды» и «треугольника» . Этот метод применялся и раньше целым рядом ученных и талантливыми инженерами обмотчиками электрических машин, но они шли эмпирическим путем в рамках допущений по М. О. Доливо-Добровольского. Применение совмещенных обмоток в сочетании с новым пониманием теории протекания электромагнитных процессов в асинхронных двигателях дал ошеломляющий эффект !!! dvigatel. myfor. ru

Поле в зазоре для стандартного асинхронного двигателя с двумя полюсами Поле в зазоре для асинхронного двигателя с двумя полюсами и с совмещенными обмотками

Именно это и позволяет получить характеристику двигателя с совмещенными обмотками значительно лучше, чем у стандартного. Кроме того меньшие значения максимального МДС позволяют избежать насыщения зубцов, вытеснения поля и создания тормозящих моментов. В классической теории образования тормозящего момента приписывают 3, 5, 7 -нечетным гармоникам. На самом деле эти гармоники возникают из-за неправильной конструкции обмотки статора. Приведенный вариант распределения поля в воздушном зазоре двигателя с совмещенными обмотками не является самым лучшим. При правильном сочетании числа пазов статора и пар полюсов мне удавалось достичь полностью синусоидальной формы поля и лучшей формы механической характеристики - полностью "экскаваторной".

Таблица Объект испытаний: асинхронные электродвигатели АДM 100 S 2. производства ЗАО «Урал. Электро» г. Медногорск Цель испытания: Особенности конструкции: Специальная обмотка. Место проведения испытаний: Центральная заводская лаборатория ЗАО «Урал. Электро-К» , г. Медногорск Номинальные параметры: Тип. эл. двигателя; АДM 100 S 2 У 3 Напряжение, В: 380 Ток , А: 7, 9 Мощность, к. Вт: 4, 0 КПД , %: 87, 0 Соs f: Кл. из: Режим работы: Степень защиты: Масса, кг (по табличке) 0, 88 F S 1 IР 54 26, 8 электрических параметров эл. двигателей АДM 100 S 2 по результатам испытаний.

Двигатель 2 р=2 на z=24 с повышенной индукцией дал хорошие результаты. Механическая характеристика улучшилась. На графике зеленым показана характеристика стандартного двигателя, фиолетовым с совмещенными обмотками, красным совмещенная с повышенной индукцией. Повышение максимального момента позволяет существенно улучшить динамику старта при использовании двигателя в электромобилях.

Экономия электроэнергии, при той же полезной работе, достигает 30 -50%. Это достигается за счет того, что КПД и Cos имеют высокие значения в широком диапазоне нагрузок НАГРУЗКА

ВЫВОДЫ 1. Созданы теоретические основы для расчета конструкций асинхронных двигателей с совмещенными обмотками. В заводских условиях проведены испытания опытных асинхронных двигателей с совмещенными обмотками и изготовленных по серийной технологии. 2. Асинхронные двигатели совмещенными обмотками имеют: снижается пусковой ток двигателя; повышается пусковой момент; КПД имеет высокое значение в широком диапазоне нагрузок; повышается Сos в широком диапазоне нагрузок; облегчается работа двигателя при пониженном напряжении; из-за малых потерь снижается температура двигателя значит растет его надежность. Экономия электроэнергии, при той же полезной работе, достигает 30 -50% !!!! Ставили задачу - «Ожидается, что переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому может сэкономить до 25 -30% электроэнергии» . 3. Созданы теоретические и конструктивно- технологические предпосылки для разработки и выпуска комплексированного частотно регулируемого асинхронного привода. 4. Массовое внедрение асинхронных двигателей с совмещенными обмотками понизит более чем на 30% энергопотребление и улучшение экологической обстановки Расчетное снижение эмиссии СО 2 в атмосферу на более чем 558 млн. тонн.