АСИНХРОННЫЕ  ДВИГАТЕЛИ  С  СОВМЕЩЕННЫМИ  ОБМОТКАМИ

Комбин  Николай  Николаевич

студент  4  курса,  кафедра  электроснабжения  промышленных  предприятий  ФГБОУ  ВПО  ОГУ, 
РФ,  г.  Оренбург

Е-mail:  2806293@gmail.com

Количество  энергии  потребляемой  асинхронными  двигателями  в  России  составляет  от  45  до  50  %  от  общего  объема  вырабатываемой  электроэнергии.  Известно,  что  в  промышленности  эти  цифры  изменяются  до  60  %,  а  в  системах  снабжения  холодной  водой  до  90  %.  За  счет  электрических  двигателей  на  заводах  производят  все  технологические  процессы,  нуждающиеся  в  передвижении  частей  оборудования.  Существует  возможность  количественно  повысить  их  параметры  с  использованием  в  конструкции  совмещенных  обмоток  при  сохранении  прежней  цены.

В  советской  практике  существовало  такое  явление,  как  применение  электродвигателей  с  запасом  мощности,  то  есть  энергосберегающие  мероприятия  не  проводились  совсем.  Стоит  отметить,  что  использование  энергоэффективного  оборудования  развито  за  границей.  Российская  промышленность  не  нуждалась  в  оборудовании  такого  типа.  Однако  развитие  рыночных  отношений  принудило  отечественных  потребителей  к  экономии  [4].

Возможность  увеличить  эффективность  работы  асинхронных  двигателей  существуют  благодаря  улучшению  качества  используемых  материалов  и  оптимизации  конструкции.  Такой  подход  позволяет  повысить  КПД  на  1–1,5  %,  соответственно  4–4,5  %  при  меньшей  номинальной  мощности.  Указанный  способ  актуален  при  малом  изменении  нагрузки,  то  есть,  когда  нет  необходимости  в  постоянной  корректировке  скорости  при  правильно  настроенных  параметрах.

Значительно  повысить  эффективность  работы  электрических  двигателей  можно  при  применении  совмещенной  обмотки.  Энергопотребление  можно  снизить  50%,  при  сохранении  исходных  показателей.  Посредством  сглаженного  регулирования,  такие  двигатели  наиболее  эффективны  при  работе  с  переменно  изменяющейся  нагрузкой.  Так  как  электрические  двигатели  повсеместно  используется  в  промышленности,  данный  технический  вариант  положительно  повлияет  на  энергопотребление  в  целом.

Вследствие  конструктивных  особенностей  электродвигатель  работает  с  загрузкой  0,35,  то  есть  соотношение  мощности  привода  и  самого  двигателя  (за  рубежом  достигает  0,65)  Таким  образом,  двигатели  постоянно  недогружены,  соответственно  КПД  занижен.  Повышенная  мощность  создает  дополнительную  нагрузку  на  оборудование,  что  приводит  к  преждевременному  выходу  из  строя.  Совмещенные  обмотки  двигателя  позволяют  сохранить  номинальный  коэффициент  мощности  при  различной  нагрузке.  Загрузка  таких  двигателей  составляет  0,8  при  пониженном  энергопотреблении.

Ключевые  моменты

Основа  данной  технологии  заключается  в  схеме  подключения  нагрузки  к  сети.  Так  как  к  трехфазной  сети  можно  подключить  только  такой  же  двигатель,  то  совмещение  обмоток  (звезда-треугольник)  в  конструкции  двигателя  дает  в  результате  шестифазную  систему,  подключенную  к  трехфазной.  В  ней  половина  обмотки  включено  звездой,  другая  –  треугольником.  Система  токов  возбуждает  магнитные  потоки,  причем  угол  между  ними  составляет  30  электрических  градусов  [2].

