Motoare de inducție cu cuplu ridicat și zgomot redus, cu înfășurări combinate
Principalele avantaje:
Un exemplu de astfel de motoare sunt motoarele electrice asincrone (IM) din seria ADEM. Ele pot fi achiziționate de la producător. UralElectro. Motoarele din seria ADEM respectă în totalitate GOST R 51689 în ceea ce privește dimensiunile de instalare și montaj.În ceea ce privește clasa de eficiență energetică, acestea corespund IE 2 conform IEC 60034-30.
Efectuarea lucrărilor de modernizare, reparare și service la IM a unei alte modificări permite aducerea principalelor lor caracteristici la nivelul motoarelor ADEM în domeniul reducerii consumului de curent și al creșterii timpului dintre defecțiuni de 2-5 ori.
Potrivit experților internaționali, 90% din flota existentă de unități de pompare consumă cu 60% mai multă energie electrică decât este necesar pentru sistemele existente. Este ușor de imaginat cât de multe resurse naturale pot fi economisite, în condițiile în care ponderea pompelor în consumul global de energie electrică este de aproximativ 20%.
Uniunea Europeană a dezvoltat și adoptat un nou standard IEC 60034-30, conform căruia sunt stabilite trei clase de eficiență energetică (IE - International Energy Efficiency) pentru motoarele cu colivie asincronă trifazată cu o singură viteză:
IE1 - clasa de eficiență energetică standard - aproximativ echivalentă cu clasa de eficiență energetică EFF2 utilizată în prezent în Europa;
IE2 - clasa de eficiență energetică ridicată - aproximativ echivalent cu clasa de eficiență energetică EFF1,
IE3 - cea mai înaltă clasă de eficiență energetică - o nouă clasă de eficiență energetică pentru Europa.
Conform cerințelor standardului menționat, modificările se aplică la aproape toate motoarele din gama de putere de la 0,75 kW la 375 kW. Introducerea noului standard în Europa va avea loc în trei etape:
Din ianuarie 2011, toate motoarele trebuie să respecte clasa IE2.
Din ianuarie 2015, toate motoarele de la 7,5 la 375 kW trebuie să fie cel puțin IE3; un motor din clasa IE2 este permis, dar numai atunci când se lucrează cu un variator de frecvență.
Din ianuarie 2017, toate motoarele de la 0,75 la 375 kW trebuie să fie de cel puțin IE3; în acest caz, este permis și un motor de clasă IE2 atunci când se lucrează cu un variator de frecvență.
Toate motoarele IE3 economisesc până la 60% energie electrică în anumite condiții. Tehnologia utilizată în noile motoare electrice face posibilă reducerea la minimum a pierderilor în înfășurarea statorului, laminările statorului și rotorul motorului din cauza curenților turbionari și a decalajului de fază. În plus, aceste motoare minimizează pierderile datorate trecerii curentului prin canelurile și inelele colectoare ale rotorului, precum și pierderile prin frecare în rulmenți.
Acționarea electrică este principalul consumator de energie electrică.
Astăzi, consumă mai mult de 40% din toată energia electrică produsă și până la 80% în locuințe și servicii comunale. În condiții de deficit de resurse energetice, acest lucru face ca problema economisirii energiei în sistemul de acționare electric și mijloacele de acționare electrică să fie deosebit de acută.
Stadiul actual al cercetării și dezvoltării în domeniul implementării proiectelor
În ultimii ani, datorită apariției convertoarelor de frecvență fiabile și accesibile, unitățile asincrone controlate au devenit larg răspândite. Deși prețul lor rămâne destul de ridicat (de două până la trei ori mai scump decât un motor), ele permit în unele cazuri reducerea consumului de energie electrică și îmbunătățirea performanței motorului, apropiindu-le de caracteristicile motoarelor de curent continuu. Fiabilitatea regulatoarelor de frecvență este, de asemenea, de câteva ori mai mică decât cea a motoarelor electrice. Nu fiecare consumator are posibilitatea de a investi o sumă atât de mare de bani în instalarea regulatoarelor de frecvență. În Europa, până în 2012, doar 15% din variatoarele de viteză sunt echipate cu motoare de curent continuu. Prin urmare, este relevant să se ia în considerare problema economisirii energiei în principal în legătură cu o acţionare electrică asincronă, inclusiv una cu frecvenţă controlată, echipată cu motoare specializate cu consum de material şi costuri reduse.
În practica mondială, există două direcții principale pentru rezolvarea acestei probleme:
Primul- economisirea energiei prin intermediul unui antrenament electric prin furnizarea utilizatorului final cu puterea necesară în orice moment.
Al doilea– producerea de motoare eficiente energetic care îndeplinesc standardul IE-3.
În primul caz, eforturile vizează reducerea costului convertoarelor de frecvență. În al doilea caz - pentru dezvoltarea de noi materiale electrice și optimizarea dimensiunilor principale ale mașinilor electrice.
Noutatea abordării propuse
Esența soluțiilor tehnologice
Forma câmpului în golul de lucru al unui motor standard.
Forma câmpului în spațiul de lucru al unui motor cu înfășurări combinate.
