Energieeffiziente Motoren. Energieeinsparung beim Betrieb von Elektromotoren. Möglichkeiten zur Verbesserung der Motorenergieeffizienz

Heute herrscht weltweit eine Wirtschaftskrise. Einer der Gründe dafür ist die Energiekrise. Daher ist das Thema Energieeinsparung heute sehr akut. Dieses Thema ist besonders relevant für Russland und die Ukraine, wo die Stromkosten pro Produktionseinheit fünfmal höher sind als in entwickelten europäischen Ländern. Die Reduzierung des Stromverbrauchs der Unternehmen des Brennstoff- und Energiekomplexes der Ukraine und Russlands ist die Hauptaufgabe der Wissenschafts-, Elektrotechnik- und Elektronikindustrie dieser Länder. Mehr als 60 % des in Unternehmen verbrauchten Stroms stammen aus Elektroantrieben. Wenn wir berücksichtigen, dass sein Wirkungsgrad nicht mehr als 69 % beträgt, können allein durch den Einsatz energiesparender Motoren mehr als 120 GWh Strom pro Jahr eingespart werden, was mehr als 240 Millionen Rubel bei 100.000 Elektromotoren entspricht. Rechnet man hier noch die Einsparungen durch die Reduzierung der installierten Kapazität hinzu, kommen wir auf mehr als 10 Milliarden Rubel.

Wenn wir diese Zahlen in Kraftstoffeinsparungen umrechnen, belaufen sich die Einsparungen auf 360-430 Millionen Tonnen Standardkraftstoff pro Jahr. Dieser Wert entspricht 30 % des gesamten inländischen Energieverbrauchs des Landes. Rechnet man hier noch die Energieeinsparungen durch den Einsatz von Frequenzumrichtern hinzu, so wächst diese Zahl auf 40 %. In Russland wurde bereits ein Auftrag zur Reduzierung der Energieintensität um 40 % bis 2020 unterzeichnet.

Seit September 2008 gilt in Europa die Norm IEC 60034-30, in der alle Motoren in 4 Energieeffizienzklassen eingeteilt sind:

• Standard(ie1);
• hoch(ie2);
• höchste, PREMIUM (ie3);
• ultrahoch, Supper-Premium (ie4).

Heute haben alle großen europäischen Hersteller mit der Produktion energieeffizienter Motoren begonnen. Darüber hinaus ersetzen alle amerikanischen Hersteller Motoren mit „hoher“ Energieeffizienz durch Motoren mit „höherer“ PREMIUM-Energieeffizienz.

• Unsere Länder entwickeln auch energieeffiziente Motorenserien für den allgemeinen Gebrauch. Bei der Verbesserung der Energieeffizienz stehen Hersteller vor drei Herausforderungen:
• Entwicklung und Entwicklung neuer energieeffizienter Modelle von Niederspannungs-Asynchronmotoren, die dem weltweiten Entwicklungsstand der Elektro- und Maschinenbauindustrie entsprechen, für den Einsatz auf dem nationalen und internationalen Markt;
• Erhöhung der Effizienzwerte neu geschaffener energieeffizienter Motoren gemäß der Energieeffizienznorm IEC 60034-30, obwohl die Steigerung des Materialverbrauchs bei Motoren der IE2-Klasse nicht mehr als 10 Prozent beträgt;
• Es sollen Einsparungen an Aktivmaterialien entsprechend einer Einsparung von 10 kW Leistung pro 1 kg Wicklungskupfer erreicht werden. Durch den Einsatz energieeffizienter Elektromotormodelle reduziert sich der Werkzeugaufwand um 10-15 %;

Die Entwicklung und Implementierung hocheffizienter Elektromotoren beseitigt das Problem der Notwendigkeit, die installierte Leistung elektrischer Geräte zu erhöhen und Emissionen zu reduzieren Schadstoffe in die Atmosphäre. Darüber hinaus ist die Reduzierung von Lärm und Vibrationen sowie die Erhöhung der Zuverlässigkeit des gesamten Elektroantriebs ein unbestreitbares Argument für den Einsatz energieeffizienter Asynchron-Elektromotoren;

Beschreibung energieeffizienter Asynchronmotoren der Serie 7A

Die Käfigläufer-Asynchronmotoren der Baureihe 7A (7AVE) gehören zu den Drehstrom-Asynchron-Elektromotoren, einer allgemeinen Industriebaureihe mit Käfigläufer. Diese Motoren sind bereits für den Einsatz in Antriebskreisen mit variabler Frequenz geeignet. Ihre Effizienz ist 2–4 % höher als die der in Russland hergestellten Analoga (EFFI). Sie werden mit einem Standarddrehachsenbereich von 80 bis 355 mm hergestellt und sind für Leistungen von 1 bis 500 kW ausgelegt. Die Industrie beherrscht Motoren mit Standarddrehzahlen: 1000, 1500, 3000 U/min und Spannungen: 220/380, 380/660. Die Motoren sind in der Schutzart IP54 und der Isolationsklasse F ausgeführt. Die zulässige Überhitzung entspricht der Klasse B.