Такое  слияние  выдает  результат  с  более  сглаженной  кривой  магнитного  поля  в  зазоре  между  статором  и  ротором,  что  положительно  отразится  на  характеристике  электродвигателя.  Стандартное  исполнение  магнитного  поля  в  зазоре  ступенчатое.  Резкопеременное  поле  вызывает  гармоники,  приводящие  к  тормозным  моментам  и  вибрации  в  результате.  Режим  работы  ухудшается  сильнее  при  работе  двигателя  в  отличиях  от  номинальной  нагрузки.  Общие  показатели  стандартного  асинхронного  двигателя  и  КПД  будут  понижены.

Рисунок  1.  Форма  магнитного  поля  в  воздушном  зазоре  двигателя  3000об/мин,  24  паза  в  статоре:  а)  стандарт;  б)  совмещенные  обмотки

Совмещенные  обмотки  понижают  влияние  от  нечетных  гармоник,  индуцирующих  противоположно  направленные  магнитные  потоки,  которые  являются  причиной  потерь  в  электрической  машине.  Такой  двигатель  может  быть  выполнен  с  расчетом  на  большую  частоту  питающего  напряжения  с  применением  стандартных  материалов.  У  ДСО  меньше  кратность  пусковых  токов  и  больше  вращающий  момент  при  пуске.  Указанные  преимущества  играют  огромную  роль  при  работе  с  оборудованием,  режим  работы  которого  характеризуется  частыми  перезапусками,  либо  при  работе  в  электрической  сети  большой  длины,  соответственно  с  высоким  значением  падения  напряжения.  Еще  одно  преимущество  заключается  в  меньшем  влиянии  на  форму  питающего  напряжения  и  сниженное  генерирование  помех  в  сеть.  Это  является  важным  при  работе  с  потребителями,  имеющими  в  своей  структуре  сложные  электронные  системы  [3].

Экономическая  оценка 

Электропривод  является  самым  энергозатратным  пунктом  в  промышленности,  уменьшение  энергопотребления  в  этой  сфере  открывает  огромный  потенциал  энергосберегающих  технологий.

Судя  по  статистике  объем  электропотребления  составляет  для  2014  года  [7,  5]  1035,2  млрд  кВт·ч.

Согласно  приказу  Федеральной  службы  по  тарифам  от  10.10.2014  г.  №  225-э/1  «О  предельных  уровнях  тарифов  на  электрическую  энергию  (мощность)  на  2015  год»,  составит  174,23  коп/кВт·ч  (без  НДС)  [6].

Взяв  в  процентном  соотношении  количество  двигателей  и  их  загрузку,  можем  примерно  оценить  экономию  от  внедрения:

1035,2·0,47·0,3·1,7423  =  246,4503  млрд  руб.  в  год.

Очевидно,  что  в  регионах,  где  тариф  гораздо  выше  указанного  значения,  экономия  будет  еще  больше.  Также,  использование  двигателей  с  совмещенными  обмотками  (ДСО)  с  экономической  точки  зрения  целесообразно  в  установках  с  круглосуточным  режимом  работы,  либо  при  высокой  нагрузке  (система  водоснабжения,  установки  вентиляторов,  эскалаторы,  транспортеры)  [1].

Целесообразность  предлагаемой  технологии 

В  настоящее  время  существует  возможность  применения  регулируемых  асинхронных  приводов,  благодаря  преобразователем  частоты.  Тонкая  настройка  асинхронного  двигателя  позволяет  добиться  показателей  работы,  схожих  с  двигателем  постоянного  тока,  при  снижении  общего  энергопотребления.  Однако  надежность  работы  регулятора  частоты  ниже,  чем  электрических  двигателей.  В  совокупности  с  высокой  ценой  последних,  частотное  регулирование  не  является  энергоэффективным  мероприятием.  Таким  образом,  проблема  в  самом  оборудовании  электропривода,  в  его  себестоимости  и  материалах  установки.