Principalele avantaje ale unui motor cu înfășurări combinate:
duce la pierderi suplimentare de energie. Conform unei estimări conservatoare, această valoare atinge 15-20% din consumul total de energie electrică al sarcinii motorului ( în special unitatea de joasă tensiune). Cu o scădere a volumelor de producție o parte a unității nu este oprită din „motive” tehnologice. În această perioadă, unitatea funcționează cu un factor de utilizare a puterii nominale mai scăzut ( sau chiar la ralanti). Acest lucru crește în mod natural pierderi în unitate. Conform măsurătorilor prezentate și calculelor simplificate, se stabilește că sarcina medie a acționării electrice nu depășește valoarea 50-55% de la puterea nominală a motorului electric. Încărcarea neoptimală a motoarelor cu inducție (IM) duce la faptul că pierderile reale depaseste normele. Scăderea curentului nu este proporțională cu scăderea puterii - datorită scăderii factorului de putere. Acest efect este însoțit de pierderi suplimentare nejustificate în rețelele de distribuție. Dependența estimată a nivelului pierderilor de energie electrică în motoare de la nivelul de încărcare a acestora poate fi reflectat sub forma unui grafic ( vezi poza de mai jos). Una dintre „greșelile” caracteristice este utilizarea valorii medii în calcule cos, ceea ce duce la o distorsiune a imaginii reale a raportului dintre energia activă și reactivă.Prin extinderea intervalului dinamic de eficiență ridicată și a valorilor cos pentru un motor asincron, puteți reduce semnificativ pierderea de energie electrică consumată!
Justificarea proiectului și soluțiile aplicate
1. Înfăşurări
De mai bine de 100 de ani, inventatorii din toate țările industrializate ale lumii au făcut încercări nereușite de a inventa astfel de motoare electrice care ar putea înlocui motoarele de curent continuu cu altele mai simple, mai fiabile și mai ieftine precum cele asincrone.
Soluția a fost găsită în Rusia, dar nu este posibil să se stabilească adevăratul inventator astăzi.
Există un brevet RU 2646515 (nevalabil de la 01.01.2013) cu prioritate din 22.07.1991 al autorilor: Vlasova VG și Morozova NM, titular de brevet: Asociația Științifică și de Producție „Kuzbasselectromotor” - „Bobinaj stator al un motor asincron trifazat cu doi poli ”, care corespunde aproape complet cererilor de brevet ulterioare de către N.V. Yalovega, profesor la Institutul de Tehnologie Electronică din Moscova, din 1995 (nu au fost eliberate brevete pentru aceste aplicații). Se pare că ideea originală nu îi aparține lui N. V. Yalovega, care este prezentat peste tot inventatorilor - „Motorul Parametric Yalovega rusesc” (RPDYa). Dar există un brevet american eliberat pe 29 iunie 1993 către Yalovege N.V., Yalovege S.N. și Belanov K.A., pentru un motor electric asemănător cu brevetul Federației Ruse din 1991, dar nimeni nu a reușit să creeze un motor electric conform brevetelor denumite. descrierea teoretică nu conține informații despre designul specific al înfășurărilor, iar „autorii” nu pot da lămuriri deoarece nu au o „viziune” pentru aplicarea invenţiei.
Situația de mai sus cu brevetele indică faptul că „autorii” brevetelor nu sunt inventatori adevărați, dar cel mai probabil au „peeed” întruchiparea sa de la un practician - un bobinator cu motor cu inducție, dar nu au reușit să dezvolte o aplicare reală a efectului.
Un motor electric cu 2 × 3 înfășurări cu două straturi deplasate unul față de celălalt se numește motor electric asincron cu înfășurări combinate (AEM CO). Proprietățile AED CO au făcut posibilă crearea pe baza sa a unei game întregi de echipamente tehnologice care îndeplinesc cele mai stricte cerințe ale tehnologiilor de economisire a energiei. Proiectele AED SO finalizate au acoperit intervalul de putere de la 0,25 kW la 2000 kW.
2. Compus
Pentru umplerea înfășurărilor motorului, se folosește un compus IKM pe bază de cauciuc metilvinilsiloxan cu umpluturi minerale nanodimensionate.
PCM este un material promițător care economisește energie și resurse pentru utilizare în producția de fire și cabluri electrice, produse din cauciuc din cea mai largă gamă. Vă permite să înlocuiți firele de producție străină în intervalul de temperatură de la -100 la +400. Vă permite să reduceți secțiunea transversală utilă a firului de 1,5-3 ori la sarcini de curent egale. Pentru fabricare se folosesc materii prime minerale și organice rusești.
Creat pe baza de cauciuc siliconic fără halogen (fluor, clor), acesta, în comparație cu materialele tradiționale utilizate în aceste scopuri, are o serie de proprietăți de performanță importante și utile:
Firele cu PCM, prezentate spre examinare, acoperă parametrii normativi de temperatură ai izolației (GOST 26445-85, GOST R IEC 60331-21 2003) și pot fi utilizate în automobile moderne, aeronave, nave și alte echipamente electrice în intervalul de temperatură de la - 100 ° C până la + 400 ° C.
Proprietățile mecanice ale PCM fac posibilă utilizarea lor atât în modurile statice, cât și în cele dinamice de funcționare a dispozitivelor electrice supuse încălzirii la temperaturi ridicate, fără expunere la foc deschis până la o temperatură de +400 ° C și cu foc deschis până la o temperatură. de +700°C timp de 240 minute.
Răsucirile de sârmă (cablu) rezistă la o suprasarcină de curent de 20 de ori pe termen scurt (până la 10 minute) fără a le rupe izolația, ceea ce depășește semnificativ sursa de alimentare GOST pentru diferite echipamente, de exemplu, auto, aviație, navă etc.
