Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя (стр. 1 из 15). Энергосберегающие асинхронные двигатели


«В Петербурге внедряют энергосберегающую технологию модернизации асинхронных электродвигателей» в блоге «Энергетика и ТЭК»

Повысить мощность и существенно снизить энергопотребление сгоревших и новых асинхронных двигателей позволяет уникальная технология модернизации с применением совмещенных обмоток типа «Славянка». Сегодня ее успешно внедряют на нескольких крупных промышленных предприятиях. Такая модернизация позволяет повысить на 10-20% пусковые и минимальные моменты, понизить на 10-20% пусковой ток или повысить мощность электродвигателя на 10-15%, стабилизировать КПД близким к номинальному в широком диапазоне нагрузок, понизить ток холостого хода, снизить в 2,7-3 раза потерь в стали, уровень электромагнитных шумов и вибраций, повысить надёжность и увеличить межремонтный срок эксплуатации в 1,5 — 2 раза.

В России на долю асинхронных двигателей, по разным оценкам, приходится от 47 до 53% потребления всей вырабатываемой электроэнергии, в промышленности - в среднем 60%, в системах холодного водоснабжения - до 80%. Они осуществляют практически все технологические процессы, связанные с движением и охватывают все сферы жизнедеятельности человека. В каждой квартире можно найти асинхронных двигателей больше, чем жильцов. Ранее, поскольку задачи экономии энергоресурсов не было, при проектировании оборудования стремились «подстраховаться», и использовали двигатели с мощностью, превышающей расчетную. