Energeticky úsporný asynchronní motor s kombinovaným vinutím. Energetická účinnost elektromotorů pro obecný průmyslový design Schumacher energeticky úsporné typy vinutí pro elektromotory

Nadpis:	Úspora elektrické energie Při její spotřebě.
Klasifikace technologie:	Organizační.
Stav projednávání projektu Koordinační radou:	Neuvažuje se.
Objekty implementace:	Průmysl, Ostatní, Čerpací stanice, Kotelny, RTS, KTS, KVET, Tepelné sítě vč. Systémy TUV.
Efekt implementace:	- pro objekt: úspora energie, zvýšení spolehlivosti a životnosti zařízení, snížení provozních nákladů; - pro obec: Uvolněte přídavné napájení.

Podniky musí systematicky provádět práce na modernizaci a výměně zastaralého zařízení, zejména nahradit nehospodárné elektromotory elektromotory nové řady, které splňují moderní požadavky na energetickou účinnost.

Pro rozhodnutí o výměně zařízení je nutné provést průzkum technického stavu elektromotorů mechanismů, analyzovat provozní režimy, skutečné zatížení a provozní podmínky elektromotorů a také vypracovat doporučení pro zlepšení metod. jejich provozu a zvyšování provozní spolehlivosti.

Dále je nutné zhodnotit možnost a proveditelnost použití stavitelných elektropohonů pro konkrétní mechanismy.

Je vhodné zúčastnit se přejímky nových elektromotorů ve výrobním závodě (podle vypracovaného projektu) a také provést experimentální studii jejich charakteristik v místě instalace.

Úkol výběru elektromotoru (stejnosměrný, asynchronní, synchronní) při práci s dlouhodobou stálou zátěží poměrně jednoduché - doporučuje se používat synchronní motory. To se vysvětluje tím, že moderní synchronní motor se rozbíhá stejně rychle jako asynchronní a jeho rozměry jsou menší a jeho provoz je ekonomičtější než u asynchronního motoru stejného výkonu (synchronní motor má vyšší maximální točivý moment Mmax hřídel a vyšší účiník cosφ).

Zároveň je u asynchronních motorů poslední generace pomocí speciálních řídicích zařízení možné poměrně efektivně regulovat rychlost otáčení a provádět zpětný chod s točivým momentem nezbytným pro provoz elektrického pohonu.

Při výběru typu hnacího motoru, který má pracovat za podmínek řízené rychlosti zpětný chod, velké změny zátěže, časté starty, je nutné porovnávat provozní podmínky elektrického pohonu se zvláštnostmi mechanických charakteristik různých typů elektromotorů.

Nejspolehlivější, hospodárnější a snadno ovladatelný s častými starty a proměnným zatížením je asynchronní motor s rotorem nakrátko. Pokud není možné použít asynchronní motor s kotvou nakrátko při vysokých výkonech, je instalován asynchronní motor s vinutým rotorem.

Kvůli přítomnosti sestavy komutátor-kartáč je stejnosměrný motor složitější v konstrukci a dražší než střídavý motor, vyžaduje pečlivější údržbu během provozu a rychleji se opotřebovává. Někdy se však dává přednost stejnosměrnému motoru, který umožňuje jednoduchými prostředky měnit rychlost elektrického pohonu v širokém rozsahu.

Typ motoru (jeho konstrukce) se volí v závislosti na podmínkách prostředí. V případě výbušné atmosféry je nutné zajistit její ochranu před případnými jiskrami v motoru. Samotné motory musí být chráněny před prachem, vlhkostí a chemikáliemi z prostředí.

Velmi často je potřeba regulovat rychlost otáčení rotoru motoru.

Existuje dvě spolehlivé metody(ale výrazně nedokonalé) regulovat otáčky motoru.

• přepínání počtu pólových párů statorového vinutí;
• zahrnutí rezistorů do obvodu vinutí kotvy rotoru.

První způsob poskytuje pouze diskrétní (krokové) řízení a prakticky se používá především u pohonů s nízkým výkonem a druhý je racionální pouze s úzkými regulačními limity a konstantním momentem na hřídeli motoru.

Díky nedávnému nástupu vysoce výkonných polovodičových součástek se situace v této oblasti výrazně změnila. Moderní elektronické měniče umožňují měnit frekvenci střídavého proudu v širokém rozsahu, což umožňuje plynule regulovat rychlost točivého magnetického pole, a tím efektivně regulovat rychlost otáčení synchronních a asynchronních motorů.

Elektromotor s optimálně zvoleným výkonem pro pohon musí poskytovat:

• spolehlivost v provozu;
• ekonomický provoz;
• Možnost pracovních podmínek v různých podmínkách.

