Энергетические характеристики асинхронных двигателей

Энергосбережение и энергосберегающие технологии Siemens

В настоящее время в мире энергосбережение стало приоритетным направлением технической политики. Это связано, во-первых, с дефицитом основных энергоресурсов, во-вторых, с возрастающей стоимостью их добычи, в третьих, с глобальными экологическими проблемами, обозначившимися в последнее время.

Энергосбережение в любой сфере сводится по существу к снижению бесполезных потерь энергии. Анализ потерь в сфере производства, распределения и потребления электроэнергии показывает, что большая часть потерь (до 90%) приходится на сферу энергопотребления, тогда как потери при передаче электроэнергии составляют лишь 9–10%. Из этого становится ясно, что основные усилия по энергосбережению должны быть сконцентрированы именно в сфере потребления электроэнергии.

Структуру потребителей электроэнергии можно представить следующим образом: электроприводы — 62%, электрический транспорт — 9%, электротермия и электротехнология — 8%, освещение и прочие потребители — 21%.

По данным европейских экспертов стоимость электроэнергии, потребляемой ежегодно средним двигателем в промышленности, почти в 5 раз превосходит его собственную стоимость. Очевидно, что за время службы двигателя (десятки лет) энергетическая составляющая несоизмеримо выше составляющей, связанной с капитальными затратами, в связи с чем забота об оптимизации именно энергетической составляющей является особенно важной.

Современный уровень развития силовой электроники, микропроцессорных средств управления и контроля, средств автоматического регулирования позволяет широко использовать эти технические достижения для решения задач энергосбережения. Применение современных способов регулирования скорости технологических механизмов в сочетании с широкими возможностями автоматизации может обеспечить оптимальное использование энергетических ресурсов.

Из множества областей, в которых имеется потенциальная возможность энергосбережения, можно выделить наиболее важные и эффективные направления:

• Широкое внедрение частотно-регулируемых асинхронных электроприводов Siemens в системах водоснабжения, водоотведения, отопления и вентиляции для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов, нагнетателей, воздуходувок, компрессоров и т.п.;
• Применение высоко динамичных электроприводов переменного тока Siemens, а так же средств автоматизации в электротермии и в других энергоемких процессах;
• Модернизация подъемно-транспортных механизмов (кранов, подъемников, лифтов) путем установки частотно-регулируемых приводов Сименс;
• Объекты жилищно-коммунального хозяйства и промышленного комплекса, в задачу которых входит поддержание заданного уровня жидкости в резервуарах (водоразборные и очистные сооружения и др.);
• Применение в электроприводах переменного тока современных частотных преобразователей Сименс со встроенной функцией оптимизации энергопотребления.

Применение частотно-регулируемого электропривода в системах водоснабжения, водоотведения, отопления и вентиляции

Высокую эффективность внедрения частотно-регулируемого электропривода можно получить при использовании его в насосных, вентиляторных, нагнетательных установках.

Физическую природу снижения энергопотребления проиллюстрируем на примере вентиляторов. Большинство вентиляторов представляют собой центробежные машины. На рис. 1 приведена типичная характеристика центробежного вентилятора — зависимость выходного давления H от потока (расхода) воздуха Q. Она остается неизменной при постоянной частоте вращения вентилятора. Здесь же представлена характеристика системы вентиляции (кривая 1). Она показывает, какое давление требуется от вентилятора для обеспечения требуемого потока воздуха и покрытия всех потерь в системе. Точка пересечения двух кривых является фактической рабочей точкой системы.

Рис. 1: Характеристики вентилятора и системы при регулировании шибером

Обычно производительность вентилятора изменяется установкой шибера на выходе. Выходные шиберы воздействуют на характеристику системы, увеличивая сопротивление потоку воздуха. На рис. 1 показаны несколько характеристик системы при различных положениях шибера (кривая 1 соответствует полностью открытому шиберу). Известно, что мощность, потребляемая из сети двигателем турбомеханизма, пропорциональна произведению давления и расхода, т.е. пропорциональна площади прямоугольника, одна из вершин которого совпадает с рабочей точкой, а противоположная — с началом координат. Из рис. 1 видно, что изменение производительности вентилятора влияет на потребление энергии незначительно.

Изменение частоты вращения вентилятора приводит к изменению его характеристики, как это показано на рис. 2. Здесь кривые 2 и 3 соответствуют пониженной частоте вращения. Из рисунка видно, что снижение частоты вращения вентилятора приводит к перемещению рабочей точки вдоль характеристики системы и существенному снижению расхода электроэнергии при тех же расходах, что и на рис. 1. Количественную оценку этих изменений можно получить из формул, называемых законами подобия:

Рис. 2: Характеристики вентилятора и системы при регулировании частоты вращения

Аналогичные кривые можно построить и для центробежных насосов. Здесь изменение производительности обычно осуществляется дроссельными заслонками на выходе насоса. На рис. 3 представлен сравнительный график мощности, потребляемой насосом, в зависимости от расхода при регулировании дросселированием и частотном регулировании. Разность между значениями этими кривыми при заданном расходе позволяет определить экономию энергии при частотном регулировании по сравнению с регулированием дроссельной заслонкой.