Cu fluxul de aer PCM extern, caracteristicile de încărcare a temperaturii pot fi mărite (în funcție de fluxul de aer).
Când izolația arde, substanțele toxice nu sunt eliberate. Mirosul de la evaporarea culorii externe a PCM apare la o temperatură de plus 160 - 200 C.
Au loc proprietățile de ecranare ale izolației conductoarelor.
Degazarea, decontaminarea și dezinfectarea și alte soluții nu afectează calitatea izolației firelor.
Firele de tip IKM prezentate pentru testare corespund GOST 26445-85, GOST R IEC 60331-21-2003 „Cabluri rezistente la căldură cu izolație organosilicioasă, sârmă portabilă cu izolație din cauciuc”.
3. Rulmenți
Pentru reducerea coeficientului de frecare în rulmenți se folosește unsoare minerală antifricțiune CETIL.
Particularitati:
Protecția continuă la uzură a pieselor metalice care se freacă este garantată;
Constanța pe termen lung a caracteristicilor este garantată;
Economie ridicată și eficiență energetică;
Optimizarea tuturor componentelor mecanice;
Puritate ridicată a procesului datorită utilizării numai a componentelor minerale;
Prietenia mediului;
Curățarea constantă a mecanicilor de depuneri de carbon și murdărie;
Emisiile nocive sunt complet absente.
Beneficiile lubrifianților solizi CETIL:
Concentrația actuală de CETIL în uleiuri și lubrifianți este de 0,001 - 0,002%.
CETIL rămâne pe suprafețele de frecare chiar și după scurgerea completă a uleiului (cu frecare uscată) și elimină complet efectele frecării limită.
CETIL este o substanță inertă din punct de vedere chimic, nu se oxidează, nu se arde și își păstrează proprietățile la infinit.
Funcționează la temperaturi de până la 1600 de grade.
Utilizarea CETIL crește durata de viață a uleiurilor și lubrifianților de mai multe ori.
CETIL este un nanocomplex de particule minerale - dimensiunea particulelor concentratului inițial este de 14-20 nm.
Nu există analogi cu astfel de proprietăți în lume.
Aproape 100 de ani existența motoarelor asincrone, au îmbunătățit materialele utilizate, proiectarea componentelor și pieselor individuale, tehnologia de fabricație; totuși, soluțiile fundamentale de proiectare propuse de inventatorul rus M. O. Dolivo-Dobrovolsky, practic a ramas neschimbata pana la inventarea motoarelor cu infasurari combinate.
Abordări metodice în calculele motoarelor asincrone
Abordare tradițională a calculului unui motor cu inducție
În abordările moderne ale calculului motoarelor asincrone, postulatul de identitatea formei de undă sinusoidală fluxul câmpului magnetic și al acestuia uniformitate sub toți dinții statorului. Pe baza acestui postulat s-au efectuat calculele pt un dinte de stator, iar simularea pe calculator a fost efectuată pe baza ipotezelor de mai sus. În același timp, neconcordanțele dintre modelele calculate și cele reale ale funcționării unui motor asincron au fost compensate prin utilizarea unui număr mare de factori de corecție. În acest caz, calculul a fost efectuat pentru modul nominal de funcționare al motorului asincron.
Esența noii noastre abordări este că, în calcule, a fost efectuată o tăiere în timp a valorilor instantanee ale fluxului magnetic pentru fiecare dinte pe fundalul distribuției câmpului tuturor dinților. O tăiere pas cu pas (timp cu timp) și cadru a dinamicii valorilor câmpului magnetic pentru toți dinții statorului ai motoarelor asincrone în serie a făcut posibilă stabilirea următoarelor:
câmpul de pe dinți are formă nesinusoidală;
câmpul este alternativ absent de la unii dintre dinți;
de formă nesinusoidală și având discontinuități în spațiu, câmpul magnetic formează aceeași structură de curent în stator.
Timp de câțiva ani, au fost efectuate mii de măsurători și calcule ale valorilor instantanee ale câmpului magnetic în spațiul motoarelor asincrone de diferite serii. Acest lucru a făcut posibilă elaborarea unei noi metodologii pentru calcularea câmpului magnetic și identificarea modalităților eficiente de îmbunătățire a parametrilor principali ai motoarelor asincrone.
Pentru a îmbunătăți caracteristicile câmpului magnetic, a fost propusă o metodă evidentă - combinarea a două circuite „stea” și „triunghi” într-o singură înfășurare.
Această metodă a fost folosită înainte de un număr de oameni de știință și ingineri talentați, bobinatori de mașini electrice, dar au urmat o cale empirică.
Utilizarea înfășurărilor combinate în combinație cu o nouă înțelegere a teoriei fluxului proceselor electromagnetice în motoarele asincrone a dat efect uimitor!!!
Economisirea energiei, cu aceeași muncă utilă, ajunge la 30-50%, curentul de pornire se reduce cu 30-50%. Creșterea cuplului maxim și de pornire, eficiența are o valoare mare într-o gamă largă de sarcini, cos crește, funcționarea motorului la tensiune redusă este facilitată.
Introducerea în masă a motoarelor asincrone cu înfășurări combinate va reduce consumul de energie electrică cu peste 30% și va îmbunătăți situația de mediu.
În ianuarie 2012, uzina UralElectro a început producția în masă de motoare asincrone cu înfășurări combinate de design industrial general din seria ADEM.