Instalace elektromotoru s menším výkonem, než vyžadují provozní podmínky pohonu, snižuje výkon elektropohonu a činí jeho provoz nespolehlivým. V takovém případě může za takových podmínek dojít k poškození samotného elektromotoru.

Instalace příliš výkonného motoru způsobuje zbytečné energetické ztráty při provozu elektrického stroje, což způsobuje další kapitálové investice a zvýšení hmotnosti a rozměrů motoru.

Motor musí pracovat normálně při možném dočasném přetížení a vyvinout startovací moment na hřídeli, který je nutný pro normální fungování pohonu. Motor by se během provozu neměl zahřívat. až na maximální přípustnou teplotu, alespoň na velmi krátkou dobu. Proto se ve většině případů volí výkon motoru na základě podmínek ohřevu na maximální přípustnou teplotu (tzv. volba topného výkonu).

Poté se kontroluje soulad přetížitelnosti motoru s podmínkami spouštění stroje a dočasnými přetíženími. Někdy při velkém krátkodobém přetížení je nutné vybrat motor na základě požadovaného maximálního výkonu. V takových podmínkách se většinou dlouho nevyužívá maximální výkon motoru.

U pohonu s nepřetržitým provozem při konstantní nebo mírně se měnící zátěži musí být výkon motoru roven výkonu zátěže a nejsou nutné kontroly přehřátí a přetížení při provozu elektropohonu (to je vysvětleno původně stanovenými provozními podmínkami elektromotoru). Je však nutné zkontrolovat, zda je to dostatečné Startovací moment na hřídeli motoru pro podmínky spouštění tohoto elektrického stroje.

Články na toto téma:

V následujících situacích přidejte popis energeticky úsporné technologie do Katalogu, vyplňte dotazník a odešlete na označeno „do katalogu“.

Unikátní modernizační technologie využívající kombinovaná vinutí typu „Slavyanka“ umožňuje zvýšit výkon a výrazně snížit energetickou náročnost vyhořelých a nových asynchronních motorů. Dnes je úspěšně implementován v několika velkých průmyslových podnicích. Taková modernizace umožňuje zvýšit rozběhové a minimální momenty o 10-20 %, snížit rozběhový proud o 10-20 % nebo zvýšit výkon elektromotoru o 10-15 %, stabilizovat účinnost blízkou jmenovitému v široký rozsah zatížení, snížit proud naprázdno, snížit ho 2,7-3krát ztráty v oceli, úroveň elektromagnetického hluku a vibrací, zvýšit spolehlivost a zvýšit životnost mezi opravami 1,5-2krát.

V Rusku tvoří asynchronní motory podle různých odhadů 47 až 53 % spotřeby veškeré vyrobené elektřiny, v průmyslu – v průměru 60 %, v systémech zásobování studenou vodou – až 80 %. Provádějí téměř všechny technologické procesy spojené s pohybem a pokrývají všechny sféry lidského života. V každém bytě najdete více asynchronních motorů, než je obyvatel. Dříve, protože nebylo cílem šetřit energetické zdroje, se při návrhu zařízení snažili „hrát na jistotu“ a používali motory s výkonem převyšujícím vypočítaný. Úspora energie v designu ustoupila do pozadí a takový koncept jako energetická účinnost nebyl tak relevantní. Ruský průmysl nenavrhl ani nevyráběl energeticky účinné motory. Přechod na tržní hospodářství situaci dramaticky změnil. Dnes je úspora jednotky energetických zdrojů, například 1 tuny paliva v konvenčním vyjádření, o polovinu dražší než jeho těžba.

Energeticky úsporné motory (EM) jsou asynchronní motory s rotorem nakrátko, u kterých bylo možné zvýšením hmotnosti aktivních materiálů, jejich kvality a také speciálními konstrukčními technikami zvýšit o 1- 2% (výkonné motory) nebo o 4-5% (malé motory) jmenovité účinnosti s určitým zvýšením ceny motoru.

S příchodem motorů s kombinovaným vinutím Slavyanka využívajících patentovanou konstrukci bylo možné výrazně zlepšit parametry motoru bez zvýšení ceny. Díky vylepšeným mechanickým vlastnostem a vyššímu energetickému výkonu bylo možné při stejné užitečné práci ušetřit až 15 % spotřeby energie a vytvořit nastavitelný pohon s unikátními vlastnostmi, který nemá ve světě obdoby.

Elektromotory s kombinovaným vinutím mají na rozdíl od standardních vysoký točivý moment, účinnost a účiník blízký jmenovitému v širokém rozsahu zatížení. To umožňuje zvýšit průměrné zatížení motoru na 0,8 a zlepšit výkonnostní charakteristiky zařízení obsluhovaného pohonem.