Рис. 3: Зависимость потребляемой мощности от расхода

Электроприводы турбомеханизмов потребляют не менее 20-25% всей вырабатываемой электроэнергии и в большинстве случаев остаются нерегулируемыми, что не позволяет получить режим рационального энергопотребления и расхода воды, пара, воздуха и т. д. при изменении технологических потребностей в широких пределах. Силовое оборудование выбирается на максимальную производительность, в действительности же его среднесуточная загруженность может составлять около 50% от номинальной мощности. Значительное снижение момента нагрузки при снижении скорости вращения приводного двигателя, характерное для рассматриваемых механизмов, обеспечивает существенную экономию электроэнергии (до 50%) при использовании регулируемого электропривода и позволяет создать принципиально новую технологию транспортировки воды, воздуха и т. д., обеспечивающую эффективное регулирование производительности агрегата. Кроме того, поддержание в системе минимально необходимого давления приводит к существенному уменьшению непроизводительных расходов транспортируемого продукта и снижению аварийности гидравлических и пневматических сетей.

Опыт применения частотно-регулируемых электроприводов Siemens Micromaster в водоснабжении показывает, что можно сэкономить до 25% воды, что также дает значительную экономию эксплуатационных затрат.

Невысокие требования к качеству регулирования давления и расхода обуславливают возможность применения наиболее простых и, следовательно, относительно недорогих преобразователей частоты Сименс, которые являются наиболее удобными с точки зрения проектирования и наладки. Положительным моментом является также то, что преобразователь частоты может быть легко внедрен в уже существующую установку без какой-либо реконструкции системы в целом. Сочетание высокой экономичности регулирования и относительно низкой стоимости оборудования обеспечивает минимальный срок его окупаемости (6-12 месяцев).

В целом, применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода в насосных и вентиляторных установках дает следующие преимущества:

• экономия электроэнергии до 60%;
• экономия транспортируемого продукта за счет снижения непроизводительных расходов до 25%;
• снижение аварийности гидравлической или пневматической сети за счет поддержания минимально необходимого давления;
• снижение аварийности сети и снижение аварийности электрооборудования за счет устранения ударных пусковых токов;
• снижение уровня шума, создаваемого технологическим оборудованием;
• удобство автоматизации;
• удобство и простота внедрения.

Результаты применения преобразователей частоты Siemens

1. В жилищно-коммунальном хозяйстве

Опыт внедрения частотно-регулируемых электроприводов на насосных станциях показывает их весомые преимущества, в сравнении с нерегулируемым электроприводом насоса. Вот, далеко не полный перечень преимуществ регулируемого электропривода в насосных системах:

• снижение энергопотребления до 60%;
• снижение расхода воды на 25%;
• устранение гидроударов, разрушающих систему водоснабжения;
• срок окупаемости нового оборудования 5-6 месяцев.

2. Применение преобразователей частоты и программируемых контроллеров Siemens в металлургии

Применение средств автоматизации Siemens позволяет значительно увеличить точность выполнения технологического процесса. При этом:

• снижается время плавки и расход электродов (в дуговых сталеплавильных печах);
• снижается расход электроэнергии;
• повышается средний коэффициент мощности;
• повышается качество металла.

3. Модернизация подъемно-транспортных механизмов

Применение частотно-регулируемых приводов в подъемно-транспортных механизмах позволяет:

• повысить энергетические характеристики электроприводов по сравнению с параметрическими преобразователями и реостатным регулированием
• существенно повысить скорость и качество регулирования скорости;
• добиться плавности пуска и торможения;
• повысить комфортность управления и сохранность груза;
• избежать резких толчков, что позволит значительно продлить срок службы всех механических элементов крана.

4. В лифтовых применениях

В лифтовых применениях переход к частотно-регулируемому электроприводу позволяет значительно (на 50-60%) снизить расход электроэнергии, увеличить надежность работы схемы благодаря ограничению ударных моментов в переходных режимах, обеспечить эргономические требования по ограничению рывков и ускорений, применять более дешевые односкоростные асинхронные двигатели.

5. Применение электропривода для решения задач поддержания уровня в резервуарах

В системах поддержания заданного уровня жидкости в резервуаре при использовании нерегулируемого электропривода задача обычно решается при работе двигателя в так называемом «старт-стопном режиме», когда происходит периодическое включение (отключение) двигателя при достижении минимальных (максимальных) значений уровня жидкости. Использование частотно-регулируемых асинхронных электроприводов позволяет поддержать практически постоянный уровень жидкости независимо от ее расхода (притока), исключить удары в системе, связанные с частыми пусками двигателя, и снизить расход электроэнергии

6. Оптимизация энергопотребления в частотно-регулируемом приводе

Частотно-регулируемый электропривод Siemens имеет встроенные функции оптимизации энергопотребления. Суть заключается в более гибком управлении напряжением двигателя при изменении нагрузки, что позволяет в некоторых режимах дополнительно сэкономить до 30% потребляемой электроэнергии за счет снижения потерь в двигателе. Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой. Примером могут служить конвейеры, насосы, вентиляторы и т.п. Учитывая тот факт, что во многих случаях асинхронные двигатели выбираются с существенным запасом по мощности и, следовательно, часто работают с неполной нагрузкой, можно ожидать высокой эффективности широкого использования энергосберегающих преобразователей частоты.