Vorteile der Verwendung von Asynchronmotoren der Serie 7A

Zu den Vorteilen der Verwendung von Asynchronmotoren der Serie 7A gehört ihr hoher Wirkungsgrad. Strom sparen Mit einer installierten Leistung P set = 10.000 kW können Sie bis zu 700.000 Dollar pro Jahr an Energieeinsparungen sparen. Ein weiterer Vorteil solcher Motoren ist ihre hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer; zudem ist ihr Geräuschpegel etwa 2-3 mal niedriger als der von Motoren früherer Baureihen. Sie ermöglichen eine größere Anzahl von Ein-/Ausschaltern und sind einfacher zu warten. Die Motoren können mit Netzspannungsschwankungen von bis zu 10 % betrieben werden.

Designmerkmale

Die Elektromotoren der Serie 7A verwenden einen neuen Wicklungstyp, der mit Wickelgeräten der alten Generation gewickelt werden kann. Bei der Herstellung von Motoren dieser Baureihe werden neue Imprägnierlacke verwendet, die für eine höhere Aushärtung und eine hohe Wärmeleitfähigkeit sorgen. Die Effizienz beim Einsatz magnetischer Materialien wurde deutlich verbessert. Im Jahr 2009 wurden die Dimensionen 160 und 180 gemeistert, und im Zeitraum 2010-2011. Beherrscht wurden die Abmessungen 280, 132, 200, 225, 250, 112, 315, 355 mm.

Zahl im Format pdf(4221 kB)

JA. Duyunov , Projektmanager, AS und PP LLC, Moskau, Zelenograd

In Russland macht der Anteil von Asynchronmotoren nach verschiedenen Schätzungen 47 bis 53 % des gesamten erzeugten Stroms aus. In der Industrie durchschnittlich 60 %, in Kaltwasserversorgungssystemen bis zu 90 %. Sie machen fast alles technologische Prozesse beziehen sich auf die Bewegung und decken alle Bereiche menschlichen Handelns ab. Mit dem Aufkommen neuer, sogenannter Motoren mit kombinierten Wicklungen (MWM) ist es möglich, deren Parameter deutlich zu verbessern, ohne den Preis zu erhöhen.

Für jede Wohnung in einem modernen Wohnhaus gibt es mehr Asynchronmotoren als Bewohner. Da es bisher kein Ziel gab, Energieressourcen zu sparen, versuchte man bei der Konstruktion der Ausrüstung, „auf Nummer sicher zu gehen“ und verwendete Motoren mit einer Leistung, die über der berechneten Leistung lag. Energieeinsparungen im Design gerieten in den Hintergrund, und ein Konzept wie Energieeffizienz war nicht mehr so ​​relevant. Energieeffiziente Motoren- Das ist eher ein rein westliches Phänomen. Die russische Industrie hat solche Motoren weder entwickelt noch hergestellt. Der Übergang zur Marktwirtschaft veränderte die Situation dramatisch. Heutzutage ist die Einsparung einer Energieeinheit, beispielsweise 1 Tonne Kraftstoff konventionell, halb so teuer wie die Gewinnung.

Bei den auf dem ausländischen Markt präsentierten energieeffizienten Motoren (EM) handelt es sich um asynchrone EM mit Käfigläufer, bei denen durch die Erhöhung der Masse der aktiven Materialien, deren Qualität sowie durch spezielle Konstruktionstechniken eine Steigerung möglich ist um 1–2 % (starke Motoren) bzw. 4–5 % (kleine Motoren) des Nennwirkungsgrads bei leicht steigendem Motorpreis. Dieser Ansatz kann von Vorteil sein, wenn sich die Last nur wenig ändert, keine Drehzahlregelung erforderlich ist und die Motorparameter richtig ausgewählt sind.

Durch den Einsatz von Motoren mit kombinierten Wicklungen (MWM) ist es aufgrund verbesserter mechanischer Eigenschaften und höherer Energieleistung möglich, nicht nur 30 bis 50 % des Energieverbrauchs einzusparen nützliche Arbeit, sondern auch einen regelbaren Energiesparantrieb mit einzigartigen Eigenschaften zu schaffen, der weltweit seinesgleichen sucht. Der größte Effekt wird beim Einsatz von DSO in Anlagen mit variabler Last erzielt. Angesichts der Tatsache, dass das weltweite Produktionsvolumen von Asynchronmotoren unterschiedlicher Leistung derzeit sieben Milliarden Einheiten pro Jahr erreicht, kann die Wirkung der Einführung neuer Motoren kaum überschätzt werden.

Es ist bekannt, dass die durchschnittliche Belastung eines Elektromotors (das Verhältnis der vom Arbeitsteil der Maschine aufgenommenen Leistung zur Nennleistung des Elektromotors) in der heimischen Industrie 0,3 bis 0,4 beträgt (in der europäischen Praxis beträgt dieser Wert 0,6). . Dies bedeutet, dass ein herkömmlicher Motor mit einem deutlich geringeren Wirkungsgrad als dem Nennwirkungsgrad arbeitet. Eine zu hohe Motorleistung führt oft zu auf den ersten Blick unsichtbaren, aber sehr erheblichen negativen Folgen bei Geräten, die von einem Elektroantrieb versorgt werden, beispielsweise zu einem zu hohen Druck in hydraulischen Netzwerken, der mit erhöhten Verlusten, verminderter Zuverlässigkeit usw. verbunden ist. Im Gegensatz zu Standardmodellen weisen DSOs einen geringen Geräusch- und Vibrationspegel, ein höheres Drehmomentverhältnis, einen Wirkungsgrad und einen Leistungsfaktor auf, der in einem weiten Lastbereich nahe am Nennwert liegt. Dadurch können Sie die durchschnittliche Belastung des Motors auf 0,8 erhöhen und die Eigenschaften der vom Antrieb bedienten technologischen Ausrüstung verbessern, insbesondere den Energieverbrauch deutlich reduzieren.