Ve srovnání se známými metodami zvýšení energetické účinnosti asynchronního pohonu spočívá novinka v technologii používané Petrohradčany ve změně základního konstrukčního principu klasických motorových vinutí. Vědecká novinka spočívá v tom, že byly formulovány zcela nové principy pro konstrukci vinutí motoru a volbu optimálních poměrů počtu štěrbin rotoru a startéru. Na jejich základě byly vyvinuty průmyslové návrhy a obvody jednovrstvých a dvouvrstvých kombinovaných vinutí, a to jak pro ruční, tak pro automatické pokládání vinutí na standardní zařízení. Na technická řešení byla obdržena řada ruských patentů.

Podstatou vývoje je, že v závislosti na schématu připojení třífázové zátěže k třífázové síti (hvězda nebo trojúhelník) lze získat dva proudové systémy, které mezi vektory svírají úhel 30 elektrických stupňů. V souladu s tím může být elektromotor, který nemá třífázové vinutí, ale šestifázové vinutí, připojen k třífázové síti. V tomto případě musí být část vinutí připojena k hvězdě a část k trojúhelníku a výsledné vektory pólů stejných fází hvězdy a trojúhelníku musí navzájem svírat úhel 30 elektrických stupňů. Spojení dvou okruhů v jednom vinutí umožňuje zlepšit tvar pole v provozní mezeře motoru a ve výsledku výrazně zlepšit hlavní charakteristiky motoru.

Oproti známým lze frekvenční pohon vyrobit na bázi nových motorů s kombinovaným vinutím se zvýšenou frekvencí napájecího napětí. Toho je dosaženo díky nižším ztrátám v oceli magnetického obvodu motoru. Díky tomu jsou náklady na takový pohon výrazně nižší než při použití standardních motorů, zejména se výrazně snižuje hlučnost a vibrace.

Použití této technologie při opravách asynchronních motorů umožňuje z důvodu úspory energie návratnost nákladů během 6-8 měsíců. Jen Scientific and Production Association “St Petersburg Electrical Engineering Company” modernizovala několik desítek vyhořelých a nových asynchronních motorů převíjením statorových vinutí v řadě velkých podniků v Petrohradě v pekařství, tabákovém průmyslu, továrny na stavební materiály a mnoho dalších. A tento směr se úspěšně rozvíjí. Sdružení pro výzkum a výrobu „Petrohradská elektrotechnická společnost“ dnes hledá potenciální partnery v regionech, kteří mohou společně s obyvateli Petrohradu zorganizovat obchod na modernizaci asynchronních elektromotorů ve své oblasti.

Připravila Maria Alisova.

Odkaz

Nikolaj Yalovega- zakladatel techniky - profesor, doktor technických věd. Patent vydán v USA v roce 1996. K dnešnímu dni vypršela doba platnosti.

Dmitrij Duyunov— vývojář metody pro výpočet schémat rozložení pro kombinovaná vinutí motoru. Byla vydána řada patentů.

Problém vytvoření energeticky úsporných elektromotorů vyvstal současně s vynálezem samotných elektrických strojů. Na Mezinárodní elektrotechnické výstavě ve Frankfurtu nad Mohanem v roce 1891 ukázal Charles Brown (později založil firmu ABB) synchronní třífázový generátor vlastní výroby, jehož účinnost přesahovala 95 %. Asynchronní třífázový motor, představený Michailem Dolivo-Dobrovolským, vykazoval účinnost 95 %. Od té doby se účinnost třífázového asynchronního motoru zlepšila pouze o jedno nebo dvě procenta.

Nejnaléhavější zájem o energeticky úsporné motory vznikl koncem 70. let během světové ropné energetické krize. Ukázalo se, že úspora jedné tuny standardního paliva je mnohonásobně levnější než jeho vytěžení V době krize mnohonásobně vzrostly investice do úspor energie. Mnoho zemí začalo přidělovat speciální granty na programy úspory energie.

Po rozboru problému energetických úspor se ukázalo, že více než polovinu elektřiny vyrobené na světě spotřebují elektromotory. To je důvod, proč všechny přední elektrotechnické společnosti na světě pracují na jejich vylepšení.

Co jsou energeticky úsporné motory?

Jedná se o elektromotory, které jsou o 1–10 % účinnější než standardní motory. U velkých energeticky úsporných motorů je rozdíl v hodnotách účinnosti 1–2 % a u motorů s nízkým a středním výkonem je tento rozdíl již 7–10 %.