Энергосберегающие электроприводы и средства автоматизации Сименс могут быть внедрены на большинстве промышленных предприятий и в сфере ЖКХ:

• объектах коммунального хозяйства, находящихся в муниципальной собственности: насосных станциях холодного и горячего водоснабжения, канализационных станциях, очистных сооружениях, вентиляционных установках, лифтах;
• на предприятиях, где производство связано с большими расходами воды, воздуха, пара: в приводах насосов, нагнетателей, дымососов, вентиляторов, воздуходувок;
• на предприятиях, где нерациональный расход электроэнергии связан с наличием морально и физически устаревшего оборудования, а также с отсутствием современных быстродействующих систем управления электроприводами и устройств автоматического контроля и управления;
• на предприятиях, эксплуатирующих подъемно-транспортные механизмы;
• в установках, которые значительную часть времени работают с пониженной нагрузкой.

Являясь авторизованным дистрибьютором компании Siemens и имея большой опыт использования электрооборудования, ПРОМЭНЕРГО АВТОМАТИКА предлагает — изготовление шкафов управления и систем автоматизации, комплектуемых преобразователями частоты, программируемыми контроллерами и другим надежным высокотехнологичным оборудованием Siemens.

За более подробной информацией обращайтесь пожалуйста в отдел продаж по телефону (495) 739-36-05

Отправьте заявку и получите очень выгодное коммерческое предложение по оборудованию Siemens
в течение 4 часов

Модернизация системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода

Полный текст:

• Статья
• Об авторах
• Cited By

Аннотация

Ключевые слова

Для цитирования:

Шестаков И.В., Сафин Н.Р. Модернизация системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2019;(2):25-33. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-2-25-33

For citation:

Shestakov I.V., Safin N.R. Modernization of a frequency-controlled asynchronous electric drive system. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2019;(2):25-33. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2019-2-25-33

Современный частотно-регулируемый асин­хронный электропривод (ЧРАП) широко при­меняется в изделиях военной техники (ВТ) и конверсионной гражданской техники (ГТ). Для изделий первой категории предъявляют жесткие требования к условиям эксплуатации (согласно комплексам государственных во­енных стандартов «Климат-6» и «Мороз-7»). В изделиях ВТ электропривод часто функци­онирует в условиях термонагруженного отсе­ка, что усложняет задачу снижения тепловы­деления и рассеивания теплоты. Требования по обеспечению гарантийной работоспособ­ности приводного/рабочего механизма связа­ны в том числе и с повышением энергоэффек­тивности ЧРАП. Такая задача в первую оче­редь зависит от степени минимизации потерь в компонентах электропривода, приводящих к снижению КПД и повышенному энергопо­треблению. Исходя из этого задача повыше­ния энергоэффективности ЧРАП в таких ус­ловиях является актуальной.

Объект данного исследования — частот­но-регулируемый электропривод переменно­го тока, в силовой цепи которого использует­ся трехфазный асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором, получающим питание от преобразователя частоты (ПЧ) — силового контроллера с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Цель работы — исследование возможно­стей повышения энергоэффективности ЧРАП электрогидравлической трансмиссии самоход­ного грузоподъемного агрегата. Статья являет­ся продолжением работ [1, 2].

Один из вариантов решения данной за­дачи — совершенствование существующих и разработка новых типов электродвигателей и полупроводниковых преобразователей с улуч­шенными энергетическими характеристиками.

В области электромашиностроения оте­чественная промышленность освоила произ­водство нескольких серий асинхронных дви­гателей общего назначения (АИ, 5А), которые имеют более высокие КПД и коэффициент мощности. Например, в ОАО «РУСЭЛПРОМ» разработаны специальные крановые двигатели серий 5МТК и 7МТК для частотно-регулиру­емого электропривода. Усовершенствованные технологии изготовления обмотки статора и конструкция магнитопровода обеспечивают надежную эксплуатацию электродвигателей при питании от автономных инверторов на­пряжения (АИН) и возможность регулирова­ния частоты вращения в широком диапазоне.

Сегодня успехи в развитии микропроцес­сорных средств управления позволяют решать практические задачи повышенной сложно­сти: идентификация параметров, оценка пере­менных состояния, адаптивное и оптимальное управление. Одним из важных направлений в теории и практике регулируемого электроприво­да остается разработка электроприводов, кото­рые обеспечивали бы технологические процес­сы при минимальных энергетических затратах.

Практически допустимые области функ­ционирования ЧРАП определяются в том числе и законом частотного управления , а также каче­ством его реализации в системе регулирования.

В настоящее время существуют разные типы управления АД, реализуемые в ПЧ на основе скалярных и векторных систем управления. В свою очередь векторное управление под­разделяется на два основных вида: с прямой ориентацией по полю ротора (с датчиком по­ложения ротора, датчиком скорости, датчиком магнитного потока в воздушном зазоре) и с косвенной ориентацией по полю ротора (без- датчиковое/бессенсорное).

Соответственно векторное управление с косвенной ориентацией по полю ротора по­зволяет исключить использование датчика ско­рости (и датчиков других типов), но данный вариант имеет следующие неблагоприятные особенности:

• в режиме малого скольжения, т. е. при работе электродвигателя на низких скоростях, снижается качество регулирования скорости [3];
• усложняется и удорожается програм­мно-аппаратная часть электропривода.