Einsparungen, Amortisation, Gewinn

Dies betrifft die Energieeinsparung im Antrieb und soll Verluste bei der Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie reduzieren und die Energieleistung des Antriebs steigern. Bei einer groß angelegten Implementierung bietet DSO Vorteile reichlich Möglichkeitenüber Energieeinsparung bis hin zur Schaffung neuer energiesparender Technologien.

Laut der Website des Föderalen Landesstatistikdienstes (http://www.gks.ru/
wps/wcm/connect/rosstat/rosstatsite/main/) Der Stromverbrauch belief sich im Jahr 2011 in Russland insgesamt auf 1.021,1 Milliarden kWh.

Gemäß der Verordnung des Föderalen Tarifdienstes vom 6. Oktober 2011 Nr. 239-e/4 beträgt der Mindesttarif für elektrische Energie (Strom), der im Jahr 2012 an Kunden auf Einzelhandelsmärkten geliefert wird, 164,23 Kopeken/kWh (ohne Mehrwertsteuer). ).

Durch den Austausch von Standard-Induktionsmotoren können bei gleicher Nutzarbeit 30 bis 50 % Energie eingespart werden. Die wirtschaftlichen Auswirkungen eines umfassenden Ersatzes werden minimal sein:

1021,1·0,47·0,3·1,6423 = 236,4503 Milliarden Rubel. pro Jahr.

In der Region Moskau wird der Effekt minimal sein:

47100,4·0,47·0,3·1,6423 = 10906,771 Millionen Rubel. pro Jahr.

Unter Berücksichtigung der maximalen Tarifniveaus für elektrische Energie in Rand- und anderen Problemgebieten werden die maximale Wirkung und die minimale Amortisationszeit in Regionen mit maximalen Tarifen erreicht – Gebiet Irkutsk, Autonomer Kreis der Chanten und Mansen, Autonomer Kreis Tschukotka, Autonomer Kreis der Jamal-Nenzen , usw.

Der maximale Effekt und die minimale Amortisationszeit können durch den Austausch von Motoren im Dauerbetrieb, beispielsweise Wasserversorgungspumpeneinheiten, Lüftereinheiten, Walzwerken, sowie hochbelasteten Motoren, beispielsweise Aufzügen, Rolltreppen, Förderbändern, erreicht werden.

Zur Berechnung der Amortisationszeit wurden die Preise von OJSC UralElectro zugrunde gelegt. Wir gehen davon aus, dass mit dem Unternehmen ein Energiedienstleistungsvertrag zum Austausch des ADM 132 M4-Motors der Pumpeinheit auf Leasingbasis abgeschlossen wurde. Motorpreis 11.641 Rubel. Die Kosten für den Austausch (30 % der Kosten) betragen 3.492,3 RUB. Zusätzliche Kosten (10 % der Kosten) 1.164,1 RUB

Gesamtkosten:

11.641 + 3.492,3 + 1.164,1 = 16.297,4 Rubel.

Der wirtschaftliche Effekt wird sein:

11 kW 0,3 1,6423 Rubel/kWh 1,18 24 = 153,48278 Rubel. pro Tag (inkl. MwSt.).

Amortisationszeit:

16.297,4 / 153,48278 = 106,18 Tage oder 0,291 Jahre.

Für andere Kapazitäten liefert die Berechnung ähnliche Ergebnisse. Da die Betriebszeit von Motoren in Industriebetrieben 12 Stunden nicht überschreiten darf, darf die Amortisationszeit nicht mehr als 0,7–0,8 Jahre betragen.

Es wird davon ausgegangen, dass ein Unternehmen, das Motoren durch neue ersetzt hat, nach Zahlung der Leasingraten im Rahmen des Leasingvertrags drei Jahre lang 30 % der Energieeinsparungen zahlt. In diesem Fall beträgt das Einkommen: 153,48278·365·3 = 168.063,64 Rubel. Folglich können Sie durch den Austausch eines Motors mit geringer Leistung ein Einkommen von 84 bis 168.000 Rubel erzielen. Im Durchschnitt kann ein kleines Versorgungsunternehmen durch den Austausch von Motoren ein Einkommen von mindestens 4,8 Millionen Rubel erzielen. Die Einführung neuer Motoren bei gleichzeitiger Modernisierung von Standardmotoren wird es Versorgungs- und Transportunternehmen in vielen Fällen ermöglichen, auf Stromsubventionen zu verzichten, ohne die Tarife zu erhöhen.

Besondere gesellschaftliche Bedeutung erlangt das Projekt im Zusammenhang mit dem Beitritt Russlands zur WTO. Inländische Hersteller von Asynchronmotoren können nicht mit den weltweit führenden Herstellern konkurrieren. Dies könnte zum Bankrott vieler stadtbildender Unternehmen führen. Die Beherrschung der Produktion von Motoren mit kombinierten Wicklungen wird nicht nur diese Bedrohung beseitigen, sondern auch ernsthaften Wettbewerb auf ausländischen Märkten schaffen. Daher hat die Umsetzung des Projekts auch politische Bedeutung für das Land.