Účinnost elektromotorů Siemens

Zvýšení účinnosti u energeticky úsporných motorů je dosaženo prostřednictvím:

• zvýšení podílu aktivních materiálů – mědi a oceli;
• použití tenčí a kvalitnější elektrooceli;
• použití mědi místo hliníku ve vinutí rotoru;
• zmenšení vzduchové mezery ve statoru pomocí přesných technologických zařízení;
• optimalizace tvaru ozubené zóny magnetického jádra a konstrukce vinutí;
• použití ložisek vyšší třídy;
• speciální design ventilátoru;

Podle statistik je cena celého motoru necelá 2 % z celkových nákladů životního cyklu. Pokud tedy motor běží 4 000 hodin ročně po dobu 10 let, pak elektřina tvoří přibližně 97 % celkových nákladů životního cyklu. Další asi jedno procento je na instalaci a údržbu. Zvýšení účinnosti motoru s průměrným výkonem o 2 % proto umožní vrátit nárůst nákladů na energeticky úsporný motor do 3 let v závislosti na provozním režimu. Praktické zkušenosti a výpočty ukazují, že navýšení nákladů na energeticky úsporný motor se vzhledem k ušetřené elektrické energii při provozu v režimu S1 vyplatí za rok a půl (při roční době provozu 7000 hodin).

Obecně platí, že přechod na použití energeticky úsporného motoru umožňuje:

• zvýšit účinnost motoru o 1–10 %;
• zvýšit spolehlivost jeho provozu;
• snížit prostoje;
• snížit náklady na údržbu;
• zvýšit odolnost motoru vůči tepelnému přetížení;
• zvýšit přetížitelnost;
• zvýšit stabilitu motoru při zhoršujících se provozních podmínkách;
• podpětí a přepětí, zkreslení průběhu napětí, nevyváženost fází atd.;
• zlepšit účiník;
• snížit hladinu hluku;
• zvýšit otáčky motoru snížením prokluzu;

Negativní vlastnosti elektromotorů se zvýšenou účinností ve srovnání s konvenčními jsou:

• o 10 – 30 % vyšší náklady;
• o něco větší hmota;
• vyšší startovací proud.

V některých případech je použití energeticky účinného motoru nemístný:

• při krátkodobém používání motoru (méně než 1–2 tisíce hodin/rok) nemusí zavedení energeticky účinného motoru významně přispět k úspoře energie;
• když motor pracuje v režimech s častým startováním, protože ušetřená elektřina bude vynaložena na vyšší startovací proud;
• když motor běží, pracuje pod zatížením, v důsledku poklesu účinnosti při provozu při zatížení pod jmenovitým zatížením.

Množství úspor energie vyplývající z implementace energeticky účinného motoru může být nevýznamné ve srovnání s potenciálem pohonu s proměnnou rychlostí. Každé další procento účinnosti vyžaduje zvýšení hmotnosti aktivních materiálů o 3-6 %. V tomto případě se moment setrvačnosti rotoru zvýší o 20–50 %. Proto jsou vysoce účinné motory z hlediska dynamického výkonu horší než konvenční motory, pokud tento požadavek není při jejich vývoji konkrétně zohledněn.

Při výběru energeticky účinného motoru je třeba pečlivě zvážit otázku ceny. Podle analytiků bude měď zdražovat mnohem rychleji než ocel. Proto tam, kde je možné použít tzv. ocelové motory (s menší plochou drážky), je lepší je použít. Takové motory mají nižší cenu díky úsporám mědi. Ze stejných důvodů je nutné ošetřit energeticky úsporné motory s permanentními magnety. Pokud budete muset v budoucnu hledat náhradu za takový motor. Může se ukázat, že jeho cena bude příliš vysoká a jeho nahrazení energeticky úsporným motorem obecného průmyslového designu bude obtížné kvůli rozdílu v rozměrech. Podle odborníků budou permanentní magnety vyrobené z materiálů vzácných zemin dražší a rychlejší než měď, což povede k výraznému zdražení takových motorů. Přestože jsou tyto motory s nejvyšší třídou energetické účinnosti poměrně kompaktní, jejich zavedení do průmyslu je omezeno skutečností, že permanentní magnety jsou nyní žádané v jiných průmyslových odvětvích, než je průmysl obecně, a podle odborníků se budou používat při výrobě speciálních zařízení, na kterých se nešetří.

U energeticky úsporných motorů se v důsledku zvýšení hmotnosti aktivních materiálů (železo a měď) zvyšují nominální hodnoty účinnosti a cosj. Energeticky úsporné motory se používají například v USA a jsou účinné při konstantní zátěži. Proveditelnost použití energeticky úsporných motorů by měla být posouzena s přihlédnutím k dodatečným nákladům, protože malého (až 5%) zvýšení jmenovité účinnosti a cosj je dosaženo zvýšením hmotnosti železa o 30-35%, mědi o 20- 25 %, hliník o 10-15 %, t .e. zvýšení ceny motoru o 30-40%.

Přibližné závislosti účinnosti (h) a cos j na jmenovitém výkonu pro konvenční a energeticky úsporné motory od firmy Gould (USA) jsou uvedeny na obrázku.

