ЭЛЕКТРОПРИВОД - АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С совмещёнными обмотками «Славянка»

Электродвигатели типа ДРТ-13 (ДРТ-14) Тяговая свинцово-кислотная батарея типа PzS емкостью от 420Ач до 630Ач Электродвигатели постоянного тока рудничные тяговые типа ДРТ-13М, ДРТ-14 предназначены для привода рудничных аккумуляторных электровозов. НПП «Энергия», г.Донецк (Украина), в настоящее время проводит стендовые испытания шахтного электровоза «Эра» совместно с тяговым асинхронным двигателем «Славянка». По завершению стендовых испытаний новый привод будет установлен на электровоз для продолжения полигонных испытаний. По результатам будет принято решение о промышленном использовании привода в Украине.

Чешский асинхронный двигатель для троллейбуса

Мощность асинхронного двигателя -61 к Вт Мощность асинхронного двигателя -60 к Вт(81 л.с.) Мощность асинхронного двигателя -189 к Вт Мощность асинхронного двигателя -125 к Вт

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 cos, что ведет к искажению фактической картины соотношения активной и реактивной энергии. Расширяя динамическую область высоких значений КПД и Cos для асинхронного двигателя можно значительно уменьшить потери потребляемой электроэнергии ! Область номинального режима работы асинхронного двигателя при паспортных значениях КПД, Cos и коэффициенте нагрузки -1

На рисунке 2 показана эволюция в разработке современных асинхронных двигателей. Двигатели с меньшим ротором 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

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 Энергосберегающие асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором: 1LA9 160L, 1LA9 100L исполнение с фланцем

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 электроприводем 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 воде- воздухоснабжении – 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. 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 ». В УСЛОВИЯХ ЖЕСТОЧАЙШЕГО РЕЖИМА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ОСОЗНАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ 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!!!!!

Почти за 100 лет существования асинхронных двигателей в них совершенствовались применяемые материалы, конструкция отдельных узлов и деталей, технология изготовления; однако принципиальные конструкторские решения, предложенные М. О. Доливо-Добровольским, в основном остались неизменными. Большой вклад в теорию асинхронных машин внесли советские ученые Б. П. Апаров, М. П. Костенко, Г. Н. Петров, К. И. Шенфер и др. В СССР впервые в мировой практике с 1946 г. асинхронные двигатели выпускаются едиными всесоюзными сериями. На базе единых серий в нашей стране организовано высокомеханизированное и автоматизированное крупносерийное производство на основе широкой специализации и кооперации В СССР впервые в мире разработана методика оптимизированного расчета асинхронных двигателей, учитывающая затраты как на производство, так и на эксплуатацию электродвигателей; расчет с помощью электронно-вычислительных машин ведется по минимуму суммарных затрат в народном хозяйстве. В теорию и практику создания единых серий асинхронных двигателей большой вклад внесли советские ученые и инженеры А. Г. Иосифьян, Б. И. Кузнецов, Э. Д. Кравчик, В. И. Радин, Т. Г. Сорокер, И. Н. Чарахчьян и др В настоящее время много внимания уделяется так называемым энергоэффективным асинхронным 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.

ТРАДИЦИОННЫЙ ПОДХОД К РАСЧЕТУ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В современных подходах к расчету асинхронных двигателей используется постулат об идентичности синусоидальной формы потока магнитного поля и его равномерности под всеми зубцами статора. Исходя из этого постулата расчет велись для одного зубца статора, а машинное моделирование проводилось исходя из выше указанных предположений. При этом не стыковки между расчетными и реальными моделями работы асинхронного двигателя компенсировались применением большого числа поправочных коэффициентов. При этом расчет проводился для номинального режима работы асинхронного двигателя. Магнитное поле полюса. ПРИМЕР ДОПУЩЕНИЯ В РАСЧЕТАХ!!! Рассмотрим магнитное поле, которое создаётся с помощью трёхфазной обмотки, имеющей одну пару полюсов ( p=1 ) (рис. 2.7). Оси обмоток фаз смещены в пространстве на угол 120° и создаваемые ими магнитные индукции отдельных фаз ( B A,B B,B C ) смещены в пространстве тоже на угол 120° Магнитные индукции полей, создаваемые каждой фазой, как и напряжения, подведённые к этим фазам, являются синусоидальными и отличаются по фазе на угол 120°. Приняв начальную фазу индукции в фазе A ( φ A ) равной нулю, можно записать: BA=Bmsin(ωt), BB=Bmsin(ωt120°), BC=Bmsin(ωt240°).