Использование датчика скорости в опре­деленной степени снижает надежность ЧРАП ввиду влияния комплекса физико-химических и климатических факторов широкого диа­пазона, например в условиях ограниченного термонагруженного пространства с вибро-, те­пловыделяющим оборудованием. Кроме того, датчики скорости (энкодеры) в крановом элек­троприводе являются наименее надежными элементами, выход их из строя происходит достаточно часто [4]. С учетом всего этого в системе управления ЧРАП реализован скаляр­ный принцип частотного управления.

Одновременно с этим выбор АД для ра­боты в регулируемом электроприводе является важным фактором, влияющим на надежность эксплуатации приводного/рабочего механиз­ма. В данной статье рассматривается новый тяговый АД (получен патент РФ на полезную модель № 184734) с характеристиками: номи­нальная мощность P_N = 15 кВт; номинальное фазное напряжение U_N = 127 В; номинальный фазный ток I_N = 50,38 А; частота питающего напряжения f_N = 400 Гц; КПД η_Ν = 0,8651; коэффициент мощности cos φ _N = 0,8351; чис­ло пар полюсов z _p = 4; относительное сколь­жение s = 0,0269; скорость вращения ротора Ω₂ = 611,42 рад/c. Электродвигатель изготов­лен для работы в жестких условиях при вли­янии различных негативных факторов. Для повышения надежности электродвигателя его конструктивная часть включает в том числе охлаждающий контур с охлаждающими канала­ми, проходящими через ротор в осевом направ­лении. Принятые решения позволяют улучшить циркуляцию внутреннего воздуха и тем самым усовершенствовать схему теплопередачи.

Питание АД от ПЧ не улучшает энерге­тические показатели системы ЧРАП непосред­ственно. Наоборот, потери электродвигателя, питаемого от инвертора с ШИМ напряжением, выше, чем у электродвигателя, питаемого от сети. Это обусловлено как снижением действу­ющего напряжения в номинальном режиме, так и увеличенными электрическими и маг­нитными потерями из-за влияния коммутаци­онной составляющей тока и высших гармоник поля статора [5].

Таким образом, эксплуатация ЧРАП со­провождается рядом негативных факторов: возникновение высших гармоник питающего напряжения, вызывающих импульсные пере­напряжения в обмотке статора; повышенные потери, снижающие КПД, полезную мощность АД и увеличивающие нагрев; дополнитель­ные инерционные моменты, увеличивающие вибрацию и шум.

В связи с этим для количественной оцен­ки предлагается проведение сравнительного математического моделирования конкретно­го АД при питании от сети и от ПЧ. Модели­руется режим прямого пуска АД до скорости идеального холостого хода (Ω_0N = 628,3 рад/с) с последующим набросом активной нагрузки M_c = 24,6 Н-м, при этом скорость снижается до Ω₂ = 611,4 рад/с (относительное значение номи­нальной скорости ротора ω ₂ = 1 — s = 0,9731).

Проведен ряд экспериментов на мате­матической модели АД при питании от сети (рис. 1), в которых снимались значения ско­рости вращения вала, действующие значения токов и электрических потерь в обмотках ста­тора и ротора. Результаты приведены в табл. 1.

Рис. 1. Математическая модель АД при питании от сети в пакете MATLAB Simulink

Двигатели для привода средств производства

НПО «ЭЛСИБ» ПАО одно из ведущих российских предприятий – производителей электрических машин: турбогенераторов, гидрогенераторов, асинхронных и синхронных крупных электрических машин (электродвигателей).

Почему «ЭЛСИБ» участвует в PCVExpo-2019…

Мы всегда внимательно следим за событиями и мероприятиями, в которых принимают участие наши партнеры – производители крупных промышленных насосов и компрессоров. Международная выставка «Насосы. Компрессоры. Арматура. Приводы и двигатели» это площадка, на которой есть возможность познакомиться с номенклатурой и новыми разработками практически всех отечественных производителей насосной и компрессорной техники. В рамках деловой программы выставки ежегодно проводится конференция «ECOPUMP-RUS’2019. Энергоэффективность и инновации в насосостроении», где обсуждается широкий круг вопросов современного насосостроения, в которой принимают участие наши партнеры-смежники. Эта выставка и конференция интересны аудитории заказчиков насосных и компрессорных агрегатов из различных отраслей промышленности. Собственно, поэтому НПО «ЭЛСИБ» участвует в научно-практическом семинаре «Электродвигатели и частотное регулирование в насосостроении» с докладом о возможностях, компетенции и опыте проектирования и производства двигателей для насосов и компрессоров. Цель – немного напомнить о нашем текущем продуктовом портфеле, рассказать о новых разработках и достижениях.

Опыт поставок и назначение двигателей…

С 1953 года по сегодняшний день заводом выпущено и поставлено на российские и зарубежные объекты свыше 65 тысяч двигателей. Заказчики – тепловые и атомные электростанции, нефтегазовый комплекс, нефтепереработка, нефтехимическая промышленность, крупные предприятия других отраслей промышленности.