În prezent, se lucrează la crearea de propulsii de tracțiune bazate pe motoare cu înfășurări combinate pentru vehicule electrice.
Pe 31 ianuarie 2012, o mașină electrică cu o astfel de unitate a făcut prima călătorie. Testerii au apreciat avantajele unității față de unitățile asincrone și seriale standard.
Piețele țintă din Rusia
Tabel de aplicare a motoarelor electrice asincrone cu înfășurări combinate (EDSO) sau modernizarea motoarelor electrice asincrone convenționale la nivelul ADSO pentru transport de persoane, transport electric, locuințe și servicii comunale, scule electrice și anumite tipuri de echipamente industriale
concluzii
Proiectul de motoare de inducție cu înfășurări combinate (ADSO) are piețe extinse în Federația Rusă și în străinătate, în conformitate cu IEC 60034-30.
Pentru a domina piața motoarelor de inducție cu înfășurări combinate, este necesară construirea unei fabrici cu un program anual de 2 milioane de motoare și 500 de mii de unități. convertoare de frecvență (FC) pe an.
Nomenclatorul produselor plantei, mii de bucăți.
La motoarele cu economie de energie, datorită creșterii masei materialelor active (fier și cupru), valorile nominale ale eficienței și cosj sunt crescute. Motoarele care economisesc energie sunt folosite, de exemplu, în SUA și dau efect la o sarcină constantă. Fezabilitatea utilizării motoarelor care economisesc energie ar trebui evaluată ținând cont de costurile suplimentare, deoarece o creștere mică (până la 5%) a eficienței nominale și a cosj se realizează prin creșterea masei de fier cu 30-35%, a cuprului cu 20- 25%, aluminiu cu 10-15%, t .e. creșterea costului motorului cu 30-40%.
În figură sunt prezentate dependențele aproximative ale eficienței (h) și cos j de puterea nominală pentru motoarele convenționale și de economisire a energiei fabricate de Gould (SUA).
O creștere a eficienței motoarelor electrice care economisesc energie se realizează prin următoarele modificări de proiectare:
· miezurile, asamblate din plăci individuale de oţel electric cu pierderi reduse, sunt alungite. Astfel de nuclee reduc inducția magnetică, adică pierderi de oțel.
· pierderile în cupru sunt reduse datorită utilizării maxime a canelurilor și utilizării conductoarelor de secțiune transversală crescută în stator și rotor.
Pierderile suplimentare sunt minimizate prin selectarea atentă a numărului și geometriei dinților și fantelor.
· se generează mai puțină căldură în timpul funcționării, ceea ce permite reducerea puterii și dimensiunii ventilatorului de răcire, ceea ce duce la o scădere a pierderilor de ventilator și, prin urmare, la o scădere a pierderii totale de putere.
Motoarele electrice cu eficienta crescuta reduc costurile energetice prin reducerea pierderilor la motorul electric.
Testele efectuate pe trei motoare „economisitoare de energie” au arătat că la sarcină maximă economiile rezultate au fost: 3,3% pentru un motor de 3 kW, 6% pentru un motor de 7,5 kW și 4,5% pentru un motor de 22 kW.
Economiile la sarcină maximă sunt de aproximativ 0,45 kW, ceea ce înseamnă un cost de energie de 0,06 USD/kW. h este 0,027 USD/h. Acest lucru este echivalent cu 6% din costurile de operare ale unui motor electric.
Prețul de listă pentru un motor convențional de 7,5 kW este de 171 USD, în timp ce motorul de înaltă eficiență este de 296 USD (taxă suplimentară de 125 USD). Tabelul de mai sus arată că perioada de amortizare a costurilor marginale pentru un motor de înaltă eficiență este de aproximativ 5.000 de ore, ceea ce este echivalent cu 6,8 luni de funcționare a motorului la sarcina nominală. La sarcini mai mici, perioada de rambursare va fi ceva mai lungă.
Eficiența utilizării motoarelor de economisire a energiei va fi cu cât mai mare, cu atât sarcina motorului este mai mare și modul său de funcționare este mai aproape de o sarcină constantă.
Utilizarea și înlocuirea motoarelor cu motoare care economisesc energie ar trebui evaluată luând în considerare toate costurile suplimentare și durata de viață a acestora.
Pentru a crește puterea și a reduce semnificativ consumul de energie al motoarelor arse și noi asincrone, o tehnologie unică de modernizare care utilizează înfășurări combinate de tip Slavyanka permite. Astăzi, este implementat cu succes în mai multe întreprinderi industriale mari. O astfel de modernizare face posibilă creșterea cuplurilor de pornire și minime cu 10-20%, reducerea curentului de pornire cu 10-20% sau creșterea puterii motorului cu 10-15%, stabilizarea eficienței aproape de valoarea nominală într-o gamă largă. de sarcini, reduceți curentul fără sarcină, reduceți de 2,7-3 ori pierderile din oțel, nivelul de zgomot electromagnetic și vibrații, creșteți fiabilitatea și creșteți perioada de revizie de 1,5-2 ori.
