ЭЛЕКТРОПРИВОД - АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ В ЖКХ

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 СО2 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:
1LA9 160L, 1LA9 100L
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
CO2
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 n2
, полезного момента на валу M2, тока в фазе статора I1, КПД η и cosφ1 от полезной мощности Р2 при
U1=const и f1=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 n2(P2) практически линейна и кривая
слабо наклонена к оси абсцисс, т.к. SH≈(0,08-0,1) и
момент практически линейно зависит от скольжения.
Поскольку n2 изменяется мало, зависимость М2(Р2)
также близка к линейной,
Р2=М2∙W 2 и, следовательно М2=Р2/W 2 .
Зависимость I1(P2) близка к прямой. Это
свидетельствует о том, что активная составляющая
тока пропорциональна полезной мощности Р2.
Реактивная составляющая тока в диапазоне рабочих
нагрузок меняется мало, т.к. она определяется током
ХХ, который составляет 20-40 % от номинального
тока. Поэтому зависимость I1(P2) выходит не из
начала координат.
Зависимость cosφ1=f(P2) 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(Р2) 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 АДM100S2.
производства ЗАО «УралЭлектро»
г. Медногорск
Цель испытания:
Особенности конструкции:
Специальная обмотка.
Место проведения испытаний:
Центральная заводская
лаборатория ЗАО «УралЭлектро-К»,
г. Медногорск
Номинальные параметры:
Тип.эл.двигателя;
АДM100S2У3
Напряжение, В:
380
Ток , А:
7,9
Мощность, кВт:
4,0
КПД , %:
87,0
Соs f:
Кл.из:
Режим работы:
Степень защиты:
Масса, кг (по
табличке)
0,88
F
S1
IР54
26,8
электрических параметров эл. двигателей
АДM100S2 по результатам испытаний.
Двигатель 2р=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 СО2 в атмосферу на более чем 558 млн. тонн.