НПО «ЭЛСИБ» с момента своего основания специализируется на разработке и производстве электродвигателей для привода быстроходных механизмов, насосов и компрессоров. Постепенно предприятие существенно расширяло номенклатуру выпускаемых машин – создавались новые двигатели для привода самых различных групп механизмов, в том числе специального исполнения в широком диапазоне частот вращения. Эти машины нашли свое применение в качестве привода вентиляторов, дымососов, шаровых мельниц, дробилок, ленточных конвейеров, углесосов и другой техники. Но основной выпускаемой заводом номенклатурой были и остаются электродвигатели на частоту вращения 3000 об / мин.

Основная специализация на рынке электродвигателей…

НПО «ЭЛСИБ» ПАО является традиционным изготовителем высоковольтных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором – это двухполюсные двигатели серии АТД4 (исполнения 4АЗМ, 4АРМ, 4АЗМО, 4АЗМП, 4АРМП) мощностью 250-8000 кВт, серии взрывозащищенных двигателей типа 4АЗМВ, 4АЗМВ-ТН, 5АЗМВ, 5АЗМВ1 мощностью 800-5500 кВт, типа 2АЗМВ1 мощностью 500‑2000 кВт. Такая номенклатура полностью покрывает потребность турбонасосного и турбокомпрессорного оборудования в двигателях различного исполнения по охлаждению (воздушному, водяному) и взрывозащите (продуваемого под избыточным давлением «р», во взрывонепроницаемой оболочке «d»).

Все двигатели имеют следующие особенности: щитовые подшипники скольжения, класс изоляции F («Монолит-4»), полный теплоконтроль, уровень вибрации и шума по ГОСТ, возможность работы в составе частотно-регулируемого привода, высокие пуско-моментные и энергетические характеристики. Двигатели индивидуально подбираются под режимы работы конкретных механизмов. Конструктивно двигатели преимущественно выполнены на подшипниках скольжения, подшипниковые узлы монтируются вместе с корпусом статора на общей фундаментной плите. При выполнении проектных работ особое внимание уделялось снижению веса двигателей, повышению коэффициента полезного действия, повышению надежности, удобству обслуживания в условиях эксплуатации и улучшению других потребительских свойств машин.

Необходимо отметить, что достижение высоких показателей было бы невозможно без уменьшения объема активного ядра двигателей, что в свое время было реализовано за счет перехода на новые прогрессивные материалы, в частности на термореактивную изоляцию «Монолит-4», современную электротехническую сталь и другие материалы. КПД двигателей был повышен за счет снижения механических потерь, внедрения новых решений в системе вентиляции, повышения эффективности охлаждения в зонах максимального выделения тепла. В свою очередь высокая эффективность охлаждения позволила снизить расход охлаждающего воздуха, мощность вентиляторов, что повлияло на увеличение КПД двигателей.

Применение конструкции изоляции «Монолит-4» дало комплекс положительных эффектов: позволило уменьшить толщину пазовой и лобовой изоляции на 20 %, уменьшить ширину паза, и соответственно, расстояние от меди до зубца на 25-30 %, увеличить электрическую прочность на 33 %, улучшить коэффициент теплопроводности, обеспечить влагостойкость статорной обмотки. В итоге «Монолит-4» позволил реализовать в электрических машинах конструктивные и технологические решения, влияющие на долговечность эксплуатации высоковольтной обмотки статора и обеспечить безотказную службу обмотки. Еще одна особенность «Монолита-4» – это выполнение сердечника статора, пропитанного вместе с обмоткой в эпоксидном компаунде в виде законченного конструктивного узла, который устанавливается затем в корпусе двигателя.

Сейчас НПО «ЭЛСИБ» предлагает своим заказчикам синхронные электродвигатели типа СДП, СДР для привода быстроходных механизмов номинальной мощностью 6300 и 8000 кВт. Исполнение двигателей: СДП – с видом взрывозащиты «заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением» с замкнутой воздухо-водяной или воздухо-жидкостной системой охлаждения; СДР – общепромышленное исполнение с разомкнутой системой воздушного охлаждения со встроенными фильтрами очистки наружного воздуха. Возможно исполнение электродвигателей СДП, СДР как с бесщеточным возбуждением, так и со щеточно-контактной системой возбуждения.

Преимущества электродвигателей типа СДП и СДР перед аналогами, в том числе зарубежного производства: меньшая масса и более высокий КПД, достигнутые благодаря применению специальных технических решений в конструкции и системе охлаждения. Новые технические решения внедрены в серийное производство. Дальнейшим развитием линейки синхронных двигателей стало освоение производства двигателей СДР номинальной мощностью 1250, 1600, 2000 кВт на напряжение питания 6 или 10 кВ, частота вращения – 3000 об / мин. Данные двигатели могут применяться при замене выработавших свой ресурс двигателей типа СТД, СТДМ с установкой на существующие фундаменты без реконструкции и с использованием существующих обеспечивающих системы без доработки. В двигателях применена высоковольтная изоляция класса нагревостойкости F (допустимая температура 150 оС). При этом нагрев обмоток статора и ротора в номинальном режиме не превышает 120 оС. Запас по допустимому нагреву (30 оС) обеспечивает эксплуатационную надежность и долговечность работы двигателей. Показатели надежности: назначенный срок службы – 40 лет, общее число пусков за срок службы – 12000.