În Rusia, ponderea motoarelor asincrone, conform diferitelor estimări, reprezintă de la 47 la 53% din consumul întregii energie electrică generată, în industrie - o medie de 60%, în sistemele de apă rece - până la 80%. Ei efectuează aproape toate procesele tehnologice asociate cu mișcarea și acoperă toate sferele vieții umane. În fiecare apartament puteți găsi mai multe motoare asincrone decât rezidenți. Anterior, din moment ce nu exista sarcina de a economisi resursele energetice, atunci când proiectau echipamente, au încercat să „o mențină în siguranță” și au folosit motoare cu o putere mai mare decât cea calculată. Economiile de energie în proiectare au dispărut în fundal, iar un astfel de concept precum eficiența energetică nu era atât de relevant. Industria rusă nu a proiectat și a produs motoare eficiente din punct de vedere energetic. Tranziția la o economie de piață a schimbat dramatic situația. Astăzi, economisirea unei unități de resurse energetice, de exemplu, 1 tonă de combustibil în termeni convenționali, este jumătate din prețul extragerii acestuia.
Motoarele eficiente din punct de vedere energetic (EM) sunt EM asincrone cu rotor cu colivie, în care, datorită creșterii masei materialelor active, a calității acestora, precum și datorită tehnicilor speciale de proiectare, a fost posibilă creșterea cu 1. -2% (motoare puternice) sau cu 4-5% (motoare mici) randament nominal cu o oarecare creștere a prețului motorului.
Odată cu apariția motoarelor cu înfășurări combinate „Slavyanka”, conform unei scheme brevetate, a devenit posibilă îmbunătățirea semnificativă a parametrilor motoarelor fără a crește prețul. Datorită caracteristicilor mecanice îmbunătățite și a performanței energetice mai mari, a devenit posibil să economisiți până la 15% din consumul de energie pentru aceeași muncă utilă și să creați o unitate reglabilă cu caracteristici unice care nu are analogi în lume.
Spre deosebire de motoarele standard cu înfășurări combinate, acestea au o mare multiplicitate de momente, au un randament și un factor de putere apropiat de valoarea nominală într-o gamă largă de sarcini. Acest lucru vă permite să creșteți sarcina medie a motorului cu până la 0,8 și să îmbunătățiți performanța echipamentului deservit de unitate.
În comparație cu metodele cunoscute de îmbunătățire a eficienței energetice a unui drive asincron, noutatea tehnologiei utilizate de Petersburg constă în schimbarea principiului fundamental de proiectare al înfășurărilor clasice ale motorului. Noutatea științifică constă în faptul că au fost formulate principii complet noi pentru proiectarea înfășurărilor motorului, alegerea raporturilor optime ale numărului de caneluri ale rotoarelor și demarorului. Pe baza acestora, au fost dezvoltate desene industriale și scheme de înfășurări combinate cu un singur strat și cu două straturi, atât pentru așezarea manuală, cât și automată a înfășurărilor pe echipamente standard. Au fost obținute o serie de brevete RF pentru soluții tehnice.
Esența dezvoltării este că, în funcție de schema de conectare a unei sarcini trifazate la o rețea trifazată (stea sau triunghi), se pot obține două sisteme de curenți, formând un unghi de 30 de grade electrice între vectori. În consecință, este posibil să se conecteze un motor electric la o rețea trifazată care nu are o înfășurare trifazată, ci una cu șase faze. În acest caz, o parte a înfășurării trebuie inclusă în stea, iar o parte în triunghi și vectorii rezultați ai polilor acelorași faze ale stelei și triunghiul trebuie să formeze un unghi de 30 de grade electrice unul cu celălalt. Combinația a două circuite într-o singură înfășurare face posibilă îmbunătățirea formei câmpului în spațiul de lucru al motorului și, ca urmare, îmbunătățirea semnificativă a principalelor caracteristici ale motorului.
Fata de cele cunoscute, se poate realiza o actionare controlata in frecventa pe baza de noi motoare cu infasurari combinate cu o frecventa crescuta a tensiunii de alimentare. Acest lucru se realizează datorită pierderilor mai mici în oțelul circuitului magnetic al motorului. Drept urmare, costul unei astfel de acționări este semnificativ mai mic decât atunci când se utilizează motoare standard, în special, zgomotul și vibrațiile sunt reduse semnificativ.
Utilizarea acestei tehnologii în repararea motoarelor asincrone permite, datorită economiilor de energie, recuperarea costurilor în termen de 6-8 luni. În ultimul an, doar Asociația Științifică și de Producție „Compania Electrotehnică din Sankt Petersburg” a modernizat câteva zeci de motoare asincrone arse și noi prin rebobinarea înfășurărilor statorice la o serie de întreprinderi mari din Sankt Petersburg în panificație, industria tutunului, construcții. materiale plante si multe altele. Și această direcție se dezvoltă cu succes. Astăzi, Asociația Științifică și de Producție „Compania Electrotehnică Sankt Petersburg” caută potențiali parteneri în regiuni care să poată organiza, împreună cu Petersburgi, o afacere pentru modernizarea motoarelor electrice asincrone în zona lor.
Pregătit de Maria Alisova.
referinţă
Nikolay Yalovega- fondatorul tehnologiei - profesor, doctor în științe tehnice. A primit un brevet american în 1996. De astăzi a expirat.
Dmitri Duyunov— dezvoltator de metode de calcul a planurilor pentru pozarea înfășurărilor combinate de motor. Au fost eliberate o serie de brevete.