Магнитное поле в электрической машине С целью усиления и концентрации магнитного поля в электрической машине для него создается магнитная цепь. Электрическая машина состоит из двух основных частей (см. рис. 4): неподвижного статора и вращающегося ротора, выполненных соответственно в виде полого и сплошного цилиндров. На статоре расположены три одинаковые обмотки, магнитные оси которых сдвинуты по расточке магнитопровода на 2/3 полюсного деления, величина которого определяется выражением где - радиус расточки магнитопровода, а р – число пар полюсов (число эквивалентных вращающихся постоянных магнитов, создающих магнитное поле, - в представленном на рис. 4 случае р=1). На рис. 4 сплошными линиями (А, В и С) отмечены положительные направления пульсирующих магнитных полей вдоль осей обмоток А, В и С. Приняв магнитную проницаемость стали бесконечно большой, построим кривую распределения магнитной индукции в воздушном зазоре машины, создаваемой обмоткой фазы А, для некоторого момента времени t (рис. 5). При построении учтем, что кривая изменяется скачком в местах расположения катушечных сторон, а на участках, лишенных тока, имеют место горизонтальные участки. Заменим данную кривую синусоидой (следует указать, что у реальных машин за счет соответствующего исполнения фазных обмоток для результирующего поля такая замена связана с весьма малыми погрешностями). Приняв амплитуду этой синусоиды для выбранного момента времени t равной ВА, запишем Магнитная индукция постоянна, если Таким образом, если мысленно выбрать в воздушном зазоре некоторую точку и перемещать ее вдоль расточки магнитопровода со скоростью то магнитная индукция для этой точки будет оставаться неизменной. Это означает, что с течением времени кривая распределения магнитной индукции, не меняя своей формы, перемещается вдоль окружности статора. Следовательно, результирующее магнитное поле вращается с постоянной скоростью. Эту скорость принято определять в оборотах в минуту:

Рис (а) Распределение индукции в воздушном зазоре Рис. 6. Распределение тангенциальной составляющей величины магнитной индукции вдоль средней линии воздушного промежутка Рис. 8. Амплитуды гармоник тангенциальной составляющей магнитной индукции вдоль средней линии воздушного зазора Рисунок 3 демонстрирует изменение напряжения в стержнях ротора, во время работы АД. Рисунок 2 демонстрирует изменение магнитного потенциала в воздушном зазоре между ротором и статором Рис (а) Распределение индукции в воздушном зазоре

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Рабочими характеристиками называются графические зависимости частоты вращения n 2, 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 Рис 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 2 и, следовательно М2=Р2/ 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 % 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 может вызвать 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 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".

Объект испытаний: асинхронные электродвигатели АДM100S2. производства ЗАО «Урал Электро» г. Медногорск Цель испытания: Особенности конструкции: Специальная обмотка. Место проведения испытаний: Центральная заводская лаборатория ЗАО «Урал Электро-К», г. Медногорск Тип.эл.двигателя;АДM100S2У3 Напряжение, В:380 Ток, А:7,9 Мощность, к Вт:4,0 КПД, %:87,0 Соs f:0,88 Кл.из: F Режим работы: S1S1 Степень защиты: IР54 Масса, кг (по табличке) 26,8 Номинальные параметры : Таблица электрических параметров эл. двигателей АДM100S2 по результатам испытаний.

Двигатель 2 р=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 электротранспорте.

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: меньший пусковой ток двигателя; повышенный пусковой момент; высокое значение КПД в широком диапазоне нагрузок; повышенный Сos F в широком диапазоне нагрузок; облегчается работа двигателя при пониженном напряжении; малые потери,что приводит к снижению температуры 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 5. В нашем подходе хорошо уживаются идеи Т. Эдисона ( о широком применении постоянного тока), М. О. Доливо-Добровольского (3 х -фазные цепи) и Николы Тесла (о высочастотной многофазности).