Компетенции инженеров, технологические возможности…

Состав и компетенции инженерного центра НПО «ЭЛСИБ» позволяют совершенствовать текущую серийную номенклатуру выпускаемой продукции, разрабатывать новые машины с применением оригинальных решений в конструкции. Конструкторскими отделами успешно применяются методики трехмерного проектирования в системе T-FLEX CAD 3D. Разрабатываются как отдельные детали с ассоциативными чертежами, так и крупные сборочные чертежи. Коллектив технических специалистов различной специализации способен рассчитать любой электродвигатель, сконструировать, испытать, пройти все необходимые разрешительные процедуры, запустить в производство, обеспечить техническую поддержку заказчиков в процессе эксплуатации. Специалистами предприятия успешно решаются такие задачи, как поставка двигателей для атомных электростанций, поставка двигателей для ряда заказчиков под индивидуальные техтребования с гарантийным сроком 5 лет и увеличенным ресурсом, обеспечение требований по сейсмостойкости, шуму. На заводе имеется возможность по проведению испытания двигателей до 8000 кВт под нагрузкой. Оснащение испытательной станции позволяет выполнить широкий комплекс исследовательских и испытательных (в том числе ресурсных) работ на новых крупных электрических машинах.

Мощности предприятия позволяют на площадке завода выполнять полный цикл технологических операций по подготовке производства, изготовлению, проведению испытаний крупных электрических машин, в том числе на базе нового современного оборудования. Все это позволяет в процессе производства обеспечить высокое качество выпускаемой продукции.

Являясь научно-производственным объединением, НПО «ЭЛСИБ» ПАО проводит непрерывную доводку и модернизацию своих двигателей, под требования времени и заказчиков, получая в итоге двигатели по своим энергетическим и массогабаритным показателям не уступающие мировым.

Технологические возможности, инженерные компетенции, положительный опыт проектирования и освоение производства высоковольтных электродвигателей позволяет предприятию удовлетворить практически любые требования потребителей, предъявляемые сегодня к электроприводу насос­ного, компрессорного и другого оборудования.

О сервисе и ремонте электрических машин…

В части сопровождения заказчиков в течение всего жизненного цикла выпускаемых двигателей НПО «ЭЛСИБ» предлагает полный комплекс сервиса от технических консультаций до выполнения сложного капитального ремонта с полной заменой обмотки. За последние 20 лет НПО «ЭЛСИБ» накопило большой опыт и референц ремонтов и модернизаций высоковольтных двигателей, как собственного, так и зарубежного производства (Англия, Италия, Германия, Япония, США, Франция). Это высоковольтные асинхронные и синхронные электродвигатели, в том числе во взрывозащищенном исполнении. Предприятие выполняет ремонт и модернизацию двигателей до 12500 кВт, как современных, так и уже снятых с производства. После окончания ремонта электродвигатель проходит приемосдаточные испытания в соответствии с нормами для новой продукции, что наиболее полно гарантирует надежность дальнейшей работы отремонтированной машины.

Что же получает наш заказчик в итоге после капремонта или модернизации? Прежде всего, полностью восстановленную электрическую машину, соответствующую всем заданным требованиям, в том числе требованиям надежности, что подтверждается соответствующими испытаниями. Капитальный ремонт дает оборудованию вторую жизнь для продолжения эффективной работы на объекте заказчика.

Общепромышленные электродвигатели

Общепромышленные электродвигатели

Двигатели асинхронные унифицированной серии 5АИ (взаимозаменяемые с такими маркировками как: А, АИР, АИРМ, 4А, 4АМ, 4АМУ, 5А, 5АМ, 5АМУ, АД, АДМ) с короткозамкнутым ротором, закрытого исполнения предназначены для продолжительного режима работы S1, от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением до 660 В. Двигатели изготовлены в соответствии с требованиями ГОСТ 31606-2012, ГОСТ Р 52776-2007 и МЭК 60034.

Вид климатического исполнения У1/У2/УЗ/УХЛ1/УХЛ2/УХЛ3 по ГОСТ 15150–69.

В электродвигателях с климатическим исполнением У1 и УХЛ1 предусмотрены отверстия для удаления конденсата, находящиеся в нижней части подшипниковых щитов или станины.

Основные технические характеристики электродвигателя приведены в табличке, прикрепленной к корпусу двигателя.

Допуски на установочные и присоединительные размеры по ГОСТ 8592–79 для нормальной точности.

В зависимости от способа монтажа двигатели изготавливаются следующих форм исполнений: IM 1001, IM 2001, IM 3001, IM 1081, IM 2081, IM 3081, IM 1011, IM 2011, IM 3011, IM 1031, IM 2031, IM 3031, IM 1082, IM 2082, IM 3082, IM 1002, IM 2002, IM 3002 и другие по ГОСТ 2479-79.

Степень защиты двигателей IP54, IP55 по ГОСТ IEC 60034-5-2011.

Способ охлаждения 1С 0141 по ГОСТ Р МЭК 60034-6-2012.

Класс вибрации двигателей по ГОСТ IEC 60034-14-2014.

Уровень звука двигателей в режиме холостого хода соответствует ГОСТ IEC 60034-9-2014.

Система изоляции двигателей класса нагревостойкости “F” по ГОСТ 8865–93.

В закрытых помещениях запыленность воздуха допускается не более 10 мг/м³, в защищенных более 2 мг/м³.

Высота над уровнем моря не должна превышать 1000 метров.