Neuheit des vorgeschlagenen Ansatzes

In den letzten Jahren haben sich regelbare Asynchronantriebe aufgrund des Aufkommens zuverlässiger und kostengünstiger Frequenzumrichter weit verbreitet. Obwohl der Preis von Umrichtern nach wie vor recht hoch ist (zwei- bis dreimal teurer als ein Motor), ermöglichen sie in einigen Fällen eine Reduzierung des Energieverbrauchs und eine Verbesserung der Motoreigenschaften, wodurch sie den Eigenschaften weniger zuverlässiger Motoren angenähert werden Gleichstrom. Auch die Zuverlässigkeit von Frequenzreglern ist um ein Vielfaches geringer als die von Elektromotoren. Nicht jeder Verbraucher hat die Möglichkeit, so viel Geld in den Einbau von Frequenzreglern zu investieren. In Europa sind im Jahr 2012 lediglich 15 % der verstellbaren Elektroantriebe mit Gleichstrommotoren ausgestattet. Daher ist es wichtig, das Problem der Energieeinsparung hauptsächlich in Bezug auf asynchrone elektrische Antriebe, einschließlich Antrieben mit variabler Frequenz, zu betrachten, die mit Spezialmotoren mit geringerem Materialverbrauch und geringeren Kosten ausgestattet sind.

In der weltweiten Praxis gibt es zwei Hauptrichtungen zur Lösung dieses Problems.

Die erste Möglichkeit besteht in der Energieeinsparung durch elektrische Antriebe, indem dem Endverbraucher zu jedem Zeitpunkt die benötigte Energie zur Verfügung gestellt wird. Zweitens geht es um die Produktion energieeffizienter Motoren, die dem IE-3-Standard entsprechen. Im ersten Fall zielen die Bemühungen darauf ab, die Kosten für Frequenzumrichter zu senken. Im zweiten Fall geht es um die Entwicklung neuer Elektromaterialien und die Optimierung der Hauptabmessungen elektrischer Maschinen.

Im Vergleich zu bekannten Methoden zur Steigerung der Energieeffizienz eines Asynchronantriebs liegt die Neuheit unseres vorgeschlagenen Ansatzes in der Änderung des grundlegenden Konstruktionsprinzips klassischer Motorwicklungen. Die wissenschaftliche Neuheit liegt darin, dass neue Prinzipien für die Gestaltung von Motorwicklungen sowie die Auswahl optimaler Verhältnisse der Anzahl der Rotor- und Statornuten formuliert wurden. Auf dieser Grundlage wurden Industriedesigns und Schemata ein- und zweilagiger kombinierter Wicklungen sowohl für die manuelle als auch für die automatische Verlegung entwickelt. An technische Lösungen Seit 2011 wurden 7 russische Patente erhalten. Mehrere Anträge werden derzeit von Rospatent geprüft. Patentanmeldungen im Ausland sind in Vorbereitung.

Im Vergleich zu den bekannten Frequenz- variabler Antrieb kann auf Basis von DSO mit einer erhöhten Frequenz der Versorgungsspannung erfolgen. Dies wird durch geringere Verluste im Stahl des Magnetkerns erreicht. Die Kosten für einen solchen Antrieb sind deutlich geringer als bei der Verwendung von Standardmotoren, insbesondere werden Geräusche und Vibrationen deutlich reduziert.

Bei Tests an den Ständen des Kataysky-Pumpwerks wurde der standardmäßige 5,5-kW-Motor durch einen 4,0-kW-Motor unserer Konstruktion ersetzt. Die Pumpe lieferte alle Parameter gemäß den Anforderungen des Lastenhefts, während sich der Motor praktisch nicht erwärmte.

Derzeit wird daran gearbeitet, die Technologie im Öl- und Gaskomplex (Lukoil, TNK-BP, Rosneft, Bugulma Electric Pump Plant), in U-Bahn-Unternehmen (International Association of Metros), im Bergbau (Lebedinsky GOK) usw. einzuführen zahlreiche weitere Branchen.

Wesen der vorgeschlagenen Entwicklung

Der Kern der Entwicklung ergibt sich aus der Tatsache, dass je nach Anschlussplan einer Drehstromlast an ein Drehstromnetz (Stern oder Dreieck) zwei Stromsysteme entstehen können, die einen Winkel von 30 elektrischen Grad bilden zwischen den magnetischen Flussinduktionsvektoren. Dementsprechend kann ein Elektromotor, der keine dreiphasige, sondern eine sechsphasige Wicklung aufweist, an ein dreiphasiges Netzwerk angeschlossen werden. In diesem Fall muss ein Teil der Wicklung mit einem Stern und ein Teil mit einem Dreieck verbunden sein, und die resultierenden Induktionsvektoren der Pole derselben Phasen von Stern und Dreieck müssen einen Winkel von 30 elektrischen Grad miteinander bilden.