Zvýšení účinnosti energeticky úsporných elektromotorů je dosaženo následujícími konstrukčními změnami:

· jádra jsou prodloužená, sestavená z jednotlivých plátů elektrooceli s nízkými ztrátami. Taková jádra snižují magnetickou indukci, tzn. ztráty oceli.

· ztráty v mědi jsou sníženy díky maximálnímu využití drážek a použití vodičů se zvýšeným průřezem ve statoru a rotoru.

· další ztráty jsou minimalizovány pečlivým výběrem počtu a geometrie zubů a drážek.

· při provozu vzniká méně tepla, což umožňuje snížit výkon a velikost chladicího ventilátoru, což vede ke snížení ztrát ventilátoru a následně i snížení celkových ztrát výkonu.

Elektromotory se zvýšenou účinností snižují náklady na energii snížením ztrát v elektromotoru.

Testy provedené na třech „úsporných“ elektromotorech ukázaly, že při plném zatížení byly dosažené úspory: 3,3 % u elektromotoru o výkonu 3 kW, 6 % u elektromotoru o výkonu 7,5 kW a 4,5 % u elektromotoru o výkonu 22 kW.

Úspora při plném zatížení je přibližně 0,45 kW při nákladech na energii 0,06 $/kW. h je 0,027 $/h. To odpovídá 6 % provozních nákladů elektromotoru.

Katalogová cena běžného elektromotoru o výkonu 7,5 kW je 171 USD, zatímco vysoce účinný motor stojí 296 USD (cenová prémie 125 USD). Tabulka ukazuje, že doba návratnosti motoru se zvýšenou účinností, vypočtená na základě mezních nákladů, je přibližně 5000 hodin, což odpovídá 6,8 měsíci provozu motoru při jmenovité zátěži. Při nižším zatížení bude doba návratnosti o něco delší.

Čím vyšší je zatížení motoru a čím blíže je jeho provozní režim konstantní zátěži, tím vyšší je účinnost použití energeticky úsporných motorů.

Použití a výměna motorů za energeticky úsporné by měly být posuzovány s ohledem na všechny dodatečné náklady a jejich životnost.

Číslo ve formátu pdf(4221 kB)

ANO. Duyunov , projektový manažer, AS a PP LLC, Moskva, Zelenograd

V Rusku tvoří podíl asynchronních motorů podle různých odhadů 47 až 53 % spotřeby veškeré vyrobené elektřiny. V průmyslu - v průměru 60%, v systémech zásobování studenou vodou - až 90%. Provádějí téměř všechny technologické procesy spojené s pohybem a pokrývají všechny sféry lidské činnosti. S příchodem nových, tzv. motorů s kombinovaným vinutím (MWM), je možné výrazně zlepšit jejich parametry bez navýšení ceny.

Na každý byt v moderním obytném domě je více asynchronních motorů, než je v něm obyvatel. Dříve, protože nebylo cílem šetřit energetické zdroje, se při návrhu zařízení snažili „hrát na jistotu“ a používali motory s výkonem převyšujícím vypočítaný. Úspora energie v designu ustoupila do pozadí a takový koncept jako energetická účinnost nebyl tak relevantní. Energeticky účinné motory jsou spíše čistě západním fenoménem. Ruský průmysl takové motory nenavrhl ani nevyráběl. Přechod na tržní hospodářství situaci dramaticky změnil. Dnes je úspora jednotky energetických zdrojů, například 1 tuny paliva v konvenčním vyjádření, o polovinu dražší než její těžba.

Energeticky účinné motory (EM) prezentované na zahraničním trhu jsou asynchronní EM s rotorem nakrátko, u kterých je možné zvýšením hmotnosti aktivních materiálů, jejich kvality a také díky speciálním konstrukčním technikám zvýšit o 1-2 % (výkonné motory) nebo o 4-5 % (malé motory) jmenovité účinnosti s mírným zvýšením ceny motoru. Tento přístup může být výhodný, pokud se zatížení mění jen málo, není vyžadována regulace otáček a parametry motoru jsou správně zvoleny.

Použitím motorů s kombinovaným vinutím (MWM) bylo díky zlepšeným mechanickým vlastnostem a vyššímu energetickému výkonu možné nejen ušetřit 30 až 50 % spotřeby energie při stejné užitečné práci, ale také vytvořit nastavitelnou úsporu energie. pohon s unikátními vlastnostmi, který nemá ve světě obdoby. Největší efekt je dosažen při použití DSO v instalacích s proměnnou zátěží. Vzhledem k tomu, že v současné době celosvětový objem výroby asynchronních motorů různých kapacit dosahuje sedmi miliard kusů ročně, lze efekt zavedení nových motorů jen stěží přeceňovat.