Среда, где применяется электродвигатель 5АИ (взаимозаменяемый с такими маркировками как: А, АИР, АИРМ, 4А, 4АМ, 4АМУ, 5А, 5АМ, 5АМУ, АД, АДМ), не должна быть взрывоопасной, содержать токопроводящую пыль, пары, разрушающие металл, агрессивные газы.

При соблюдении перечисленных условий, конструкция позволяет обеспечить надежную и продолжительную работу в течение всего срока эксплуатации.

Преимущества электродвигателей 5AИ:

• Степень защиты IP55 за счет наличия сальников с обеих сторон вала;
• Маслёнки для смазки подшипников;
• Резьбовое отверстие в торце вала;
• Ударопрочная клеммная коробка;
• Индивидуальная упаковка;
• Гарантия 2 года или 10 000 часов.

Применение общепромышленных двигателей

Электродвигатели 5АИ (взаимозаменяемые с такими маркировками как: А, АИР, АИРМ, 4А, 4АМ, 4АМУ, 5А, 5АМ, 5АМУ, АД, АДМ) применяются для привода механизмов, которые не предъявляют особых жестких требований к пуску, скольжению и энергетическим показателям. Например, нашли свое применение в деревообрабатывающей промышленности, в станкостроении, в сельском хозяйстве и многих других отраслях экономики, используются в системах промышленной вентиляции, в строительной технике, при агрегатировании насосного оборудования и т.д.

Электродвигатели АИР выполнены в соответствии с российским ГОСТ 31606-2012 и международными стандартами CENELEC – DIN42673/DIN42677.

Условное обозначение электродвигателей АИР

ХXX X XXX XX X XX

• ХXX — серия (5АИ, А, АИР, АД, АДМ, АИРМ, 4А, 4АМ, 4АМУ, 5АМ, 5АМУ)
• X — конструктивная модификация (С — с повышенным скольжением, Е — однофазные)
• XXX — габарит, мм
• XX — установочный размер по длине станины (S, M, L)
• X — число полюсов (2, 4, 6, 8, 10, 12)
• XX — климатическое исполнение (У/Т/ХЛ/УХЛ) и категория размещения (1/2/3/4)

Асинхронный двигатель устройство и работа

Асинхронный двигатель принцип работы и устройство

Напряжение от источника питания прикладывается к обмотке статора, которая намотана как три группы катушек индуктивности. Под действием этого напряжения через обмотку потечет переменный трехфазный ток, который и создаст вращающееся магнитное поле. В момент пересечении замкнутой обмотки ротора, это магнитное поле, в соответствии с законом об электромагнитной индукции, сгенерирует в ней электрический ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора и тока ротора генерирует вращающийся электромагнитный момент, который и приводит ротор в движение. Благодаря сумме этих моментов, создаваемых разными проводниками, появляется результирующий момент заставляющий вращаться ротор в том направлении, в котором находится электромагнитное поле в статоре. Ротор и магнитное поле вращаются с разными скоростями, т.е. асинхронно. У этого типа электрических двигателей скорость, с которой будет вращаться ротор, всегда будет ниже скорости, с которой вращается поле в статоре электродвигателя.

С самого начала вращения ротор может осуществить механическую работу с помощью соединенного с ним вала, который передает вращательное движение машине, насосу, вентилятору и т.п. Принцип работы асинхронного электродвигателя отлично рассказывается в видео, чуть ниже:

АД Устройство

Асинхронный двигатель с фазным ротором используются в приводах, которым необходим большой пусковой момент – лифты, краны, и т.п, но при ограниченном номинале значение тока запуска.

Основные компонентами любого асинхронного двигателя являются ротор и статор, разделяемые воздушным промежутком. Другими частями необходимой составляющей, являются магнитопровод и обмотки, остальные компоненты лишь конструктивные, задача которых обеспечить требуемую жесткость, прочность, возможность вращения и стабильность двигателя

Статор – неподвижная часть электродвигателя, на внутренней стороне которого имеются обмотки. Обмотка статора — это обычно трехфазная обмотка, в которой проводники распределены достаточно равномерно по всей площади статора и уложены пофазно в специальных пазах, сделанных с угловым расстоянием 120 градусов. Статорные фазы соединяются методом «звезды» или «треугольника» — и подключены к трехфазному питанию. В процессе вращения в обмотках возбуждения, осуществляется перемагничивание магнитопровода статора, поэтому он изготавливается из отдельных пластин из специальной электротехнической стали – таким образом удается существенно снизить неизбежные магнитные потери.

Асинхронный двигатель с фазным ротором устройство: на роторе находятся три фазные обмотки, подключенные обычно по схеме «звезда». К медным кольцам закрепленным на валу и изолированных от сердечника ротора, подключены концы фазных обмоток. Благодаря такому устройству и конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором получил название – двигатель с контактными кольцами.

Асинхронный двигатель с фазным ротором особенности запуска

Асинхронные двигатели имеют очень простое устройство, их достаточно легко обслуживать в процессе эксплуатации, а главное низкую себестоимость и высокую надежность. Но у них есть и один огромный минус – они потребляют реактивную составляющую мощности. Поэтому их максимальный уровень мощности сильно зависит от мощности самой системы энергоснабжения. Ко всему прочему, из значения пускового тока втрое выше рабочего. В условиях слабой мощности питающей системы энергоснабжения, это может вызвать серьезное падение напряжение и отключение других работающих устройств. АД с фазными роторами, благодаря наличию в схеме ротора пусковых реостатов, могут запускаться с куда меньшим пусковым током.