Durch die Kombination zweier Stromkreise in einer Wicklung ist es möglich, die Feldform im Betriebsspalt des Motors zu verbessern und dadurch die Haupteigenschaften des Motors deutlich zu verbessern. Das Feld im Arbeitsspalt eines Standardmotors kann nur bedingt als sinusförmig bezeichnet werden. Tatsächlich ist es gestuft. Dadurch entstehen im Motor Oberschwingungen, Vibrationen und Bremsmomente, die sich negativ auf den Motor auswirken und seine Leistung verschlechtern. Daher weist ein Standard-Asynchronmotor nur bei Nennlast eine akzeptable Leistung auf. Wenn die Last von der Nennlast abweicht, nimmt die Leistung eines Standardmotors stark ab, wodurch sich der Leistungsfaktor und die Effizienz verringern.

Kombinierte Wicklungen ermöglichen außerdem eine Reduzierung der magnetischen Induktion von Feldern ungerader Harmonischer, was zu einer deutlichen Reduzierung der Gesamtverluste in den Elementen des Motormagnetkreises und einer Erhöhung seiner Überlastfähigkeit und Leistungsdichte führt. Dadurch können Motoren auch mit höheren Drehzahlen betrieben werden hohe Frequenzen Versorgungsspannung bei Verwendung von Stählen, die für den Betrieb mit einer Frequenz von 50 Hz ausgelegt sind. Motoren mit kombinierten Wicklungen haben bei höheren Anlaufdrehmomenten eine geringere Anlaufstromfrequenz. Dies ist wichtig für Geräte, die häufig und über einen längeren Zeitraum gestartet werden, sowie für Geräte, die an lange und stark belastete Netze mit hohem Spannungsabfall angeschlossen sind. Sie erzeugen weniger Störungen im Netzwerk und verzerren die Form der Versorgungsspannung weniger, was für eine Reihe von Objekten, die mit komplexer Elektronik und Computersystemen ausgestattet sind, von wesentlicher Bedeutung ist.

In Abb. Abbildung 1 zeigt die Feldform in einem Standardmotor mit 3000 U/min und einem 24-Slot-Stator.

Die Feldform eines ähnlichen Motors mit kombinierten Wicklungen ist in Abb. dargestellt. 2.

Aus den obigen Grafiken ist ersichtlich, dass die Feldform eines Motors mit kombinierten Wicklungen eher sinusförmig ist als die eines Standardmotors. Als Ergebnis erhalten wir, wie die vorhandenen Erfahrungen zeigen, ohne Erhöhung der Arbeitsintensität, mit geringerem Materialverbrauch, ohne Änderung bestehender Technologien und unter sonst gleichen Bedingungen Motoren, deren Eigenschaften den Standardmotoren deutlich überlegen sind. Im Gegensatz zu bisher bekannten Methoden zur Steigerung der Energieeffizienz ist die vorgeschlagene Lösung die kostengünstigste und kann nicht nur bei der Produktion neuer Motoren, sondern auch bei der Überholung und Modernisierung der bestehenden Flotte umgesetzt werden. In Abb. Abbildung 3 zeigt, wie sich die mechanischen Eigenschaften durch den Austausch der Standardwicklung durch eine kombinierte Wicklung während einer Generalüberholung des Motors verändert haben.

Keine andere bekannte Methode kann die mechanischen Eigenschaften der bestehenden Motorenflotte so radikal und effektiv verbessern. Die Ergebnisse der vom Zentralen Fabriklabor der UralElectro-K CJSC, Mednogorsk, durchgeführten Prüfstandstests bestätigen die angegebenen Parameter. Die erhaltenen Daten werden durch die Ergebnisse der Tests bei NIPTIEM in Wladimir bestätigt.

Die durchschnittlichen statistischen Daten zu den wichtigsten Energieindikatoren Effizienz und COS, die beim Testen einer Charge modernisierter Motoren ermittelt wurden, übertreffen die Katalogdaten von Standardmotoren. Zusammengenommen verleihen alle oben genannten Indikatoren Motoren mit kombinierten Wicklungen bessere Eigenschaften als die besten Analoga. Dies wurde bereits bei den ersten Prototypen der modernisierten Motoren bestätigt.

Wettbewerbsvorteile

Die Einzigartigkeit der vorgeschlagenen Lösung liegt darin, dass auf den ersten Blick offensichtliche Wettbewerber tatsächlich potenzielle strategische Partner sind. Dies liegt daran, dass die Produktion und Modernisierung von Motoren mit kombinierten Wicklungen in nahezu jedem Fachbetrieb, der sich mit der Produktion oder Reparatur von Standardmotoren beschäftigt, in kürzester Zeit bewältigt werden kann. Dies erfordert keine Änderungen an bestehenden Technologien. Dazu reicht es aus, die vorhandene Konstruktionsdokumentation in Unternehmen zu verfeinern. Kein Konkurrenzprodukt bietet diese Vorteile. In diesem Fall sind keine besonderen Genehmigungen, Lizenzen und Zertifikate erforderlich. Ein anschauliches Beispiel ist die Erfahrung der Zusammenarbeit mit OJSC UralElectro-K. Dies ist das erste Unternehmen, mit dem ein Lizenzvertrag über das Recht zur Herstellung energieeffizienter Asynchronmotoren mit kombinierten Wicklungen abgeschlossen wurde. Im Vergleich zu Frequenzumrichtern ermöglicht die vorgeschlagene Technologie größere Energieeinsparungen bei deutlich geringeren Kapitalinvestitionen. Auch im laufenden Betrieb sind die Wartungskosten deutlich geringer. Im Vergleich zu anderen energieeffizienten Motoren ist das vorgeschlagene Produkt bei gleicher Leistung günstiger.