Je známo, že průměrné zatížení elektromotoru (poměr výkonu spotřebovaného pracovní částí stroje k jmenovitému výkonu elektromotoru) v domácím průmyslu je 0,3-0,4 (v evropské praxi je tato hodnota 0,6) . To znamená, že běžný motor pracuje s výrazně nižší účinností, než je jmenovitá účinnost. Nadměrný výkon motoru často vede k na první pohled neviditelným, ale velmi významným negativním důsledkům u zařízení obsluhovaných elektrickým pohonem, například k nadměrnému tlaku v hydraulických sítích spojenému se zvýšenými ztrátami, sníženou spolehlivostí atd. Na rozdíl od standardních mají DSO nízkou hladinu hluku a vibrací, vyšší poměr točivého momentu, mají účinnost a účiník blízký jmenovitému v širokém rozsahu zatížení. To umožňuje zvýšit průměrné zatížení motoru na 0,8 a zlepšit vlastnosti technologického zařízení obsluhovaného pohonem, zejména výrazně snížit jeho spotřebu energie.

Úspory, návratnost, zisk

Výše uvedené se týká úspory energie v pohonu a má za cíl snížit ztráty při přeměně elektrické energie na energii mechanickou a zvýšit energetický výkon pohonu. Když jsou implementovány ve velkém měřítku, DSO poskytují dostatek příležitostí pro úspory energie, včetně vytváření nových technologií pro úsporu energie.

Podle webových stránek Federální státní statistické služby (http://www.gks.ru/
wps/wcm/connect/rosstat/rosstatsite/main/) spotřeba elektřiny v roce 2011 v Rusku jako celku činila 1 021,1 miliardy kWh.

Podle nařízení Federální tarifní služby ze dne 6. října 2011 č. 239-e/4 bude minimální úroveň tarifu za elektrickou energii (elektřinu) dodávanou zákazníkům na maloobchodních trzích v roce 2012 činit 164,23 kopecks/kWh (bez DPH). ).

Výměna standardních indukčních motorů ušetří 30 až 50 % energie za stejnou užitečnou práci. Ekonomický efekt rozsáhlé náhrady bude minimální:

1021,1 · 0,47 · 0,3 · 1,6423 = 236,4503 miliard rublů. v roce.

V moskevské oblasti bude účinek minimální:

47100,4·0,47·0,3·1,6423 = 10906,771 milionů rublů. v roce.

S přihlédnutím k maximálním úrovním tarifů za elektrickou energii v periferních a dalších problémových oblastech je maximálního účinku a minimální doby návratnosti dosaženo v regionech s maximálními tarify - Irkutská oblast, Chanty-Mansijský autonomní okruh, Čukotský autonomní okruh, Jamalsko-něněcký autonomní okruh , atd.

Maximálního účinku a minimální doby návratnosti lze dosáhnout výměnou motorů s nepřetržitým provozem, například vodních čerpacích jednotek, ventilátorových jednotek, válcoven, jakož i vysoce zatížených motorů, například výtahů, eskalátorů, dopravníků.

Pro výpočet doby návratnosti byly jako základ brány ceny OJSC UralElectro. Domníváme se, že se společností byla uzavřena smlouva o poskytování energetických služeb na výměnu motoru ADM 132 M4 čerpací jednotky na leasing. Cena motoru 11 641 rublů. Náklady na práci při jeho výměně (30 % nákladů) jsou 3 492,3 RUB. Dodatečné výdaje (10 % nákladů) 1 164,1 RUB.

Celkové náklady:

11 641 + 3 492,3 + 1 164,1 = 16 297,4 rublů.

Ekonomický efekt bude:

11 kW 0,3 1,6423 rub./kWh 1,18 24 = 153,48278 rub. za den (včetně DPH).

Doba návratnosti:

16 297,4 / 153,48278 = 106,18 dne nebo 0,291 roku.

Pro ostatní kapacity dává výpočet podobné výsledky. Vzhledem k tomu, že provozní doba motorů v průmyslových podnicích nesmí přesáhnout 12 hodin, doba návratnosti nesmí být delší než 0,7-0,8 roku.

Předpokládá se, že podle podmínek leasingové smlouvy podnik, který vyměnil motory za nové, zaplatí po zaplacení leasingových splátek 30 % úspory energie po dobu tří let. V tomto případě bude příjem: 153,48278·365·3 = 168 063,64 rublů. V důsledku toho vám výměna jednoho motoru s nízkým výkonem umožňuje získat příjem od 84 do 168 tisíc rublů. V průměru může z výměny motorů jedna malá energetická společnost generovat příjem nejméně 4,8 milionu rublů. Zavedení nových motorů a modernizace standardních motorů umožní podnikům a dopravě v mnoha případech upustit od dotací na elektřinu bez zvýšení tarifů.