La motoarele cu economie de energie, datorită creșterii masei materialelor active (fier și cupru), valorile nominale ale eficienței și cosj sunt crescute. Motoarele care economisesc energie sunt folosite, de exemplu, în SUA și dau efect la o sarcină constantă. Fezabilitatea utilizării motoarelor care economisesc energie ar trebui evaluată ținând cont de costurile suplimentare, deoarece o creștere mică (până la 5%) a eficienței nominale și a cosj se realizează prin creșterea masei de fier cu 30-35%, a cuprului cu 20- 25%, aluminiu cu 10-15%, t .e. creșterea costului motorului cu 30-40%.
În figură sunt prezentate dependențele aproximative ale eficienței (h) și cos j de puterea nominală pentru motoarele convenționale și de economisire a energiei fabricate de Gould (SUA).
O creștere a eficienței motoarelor electrice care economisesc energie se realizează prin următoarele modificări de proiectare:
· miezurile, asamblate din plăci individuale de oţel electric cu pierderi reduse, sunt alungite. Astfel de nuclee reduc inducția magnetică, adică pierderi de oțel.
· pierderile în cupru sunt reduse datorită utilizării maxime a canelurilor și utilizării conductoarelor de secțiune transversală crescută în stator și rotor.
Pierderile suplimentare sunt minimizate prin selectarea atentă a numărului și geometriei dinților și fantelor.
· se generează mai puțină căldură în timpul funcționării, ceea ce permite reducerea puterii și dimensiunii ventilatorului de răcire, ceea ce duce la o scădere a pierderilor de ventilator și, prin urmare, la o scădere a pierderii totale de putere.
Motoarele electrice cu eficienta crescuta reduc costurile energetice prin reducerea pierderilor la motorul electric.
Testele efectuate pe trei motoare „economisitoare de energie” au arătat că la sarcină maximă economiile rezultate au fost: 3,3% pentru un motor de 3 kW, 6% pentru un motor de 7,5 kW și 4,5% pentru un motor de 22 kW.
Economiile la sarcină maximă sunt de aproximativ 0,45 kW, ceea ce înseamnă un cost de energie de 0,06 USD/kW. h este 0,027 USD/h. Acest lucru este echivalent cu 6% din costurile de operare ale unui motor electric.
Prețul de listă pentru un motor convențional de 7,5 kW este de 171 USD, în timp ce motorul de înaltă eficiență este de 296 USD (taxă suplimentară de 125 USD). Tabelul de mai sus arată că perioada de amortizare a costurilor marginale pentru un motor de înaltă eficiență este de aproximativ 5.000 de ore, ceea ce este echivalent cu 6,8 luni de funcționare a motorului la sarcina nominală. La sarcini mai mici, perioada de rambursare va fi ceva mai lungă.
Eficiența utilizării motoarelor de economisire a energiei va fi cu cât mai mare, cu atât sarcina motorului este mai mare și modul său de funcționare este mai aproape de o sarcină constantă.
Utilizarea și înlocuirea motoarelor cu motoare care economisesc energie ar trebui evaluată luând în considerare toate costurile suplimentare și durata de viață a acestora.
Motoare electrice asincrone trifazate cu design de bază eficient energetic (clasa IE2) seria AIR, 7АVER
Motoarele de uz general sunt proiectate pentru funcționarea în modul S1 de la rețeaua de curent alternativ de 50Hz, tensiune 380V (220, 660V). Grad de protecție standard - IP54, IP55, versiunea climatică și categoria de amplasare - U3, U2.
Clasa de eficiență energetică - IE2 (în conformitate cu GOST R51677-2000 și standardul internațional IEC 60034-30).
P, kW | 3000 rpm | 1500 rpm | 1000 rpm | 750 rpm | ||||
marca el / dv | greutate, kg | marca el / dv | greutate, kg | marca el / dv | greutate, kg | marca el / dv | greutate, kg | |
0,06 | AIR 50 A4 | 3,2 | ||||||
0,09 | AIR 50 A2 | 3,1 | AIR 50 V4 | 3,6 | ||||
0,12 | AIR 50 V2 | 3,4 | AIR 56 A4 | 3,5 | ||||
0,18 | AIR 56 A2 | 3,6 | AIR 56 B4 | 3,9 | AIR 63 A6 | 6,0 | AIR 71 A8 | 9,3 |
0,25 | AIR 56 B2 | 3,9 | AIR 63 A4 | 5,6 | AIR 63 B6 | 7,0 | AIR 71 B8 | 8,9 |
0,37 | AIR 63 A2 | 5,6 | AIR 63 B4 | 6,7 | AIR 71 A6 | 8,1 | AIR 80 A8 | 13,5 |
0,55 | AIR 63 B2 | 6,7 | AIR 71 A4 | 8,3 | AIR 71 B6 | 9,7 | AIR 80 V8 | 15,7 |