Abschluss

Der Anwendungsbereich von Asynchronmotoren mit kombinierten Wicklungen umfasst nahezu alle Bereiche menschlichen Handelns. Jährlich werden weltweit etwa sieben Milliarden Motoren unterschiedlicher Leistung und Bauart produziert. Heutzutage kann fast kein technologischer Prozess ohne den Einsatz von Elektromotoren organisiert werden. Die Folgen einer großflächigen Nutzung dieser Entwicklung sind kaum zu überschätzen. Im sozialen Bereich ermöglichen sie eine deutliche Senkung der Tarife für Grundleistungen. Im Bereich der Ökologie ermöglichen sie uns, beispiellose Ergebnisse zu erzielen. Sie ermöglichen beispielsweise bei gleicher Nutzarbeit eine Verdreifachung der spezifischen Stromerzeugung und damit eine deutliche Reduzierung des spezifischen Kohlenwasserstoffverbrauchs.

Eine einzigartige Modernisierungstechnologie mit kombinierten Wicklungen vom Typ „Slavyanka“ ermöglicht eine Leistungssteigerung und eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs ausgebrannter und neuer Asynchronmotoren. Heute wird es bei mehreren großen Industrieunternehmen erfolgreich umgesetzt. Diese Modernisierung ermöglicht es, die Anlauf- und Mindestdrehmomente um 10–20 % zu erhöhen und um 10–20 % zu reduzieren. Anlaufstrom oder die Leistung des Elektromotors um 10-15 % erhöhen, den Wirkungsgrad in einem weiten Lastbereich nahe dem Nennwert stabilisieren, den Strom reduzieren Leerlaufdrehzahl, Reduzieren Sie die Stahlverluste um das 2,7- bis 3-fache, den Pegel elektromagnetischer Geräusche und Vibrationen, erhöhen Sie die Zuverlässigkeit und erhöhen Sie die Lebensdauer zwischen Reparaturen um das 1,5- bis 2-fache.

In Russland machen Asynchronmotoren nach verschiedenen Schätzungen 47 bis 53 % des gesamten erzeugten Stroms aus, in der Industrie durchschnittlich 60 %, in Kaltwasserversorgungssystemen bis zu 80 %. Sie führen nahezu alle mit der Bewegung verbundenen technologischen Prozesse durch und decken alle Bereiche menschlichen Handelns ab. In jeder Wohnung gibt es mehr Asynchronmotoren als Bewohner. Da es bisher kein Ziel gab, Energieressourcen zu sparen, versuchte man bei der Konstruktion der Ausrüstung, „auf Nummer sicher zu gehen“ und verwendete Motoren mit einer Leistung, die über der berechneten Leistung lag. Energieeinsparungen im Design gerieten in den Hintergrund, und ein Konzept wie Energieeffizienz war nicht mehr so ​​relevant. Die russische Industrie hat keine energieeffizienten Motoren entwickelt oder hergestellt. Der Übergang zur Marktwirtschaft veränderte die Situation dramatisch. Heutzutage ist die Einsparung einer Energieeinheit, beispielsweise 1 Tonne Treibstoff konventionell, halb so teuer wie die Gewinnung.

Energieeffiziente Motoren (EM) sind Asynchronmotoren mit Käfigläufer, bei denen durch eine Erhöhung der Masse der Aktivmaterialien, deren Qualität sowie durch spezielle Konstruktionstechniken eine Steigerung um 1-10 % möglich war. 2 % (starke Motoren) bzw. 4-5 % (kleine Motoren) des Nennwirkungsgrads bei etwas höherem Motorpreis.

Mit dem Aufkommen von Motoren mit kombinierten Slavyanka-Wicklungen in patentiertem Design wurde es möglich, die Motorparameter erheblich zu verbessern, ohne den Preis zu erhöhen. Aufgrund verbesserter mechanischer Eigenschaften und höherer Energieleistung ist es möglich, bei gleicher Nutzarbeit bis zu 15 % des Energieverbrauchs einzusparen und einen regelbaren Antrieb mit einzigartigen Eigenschaften zu schaffen, der weltweit seinesgleichen sucht.

Im Gegensatz zu Standardmotoren haben Elektromotoren mit kombinierten Wicklungen ein hohes Drehmomentverhältnis, einen Wirkungsgrad und einen Leistungsfaktor nahe dem Nennwert in einem weiten Lastbereich. Dadurch können Sie die durchschnittliche Belastung des Motors auf 0,8 erhöhen und erhöhen Leistungsmerkmale vom Antrieb versorgte Ausrüstung.