Projekt nabývá zvláštního společenského významu v souvislosti se vstupem Ruska do WTO. Tuzemští výrobci asynchronních motorů nejsou schopni konkurovat předním světovým výrobcům. To by mohlo vést k bankrotu mnoha podniků tvořících město. Zvládnutí výroby motorů s kombinovaným vinutím nejen odstraní tuto hrozbu, ale také vytvoří vážnou konkurenci na zahraničních trzích. Realizace projektu má proto pro zemi i politický význam.

Novinka navrhovaného přístupu

V posledních letech se díky nástupu spolehlivých a cenově dostupných frekvenčních měničů rozšířily nastavitelné asynchronní pohony. Přestože cena měničů zůstává poměrně vysoká (dvakrát až třikrát dražší než motor), mohou v některých případech snížit spotřebu energie a zlepšit vlastnosti motoru, čímž se přiblíží charakteristikám méně spolehlivých stejnosměrných motorů. Spolehlivost frekvenčních regulátorů je také několikanásobně nižší než u elektromotorů. Ne každý spotřebitel má možnost investovat tak obrovské částky peněz do instalace frekvenčních regulátorů. V Evropě je do roku 2012 pouze 15 % nastavitelných elektrických pohonů vybaveno stejnosměrnými motory. Proto je důležité zvažovat problém energetických úspor především ve vztahu k asynchronním elektrickým pohonům, včetně pohonů s proměnnou frekvencí, vybavených specializovanými motory s nižší spotřebou materiálu a cenou.

Ve světové praxi existují dva hlavní směry řešení tohoto problému.

Prvním je úspora energie pomocí elektrických pohonů tím, že v každém okamžiku dodává koncovému spotřebiteli požadovaný výkon. Druhým je výroba energeticky účinných motorů splňujících normu IE-3. V prvním případě je úsilí zaměřeno na snížení nákladů na frekvenční měniče. Ve druhém případě - vyvíjet nové elektrotechnické materiály a optimalizovat hlavní rozměry elektrických strojů.

Ve srovnání se známými metodami pro zvýšení energetické účinnosti asynchronního pohonu spočívá novinka námi navrhovaného přístupu ve změně základního konstrukčního principu klasických motorových vinutí. Vědecká novinka spočívá v tom, že byly formulovány nové principy pro konstrukci vinutí motoru a také výběr optimálních poměrů počtu štěrbin rotoru a statoru. Na jejich základě byly vyvinuty průmyslové návrhy a schémata jednovrstvých a dvouvrstvých kombinovaných vinutí, a to jak pro ruční, tak pro automatickou pokládku. Od roku 2011 bylo obdrženo 7 ruských patentů na technická řešení. Rospatent zvažuje několik aplikací. Přihlášky k patentování v zahraničí se připravují.

Oproti známým lze frekvenční pohon vyrobit na bázi DSO se zvýšenou frekvencí napájecího napětí. Toho je dosaženo díky nižším ztrátám v oceli magnetického jádra. Náklady na takový pohon jsou výrazně nižší než při použití standardních motorů, zejména je výrazně snížena hlučnost a vibrace.

Během testů prováděných na stáncích čerpacího závodu Katai byl standardní 5,5 kW motor nahrazen motorem 4,0 kW naší konstrukce. Čerpadlo poskytovalo všechny parametry v souladu s požadavky specifikací, přičemž motor se prakticky nezahříval.

V současné době probíhají práce na zavedení technologie v ropném a plynárenském komplexu (Lukoil, TNK-BP, Rosněft, Bugulma Electric Pump Plant), v podnicích metra (International Association of Metros), v těžebním průmyslu (Lebedinsky GOK) a řada dalších průmyslových odvětví.

Podstata navrhovaného rozvoje

Podstata vývoje vyplývá ze skutečnosti, že v závislosti na schématu připojení třífázové zátěže k třífázové síti (hvězda nebo trojúhelník) je možné získat dva proudové systémy, které svírají úhel 30 elektrických stupňů mezi vektory indukce magnetického toku. V souladu s tím může být elektromotor, který nemá třífázové vinutí, ale šestifázové vinutí, připojen k třífázové síti. V tomto případě musí být část vinutí připojena k hvězdě a část k trojúhelníku a výsledné indukční vektory pólů stejných fází hvězdy a trojúhelníku musí navzájem svírat úhel 30 elektrických stupňů.

Spojení dvou okruhů v jednom vinutí umožňuje zlepšit tvar pole v provozní mezeře motoru a ve výsledku výrazně zlepšit hlavní charakteristiky motoru. Pole v pracovní mezeře standardního motoru lze pouze podmíněně nazvat sinusovým. Ve skutečnosti je to stupňovité. V důsledku toho v motoru vznikají harmonické, vibrace a brzdné momenty, které negativně působí na motor a zhoršují jeho výkon. Proto má standardní asynchronní motor přijatelný výkon pouze při jmenovité zátěži. Když se zátěž liší od jmenovité zátěže, výkon standardního motoru prudce klesá, což snižuje účiník a účinnost.