0,75 | AIR 71 A2 | 8,6 | AIR 71 V4 | 9,4 | AIR 80 A6 | 12,5 | AIR 90 LA8 | 19,5 |
1,10 | AIR 71 B2 | 9,3 | AIR 80 A4 | 12,8 | AIR 80 V6 | 16,2 | AIR 90 LV8 | 22,3 |
1,50 | AIR 80 A2 | 13,3 | AIR 80 V4 | 14,7 | AIR 90 L6 | 20,6 | AIR 100 L8 | 28,0 |
2,20 | AIR 80 V2 | 15,9 | AIR 90 L4 | 19,7 | AIR 100 L6 | 25,1 | AIR 112 MA8 | 50,0 |
3,00 | AIR 90 L2 | 20,6 | AIR 100 S4 | 25,8 | AIR 112 MA6 | 50,5 | AIR 112 MV8 | 54,5 |
4,00 | AIR 100 S2 | 23,6 | AIR 100 L4 | 26,1 | AIR 112 MV6 | 55,0 | AIR 132 S8 | 62,0 |
5,50 | AIR 100 L2 | 32,0 | AIR 112 M4 | 56,5 | AIR 132 S6 | 62,0 | AIR 132 M8 | 72,5 |
7,50 | AIR 112 M2 | 56,5 | AIR 132 S4 | 63,0 | AIR 132 M6 | 73,0 | AIR 160 S8 | 120,0 |
11,00 | AER 132 M2 | 68,5 | AIR 132 M4 | 74,5 | AIR 160 S6 | 122,0 | AIR 160 M8 | 145,0 |
15,00 | AIR 160 S2 | 122,0 | AIR 160 S4 | 127,0 | AIR 160 M6 | 150,0 | AIR 180 M8 | 180,0 |
18,50 | AER 160 M2 | 133,0 | AIR 160 M4 | 140,0 | AIR 180 M6 | 180,0 | AIR 200 M8 | 210,0 |
22,00 | AIR 180 S2 | 160,0 | AIR 180 S4 | 170,0 | AIR 200 M6 | 195,0 | AIR 200 L8 | 225,0 |
30,00 | AER 180 M2 | 180,0 | AIR 180 M4 | 190,0 | AIR 200 L6 | 240,0 | AIR 225 M8 | 316,0 |
37,00 | AER 200 M2 | 230,0 | AIR 200 M4 | 230,0 | AIR 225 M6 | 308,0 | AIR 250 S8 | 430,0 |
45,00 | AIR 200 L2 | 255,0 | AIR 200 L4 | 260,0 | AIR 250 S6 | 450,0 | AIR 250 M8 | 560,0 |
55,00 | AER 225 M2 | 320,0 | AIR 225 M4 | 325,0 | AIR 250 M6 | 455,0 | AIR 280 S8 | 555,0 |
75,00 | AIR 250 S2 | 450,0 | AIR 250 S4 | 450,0 | AIR 280 S6 | 650,0 | AIR 280 M8 | 670,0 |
90,00 | AER 250 M2 | 490,0 | AIR 250 M4 | 495,0 | AIR 280 M6 | 670,0 | AIR 315 S8 | 965,0 |
110,00 | AIR 280 S2 | 590,0 | AIR 280 S4 | 520,0 | AIR 315 S6 | 960,0 | AIR 315 M8 | 1025,0 |
132,00 | AER 280 M2 | 620,0 | AIR 280 M4 | 700,0 | AIR 315 M6 | 1110,0 | AIR 355 S8 | 1570,0 |
160,00 | AIR 315 S2 | 970,0 | AIR 315 S4 | 1110,0 | AIR 355 S6 | 1560,0 | AIR 355 M8 | 1700,0 |
200,00 | AIR 315 M2 | 1110,0 | AIR 315 M4 | 1150,0 | AIR 355 M6 | 1780,0 | AIR 355 MB8 | 1850,0 |
250,00 | AIR 355 S2 | 1700,0 | AIR 355 S4 | 1860,0 | AIR 355 MB6 | 1940,0 | ||
315,00 | AIR 355 M2 | 1820,0 | AIR 355 M4 | 1920,0 |
Utilizarea motoarelor eficiente energetic permite:
- creșterea eficienței motorului cu 2-5%;
- reducerea consumului de energie electrică;
- crește durata de viață a motorului și a echipamentelor aferente;
- îmbunătățirea factorului de putere;
- îmbunătățirea capacității de suprasarcină;
- crește rezistența motorului la sarcini termice și la modificările condițiilor de funcționare.
În ansamblu, dimensiunile de montare și de conectare ale motoarelor eficiente din punct de vedere energetic corespund dimensiunilor generale, de montare și de conectare ale motoarelor din designul de bază.
Motoare electrice eficiente energetic EFF1/IE2 fabricate de ENERAL
Motoarele electrice eficiente din punct de vedere energetic EFF1 sunt motoare electrice trifazate asincrone cu o singură viteză, cu un rotor cu colivie.
Principalele caracteristici:
Clasa de eficiență energetică Eff 1 îndeplinește standardul IE2
Eff1 | Putere | eficienţă | cos | Curent nominal, A | Multiplicitatea cuplului maxim | Multiplicitatea curentului cu un rotor închis | Raportul cuplului cu rotorul închis | Viteza de rotatie |
AIR132M2 | 11 | 90,29 | 0,925 | 20,96 | 3,07 | 6,86 | 2,11 | 2905 |
AIR132M4 | 11 | 90,39 | 0,8495 | 20,87 | 2,51 | 6,74 | 2,26 | 1460 |
AIR160S2 | 15 | 91,3 | 0,89 | 28 | 2,3 | 8 | 2,2 | 2945 |
AIR160S4 | 15 | 91,8 | 0,86 | 28,9 | 2,3 | 7,5 | 2,2 | 1475 |
AIR160S6 | 11 | 90 | 0,79 | 23,5 | 2,1 | 6,9 | 2,1 | 980 |
Comparație de caracteristici:
Motoarele electrice asincrone cu rotor cu colivie reprezintă în prezent o parte semnificativă a tuturor mașinilor electrice, peste 50% din energia electrică consumată cade asupra lor. Este aproape imposibil să găsești o sferă în care sunt utilizate: acționări electrice ale echipamentelor industriale, pompe, echipamente de ventilație și multe altele. Mai mult, atât volumul parcului tehnologic, cât și puterea motorului sunt în continuă creștere.