Im Vergleich zu bekannten Methoden zur Steigerung der Energieeffizienz eines Asynchronantriebs liegt die Neuheit der von den St. Petersburgern verwendeten Technologie darin, das grundlegende Konstruktionsprinzip klassischer Motorwicklungen zu ändern. Die wissenschaftliche Neuheit liegt darin, dass völlig neue Prinzipien für die Auslegung von Motorwicklungen und die Auswahl optimaler Verhältnisse der Anzahl der Rotor- und Starternuten formuliert wurden. Auf dieser Grundlage wurden Industriedesigns und Schemata für einschichtige und zweischichtige kombinierte Wicklungen entwickelt, sowohl für die manuelle als auch für die automatische Wicklungsverlegung auf Standardgeräten. Für technische Lösungen liegen zahlreiche russische Patente vor.

Der Kern der Entwicklung besteht darin, dass je nach Anschlussplan einer Drehstromlast an ein Drehstromnetz (Stern oder Dreieck) zwei Stromsysteme erhalten werden können, die zwischen den Vektoren einen Winkel von 30 elektrischen Grad bilden. Dementsprechend kann ein Elektromotor, der keine dreiphasige, sondern eine sechsphasige Wicklung aufweist, an ein dreiphasiges Netzwerk angeschlossen werden. In diesem Fall muss ein Teil der Wicklung mit einem Stern und ein Teil mit einem Dreieck verbunden sein, und die resultierenden Vektoren der Pole der gleichen Phasen von Stern und Dreieck müssen einen Winkel von 30 elektrischen Grad miteinander bilden. Durch die Kombination zweier Stromkreise in einer Wicklung ist es möglich, die Feldform im Betriebsspalt des Motors zu verbessern und dadurch die Haupteigenschaften des Motors deutlich zu verbessern.

Im Vergleich zu den bekannten kann ein frequenzvariabler Antrieb auf Basis neuer Motoren mit kombinierten Wicklungen mit erhöhter Frequenz der Versorgungsspannung realisiert werden. Dies wird durch geringere Verluste im Stahl des Motormagnetkreises erreicht. Dadurch sind die Kosten für einen solchen Antrieb deutlich geringer als bei der Verwendung von Standardmotoren, insbesondere werden Geräusche und Vibrationen deutlich reduziert.

Der Einsatz dieser Technologie bei der Reparatur von Asynchronmotoren ermöglicht aufgrund von Energieeinsparungen eine Kostenamortisation innerhalb von 6-8 Monaten. Für letztes Jahr Nur der Wissenschafts- und Produktionsverband „St. Petersburg Electrical Engineering Company“ modernisierte mehrere Dutzend ausgebrannte und neue Asynchronmotoren durch Neuwicklung der Statorwicklungen bei einer Reihe großer Unternehmen in St. Petersburg in der Bäckerei, Tabakindustrie, Baustofffabriken und vielen anderen . Und diese Richtung entwickelt sich erfolgreich. Heute sucht der Forschungs- und Produktionsverband „St. Petersburg Electrical Engineering Company“ nach potenziellen Partnern in den Regionen, die gemeinsam mit den Einwohnern von St. Petersburg ein Unternehmen zur Modernisierung von Asynchron-Elektromotoren in ihrer Region gründen können.

Vorbereitet von Maria Alisova.

Referenz

Nikolay Yalovega- Begründer der Technik - Professor, Doktor der Technischen Wissenschaften. 1996 in den USA erteiltes Patent. Seit heute ist die Gültigkeitsdauer abgelaufen.

Dmitri Duyunow— Entwickler einer Methode zur Berechnung von Layoutschemata für kombinierte Motorwicklungen. Es wurden zahlreiche Patente erteilt.

Energiesparende Motoren

Intelligente Lösungen zum Energiesparen

Energiesparende Siemens-Motoren sind in den Effizienzklassen „EFF1“ und „EFF2“ nach CEMEP erhältlich

• Anzahl der Pole 2 und 4
• Leistungsbereich 1,1...90 kW
• 50-Hz-Version gemäß IEC 34-2
• EFF1 (Hocheffizienzmotoren)
• EFF2 (Motoren mit verbessertem Wirkungsgrad)

Um den CO 2 -Ausstoß zu reduzieren, haben sich Motorenhersteller dazu verpflichtet, Motoren nach Effizienzklassen zu kennzeichnen.

EPACT – Motoren für den amerikanischen Markt

Umfangreiches Programm an EPACT-Motoren mit IEC-Abmessungen

• Anzahl der Pole: 2,4 und 6
• Leistungsbereich: 1 PS bis 200 PS (0,75 kW bis 150 kW)
• 60-Hz-Version in IEEE 112b

In Übereinstimmung mit dem Gesetz vom Oktober 97 von EPACT, Motoreffizienz Direkt oder anderweitig in die Vereinigten Staaten importierte Produkte müssen Mindestwerte einhalten.

Vorteile für den Kunden und die Umwelt

Energiesparmotoren mit optimalem Wirkungsgrad verbrauchen bei gleicher Ausgangsleistung weniger Energie. Die Produktivitätssteigerung wird durch höherwertiges Eisen (Gusseisen, Kupfer und Aluminium) und technische Verbesserungen bis ins Detail erreicht. Energieverluste werden um 45 % reduziert. Der Käufer erhält enorme Kosteneinsparungen durch die Minimierung der Betriebskosten.

Durch den Einsatz energiesparender Motoren wird der Schaden reduziert Umfeld. Das Potenzial für Energieeinsparungen beträgt bis zu 20 TW pro Jahr, was der Leistung von 8 Wärmekraftwerken und dem Ausstoß von 11 Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre entspricht.