Kombinovaná vinutí také umožňují snížit úroveň magnetické indukce polí od lichých harmonických, což vede k výraznému snížení celkových ztrát v prvcích magnetického obvodu motoru a zvýšení jeho přetížitelnosti a hustoty výkonu. To také umožňuje, aby byly motory navrženy pro provoz při vyšších frekvencích napájecího napětí při použití ocelí navržených pro provoz při frekvenci 50 Hz. Motory s kombinovaným vinutím mají nižší frekvenci rozběhových proudů při vyšších rozběhových momentech. To je nezbytné pro zařízení pracující s častými a dlouhodobými starty, stejně jako pro zařízení připojená k dlouhým a silně zatíženým sítím s vysokou úrovní poklesu napětí. Generují méně rušení do sítě a méně deformují tvar napájecího napětí, což je nezbytné pro řadu objektů vybavených složitou elektronikou a výpočetními systémy.

Na Obr. Obrázek 1 ukazuje tvar pole u standardního motoru s 3000 otáčkami za minutu se statorem s 24 drážkami.

Tvar pole podobného motoru s kombinovaným vinutím je znázorněn na Obr. 2.

Z výše uvedených grafů je vidět, že tvar pole motoru s kombinovaným vinutím je blíže sinusovému než u standardního motoru. V důsledku toho, jak ukazují dosavadní zkušenosti, bez zvyšování pracnosti, s nižší spotřebou materiálu, beze změny stávajících technologií, při zachování všech ostatních podmínek, získáváme motory, jejichž vlastnosti jsou výrazně lepší než standardní. Na rozdíl od dříve známých metod zvyšování energetické účinnosti je navrhované řešení nejméně nákladné a lze jej realizovat nejen při výrobě nových motorů, ale také při generálních opravách a modernizaci stávajícího vozového parku. Na Obr. Obrázek 3 ukazuje, jak se změnily mechanické charakteristiky od nahrazení standardního vinutí kombinovaným vinutím během generální opravy motoru.

Žádná jiná známá metoda nemůže tak radikálně a účinně zlepšit mechanické vlastnosti stávajícího vozového parku. Výsledky testů na stolici provedených Centrální tovární laboratoří UralElectro-K CJSC, Mednogorsk, potvrzují deklarované parametry. Získaná data potvrzují výsledky získané během testování v NIPTIEM ve Vladimiru.

Průměrné statistické údaje o hlavních energetických ukazatelích účinnosti a cos, získané při testování šarže modernizovaných motorů, převyšují katalogové údaje standardních motorů. Všechny výše uvedené indikátory dohromady poskytují motory s kombinovaným vinutím s vlastnostmi lepšími než nejlepší analogy. To se potvrdilo i na prvních prototypech modernizovaných motorů.

Soutěžní výhody

Jedinečnost navrženého řešení spočívá v tom, že konkurenti, kteří jsou na první pohled zřejmí, jsou ve skutečnosti potenciálními strategickými partnery. To je vysvětleno skutečností, že je možné zvládnout výrobu a modernizaci motorů s kombinovaným vinutím v co nejkratším čase téměř v každém specializovaném podniku zabývajícím se výrobou nebo opravou standardních motorů. To nevyžaduje změny stávajících technologií. K tomu stačí upřesnit stávající projektovou dokumentaci v podnicích. Tyto výhody nenabízí žádný konkurenční produkt. V tomto případě není potřeba získávat zvláštní povolení, licence a certifikáty. Názorným příkladem jsou zkušenosti ze spolupráce s OJSC UralElectro-K. Jde o první podnik, se kterým byla uzavřena licenční smlouva na právo vyrábět energeticky účinné asynchronní motory s kombinovaným vinutím. Navržená technologie umožňuje ve srovnání s frekvenčními pohony větší úspory energie při výrazně nižších kapitálových investicích. Během provozu jsou také výrazně nižší náklady na údržbu. Ve srovnání s jinými energeticky účinnými motory má navrhovaný produkt nižší cenu za stejný výkon.

Závěr

Rozsah použití asynchronních motorů s kombinovaným vinutím pokrývá téměř všechny oblasti lidské činnosti. Ročně se na světě vyrobí asi sedm miliard motorů různých objemů a konstrukcí. Bez použití elektromotorů dnes nelze organizovat téměř žádný technologický proces. Důsledky rozsáhlého využití tohoto vývoje je těžké přeceňovat. V sociální sféře umožňují výrazně snížit tarify u základních typů služeb. V oblasti ekologie nám umožňují dosahovat nebývalých výsledků. Například při stejné užitečné práci umožňují trojnásobně snížit měrnou výrobu elektřiny a v důsledku toho výrazně snížit měrnou spotřebu uhlovodíků.