Motoarele ENERAL eficiente din punct de vedere energetic din seria AIR…E sunt proiectate ca motoare asincrone trifazate cu o singură viteză cu un rotor cu colivie și respectă GOST R51689-2000.
Motorul eficient din punct de vedere energetic al seriei AIR…E a crescut eficiența datorită următoarelor îmbunătățiri ale sistemului:
1. Masa materialelor active a fost crescută (înfășurarea statorului din cupru și oțelul laminat la rece în pachetele de stator și rotor);
2. Se folosesc oteluri electrice cu proprietati magnetice imbunatatite si pierderi magnetice reduse;
3. Zona cu caneluri dentare a circuitului magnetic și designul înfășurărilor sunt optimizate;
4. Izolație folosită cu conductivitate termică și rezistență electrică ridicată;
5. Interfer redus între rotor și stator cu echipamente de înaltă tehnologie;
6. Un design special de ventilator este utilizat pentru a reduce pierderile de ventilație;
7. Se folosesc rulmenți și lubrifianți de calitate superioară.
Noile proprietăți de consum ale motorului eficient din punct de vedere energetic al seriei AIR…E se bazează pe îmbunătățiri ale designului, unde un loc special este acordat protecției împotriva condițiilor nefavorabile și etanșării sporite.
Astfel, caracteristicile de proiectare ale seriei AIR…E fac posibilă reducerea la minimum a pierderilor în înfășurările statorului. Datorită temperaturii scăzute a înfășurării motorului, durata de viață a izolației este de asemenea prelungită.
Un efect suplimentar este reducerea frecării și vibrațiilor și, prin urmare, supraîncălzirea, prin utilizarea lubrifianților și rulmenților de înaltă calitate, inclusiv a unui blocaj mai dens al rulmentului.
Un alt aspect asociat cu o temperatură mai scăzută a motorului în funcțiune este capacitatea de a funcționa la o temperatură ambientală mai ridicată sau capacitatea de a reduce costurile asociate cu răcirea externă a unui motor în funcțiune. Acest lucru duce, de asemenea, la costuri mai mici cu energia.
Unul dintre avantajele importante ale noului motor eficient din punct de vedere energetic este nivelul redus de zgomot. Motoarele din clasa IE2 folosesc ventilatoare mai puțin puternice și mai silențioase, care joacă, de asemenea, un rol în îmbunătățirea proprietăților aerodinamice și reducerea pierderilor de ventilație.
Minimizarea costurilor de capital și de exploatare sunt cerințe cheie pentru motoarele industriale eficiente din punct de vedere energetic. După cum arată practica, perioada de compensare din cauza diferenței de preț la achiziționarea de motoare electrice asincrone mai avansate din clasa IE2 este de până la 6 luni doar datorită costurilor de exploatare mai mici și a consumului mai mic de energie electrică.
Costuri reduse la înlocuirea motorului cu unul eficient energetic:
AER 132M6E (IE2) P2=7,5kW; Eficiență=88,5%; În \u003d 16.3A; cosφ=0,78
AIR132M6 (IE1) P2=7,5kW; Eficiență=86,1%; In=17,0A; cosφ=0,77
Consum de energie: P1=P2/eficienta
Caracteristica de sarcină: 16 ore pe zi = 5840 ore pe an
Economii anuale de energie: 1400 kWh
La trecerea la noi motoare eficiente din punct de vedere energetic, se iau în considerare următoarele:
- cerințe sporite pentru aspectele de mediu;
- cerințe privind nivelul de eficiență energetică și caracteristicile operaționale ale produselor;
- clasa de eficiență energetică IE2 acționează ca un „marcă de calitate” unificată pentru consumator împreună cu oportunități de economisire;
- stimulent financiar: oportunitate de reducere a consumului de energie și a costurilor de operare soluții integrate: motor eficient din punct de vedere energetic + sistem de control eficient (acționare variabilă) + sistem de protecție eficient = cel mai bun rezultat.
Avantaje:
Asigurați o reducere a pierderilor totale de putere cu cel puțin 20% în raport cu motoarele cu randament normal de aceeași putere și turație;
- Eficienta crescuta in regim de sarcina partiala (cu 1,8 - 2,4%);
- Au caracteristici de performanță îmbunătățite:
- mai rezistent la fluctuațiile din rețea;
- mai puțină supraîncălzire, mai puțină pierdere de energie;
- lucru cu un nivel scăzut de zgomot;
- Fiabilitate crescută și durată de viață extinsă;
- La un preț de achiziție mai mare (cu 15-20% față de standard), EED achită costurile suplimentare prin reducerea consumului de energie deja în 500-600 de ore de funcționare;
- Costuri de operare globale reduse.
Astfel, motoarele eficiente din punct de vedere energetic sunt motoare de fiabilitate sporită pentru întreprinderile axate pe tehnologii de economisire a energiei.
Indicatorii de eficiență energetică ai motoarelor electrice AIR…E fabricate de ENERAL respectă GOST R51677-2000 și standardul internațional IEC 60034-30 în ceea ce privește clasa de eficiență energetică IE2.