In der jüngeren Vergangenheit hatten verschiedene Länder auf der Welt ihre eigenen Energieeffizienzstandards. In Europa orientierten sie sich beispielsweise an den SEMER-Standards, in Russland an GOST R 5167 2000 und in den USA am EPAct-Standard.

Um die Anforderungen an die Energieeffizienz von Elektromotoren zu harmonisieren, haben die Internationale Energiekommission (IEC) und die Internationale Organisation für Normung (ISO) eine einzige Norm verabschiedet, IEC 60034-30. Diese Norm klassifiziert Niederspannung asynchrone Elektromotoren und vereinheitlicht die Anforderungen an deren Energieeffizienz.

Energieeffizienzklassen

Die Norm IEC 60034-30 2008 definiert drei internationale Energieeffizienzklassen:

• IE1– Standardklasse (Standard Efficiency). Entspricht in etwa der europäischen Klasse EFF2.
• IE2 – hochklassig(Hohe Effizienz). Entspricht in etwa der EFF1-Klasse und der US-amerikanischen EPAct-Klasse bei 60 Hz.
• IE3– Prämie. Identisch mit NEMA Premium bei 60 Hz.

Die Norm gilt für nahezu alle industriellen Drehstrom-Asynchronmotoren mit Käfigläufer. Ausnahmen sind Motoren:

• Betrieb mit einem Frequenzumrichter;
• in die Konstruktion von Geräten (z. B. einer Pumpeneinheit oder einem Lüfter) integriert, bei denen keine unabhängigen Tests durchgeführt werden können.

Korrelation eines einzelnen internationalen Standards mit den Normen verschiedener Länder der Welt.

Kapazitätsverteilung nach unterschiedlichen Standards

Die Norm IEC 60034-30 umfasst Elektromotoren mit einer Leistung von 0,75 bis 375 kW und der Polpaarzahl 2p = 2, 4, 6.

SEMER-Indikatoren wurden nach Effizienz für Elektromotoren mit einer Leistung von bis zu 90 kW und einer Polarität von 2p = 2,4 verteilt.

Epact-Standards – Leistungswerte von 0,75 bis 150 kW bei einer gepaarten Polzahl 2р = 2, 4, 6.

Merkmale der Standardisierung

Dank des einheitlichen IEC-Standards können Motorenkunden auf der ganzen Welt die Geräte mit den erforderlichen Parametern leicht identifizieren.

Die in IEC/EN 60034-30 beschriebenen IE-Energieeffizienzklassen basieren auf Testergebnissen, die gemäß der internationalen Norm IEC/EN 60034-2-1-2007 durchgeführt wurden. Diese Norm definiert die Energieeffizienz anhand von Verlustleistung und Wirkungsgrad.

Beachten Sie, dass Russischer Markt Elektromotoren haben ihre eigenen Eigenschaften. Inländische Produzenten lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen. Eine Gruppe gibt als Hauptindikator Effizienz an, die andere gibt keine Aussage. Dies führt zu Misstrauen gegenüber Elektrogeräten, was ein Hindernis für den Kauf russischer Produkte darstellt.

Methoden zur Bestimmung der Energieeffizienz

Es gibt zwei Methoden zur Bestimmung der Effizienz: direkte und indirekte. Die direkte Methode basiert auf experimentellen Leistungsmessungen und weist einige Ungenauigkeiten auf. Neuer Standard beinhaltet die Verwendung einer indirekten Methode, die auf folgenden Parametern basiert:

• Anfangstemperatur
• Lastverluste, die durch Messungen, Auswertung und mathematische Berechnung ermittelt werden

Effizienzindikatoren sind nur mit der gleichen Methode zur Ermittlung der Werte vergleichbar. Die indirekte Methode impliziert:

1. Messung der aus Lasttests berechneten Leistungsverluste.
2. Schätzung der Eingangsleistungsverluste bei Nennlast bis 1000 kW.
3. Mathematische Berechnung: Zur Berechnung der P-Verluste (Leistungsverluste) wird eine alternative indirekte Methode verwendet. Bestimmt durch die folgende Formel:

η = Р2/Р1=1-ΔР/Р1

wobei: P2 – Nutzleistung an der Motorwelle; P1 – Wirkleistung aus dem Netz; ΔР – Gesamtverluste in Elektromotoren.

Ein höherer Wirkungsgradwert reduziert Verluste und Stromverbrauch des Elektromotors und erhöht dessen Energieeffizienz.

Eine Reihe russischer Standards, beispielsweise GOST R 54413-2011, können mit internationalen Standards korreliert werden.

Die Unterschiede zwischen russischen und internationalen Standards sind:

• in einigen Merkmalen mathematischer Berechnungen zur Bestimmung von Geräteparametern;
• in Unterschieden in den Maßeinheiten;
• in Testprozessen;
• in den Parametern der Testausrüstung;
• unter Testbedingungen;
• in den Bedienfunktionen.

In Russland gelten die gleichen Energieeffizienzklassen wie in Europa. Informationen zu den Klassen sind in Passdaten, technischen Unterlagen, Markierungen und Typenschildern enthalten.

Weitere nützliche Materialien:

Facebook

Twitter

VKontakte

Klassenkameraden

Google+