Сопротивления, находящиеся в схеме ротора, помогают снизить уровень тока не только во время запуска, но и при торможении, реверсе и даже снижении количества оборотов. По мере того, как АД с фазным ротором набирает скорость , для поддержания нужного ускорения, сопротивления исключаются из схемы. То есть когда разгон завершается и АД выходит на нужную частоту, все резисторы цепи шунтируются, двигатель начинает работать со своей исинной механической характеристикой.

Схема запуска асинхронного двигателя с фазным ротором

При включении напряжения питания реле времени КТ1 и КТ2 срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия тумблера запуска SB1 срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с сопротивлениями, которые добавлены в схему – в этот момент времени на контакторах КМ1 и КМ2 питание отсутствует. В момент подключения контактора КМЗ, в цепи КМ1 реле КТ1 замыкает свой фронтовой контакт через определенный промежуток времени, заданный задержкой. По истечению которого электродвигатель разгоняется, ток ротора начинает снижаться происходит подлючение контактора КМ1 – осуществляется шунтирование первой пусковой ступени сопротивлений. Ток снова увеличивается, но по мере разгона его значение начинает снижаться. Одновременно с этим отключается реле КТ2, и с выставленной задержкой происходит замыкание контакта в цепи КМ2. Происходит шунтирование второй ступени сопротивлений. Двигатель начинает работать в штатном режиме.

Благодаря ограниченному пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно применять и в слабых сетях.

Асинхронный двигатель с фазным ротором достоинства и недостатки устройства

Если сравнивать его с обычным АД с короткозамкнутым ротором, имеется два основных преимущества:

На практике АД с фазным ротором идеально подходят для случаев, когда нет необходимости в использовании широкой и плавной регулировки скорости и требуется большая мощность двигателя. Для правильного подключения АД необходимо правильно определить начала и концы фазных обмоток.

Это типовой маломощный электродвигатель мощностью до 1500 Вт, который используется в установках, в которых имеется небольшая нагрузка на валу в момент старта, а также в тех случаях, когда питание ЭД может быть только от однофазной сети. Обычно эти двигатели, используют в стиральных и посудомоечных машинах, небольших вентиляторах и т.п.

У типового трехфазного асинхронного двигателя имеется шесть выводов статорной обмотки – три конца и начала. Выводы могут соединяться методом треугольника или звезды. Для этого на корпусе ЭД сделана коммутационная коробка, в которую выводятся начала фаз С1, С2, С3 и их концы С4, С5, С6.

Подборка книг и инструкций связанная с теорией и практикой работы электродвигателей (ЭД), а также советы и рекомендации по их ремонту

Выбор электродвигателей к производственным механизмам — Представлены характеристики различных типов ЭД для наиболее распространенных механизмов, а также методика и расчет их выбора для обеспечения заданной производительности, надежности и экономичности.

Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов — основы теории, конструкция и схемы вентильных ЭД постоянного тока. Дан анализ путей повышения их энергетических показателей и расширения функциональных возможностей. Подробные схемы датчиков положения ротора и частоты вращения с описанием их работы

Как самому рассчитать и сделать электродвигатель — рассмотрены расчеты ЭД малой мощности постоянного и переменного тока. Даны схемы включения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть

Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты -Расказывется о работе АД при отключениях и несимметрии напряжения, питании от маломощных сетей, большой неравномерности нагрузки

Ремонт электродвигателей Советы по выявлению и устранению неисправностей, организации и проведения ремонтов и испытаний ЭД различных типов

Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей

Для оценки свойств любого электродвигателя (ЭД) осуществляют построению механической характеристики. Механическая характеристика электродвигателя описывает определенную зависимость между электромагнитным моментом и частотой скольжения, либо вращения. Скольжение – показывает, насколько частота вращения магнитного поля обгоняет частоту вращения ротора ЭД.

Имеется интересная особенность применения асинхронного двигателя с фазным ротором в роли асинхронного преобразователя частоты (АПЧ), т.к частота тока протекающего в роторе ЭД пропорциональна частоте статорного тока, а коэффициент пропорциональности – скольжение. С помощью подобных преобразователей из типовой частоты 50 Гц можно получить 100, 200 Гц.

Типовая схема подсоединения АПЧ выглядит, как на рисунке ниже:

Обмотка статора подсоединена к питающей сети с частотой f₁. Частоту f₂ получают с концов роторной обмотки ротора, куда она поступает через контактные кольца и щетки.

Для такого преобразования частоты требуется приводной двигатель, механически связанный с ротором АПЧ. Таким ЭД может быть синхронный или асинхронный двигатель, если необходимо задать определенную частоту, а можно использовать двигатель постоянного тока, если нужно осуществлять плавную регулировку частоты.

Если ротор преобразователя вращать в режиме противовключения, т.е против направления вращения магнитного поля статора, то скольжение s>1, поэтому, частота получаемого тока будет выше частоты статора f₂>f₁. Если поменять направление вращения приводного двигателя (ПД), то скольжение s 1, а значит, в числителе формулы выше должен стоять знак плюс, иначе s