Для  выхода  из  указанной  ситуации  в  мире  существует  два  направления.  Уменьшение  энергопотребления  посредством  подачи  энергии  в  зависимости  от  момента  времени  и  количества  необходимой  мощности.  Другое  направление  заключается  в  производстве  с  использованием  новых  материалов  и  улучшения  общего  конструктивного  исполнения  электрических  машин  и  их  размеров.

Предлагаемый  метод  с  использованием  совмещенных  обмоток  отличается  именно  изменением  принципа  работы  обычной  электрической  машины.  Другой  вариант  создания  обмотки,  изменение  соотношения  пазов  ротора  и  статора  является  новым  в  своем  роде.  В  соответствии  с  этим  существует  конструкции  для  схем  однослойной  или  двухслойной  обмотки  в  зависимости  от  типа  укладки  (автоматическая,  ручная)

Измененная  конструкция  ДСО  позволяет  работать  с  меньшими  потерями  в  стали  магнитопроводов  при  регулировании  частоты.  Таким  образом,  уменьшается  уровень  шумов  и  вибрации  при  работе  двигателя.

Преимущества  на  рынке.

Неоспоримым  фактом  является  то,  что  изменения  в  данной  отрасли  связанные  с  модернизацией  стандартных  двигателей  без  совмещенных  обмоток,  можно  осуществить  на  старых  специализированных  предприятиях.  Стандартное  оборудование  без  внесения  каких-либо  изменений  подходит  для  проведения  вышеуказанных  манипуляций.  Стоит  отметить,  что  для  проведения  указанных  работ  не  требуется  специальные  разрешения,  лицензии  и  сертификаты.  Частотный  привод  не  позволяет  добиться  схожих  показателей  экономии  электроэнергии  без  увеличения  капитальных  затрат.  Оборудование  менее  требовательно  в  эксплуатации  и  обслуживании  в  сравнении  с  аналогами.

Сегодня  асинхронные  двигатели  применяются  в  большинстве  аспектов  жизнедеятельности  человека.  Любой  производственный  процесс  скорее  всего  будет  нуждаться  в  применении  последних.  Усовершенствование  последних  приведет  к  значительной  экономии  энергии,  а  следовательно  и  уменьшении  затрат  на  электроснабжение.  Учитывая  современные  тенденции  снижения  влияния  промышленности  на  окружающую  среду,  двигатель  с  совмещенными  обмотками  будет  необходим,  так  как  при  значительном  уменьшении  электропотребления,  количество  полезной  работы  остается  прежним.  То  есть  удельное  потребление  углеводородов  сократится.

Список  литературы:

1. Асинхронный  двигатель  с  совмещенными  обмотками  –  2015.  [Электронный  ресурс]  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=372  (дата  обращения  15.12.2015).
2. Вольдек  А.И.  Электрические  машины:  Учебник  для  вузов  3-е  изд.,  перераб.  –  Л.:  Энергия,  1978.  –  832  с.
3. Железко  Ю.С.  Потери  электроэнергии.  Реактивная  мощность.  Качество  электроэнергии:  Руководство  для  практических  расчетов.  –  М.:  ЭНАС,  2009.  –  456  с.
4. Об  организации  энергосбрежения  в  СССР,  России.  –  2015.  [Электронный  ресурс]  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://portal-energo.ru/articles/details/id/437  (дата  обращения  15.12.2015). 
5. Потребление  электроэнергии  в  ЕЭС  России  в  2014  году  –  2015.  [Электронный  ресурс]  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://so-ups.ru/index.php?id=press_release_view&tx_ttnews%5Btt_news%5D=6662  (дата  обращения  15.12.2015). 
6. Приказ  Федеральной  службы  по  тарифам  от  10  октября  2014  г  –  2015.  [Электронный  ресурс]  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://base.garant.ru/70781516/#friends  (дата  обращения  15.12.2015). 
7. Технологическое  развитие  отраслей  экономики  –  2015.  [Электронный  ресурс]  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/economydevelopment/#  (дата  обращения  15.12.2015).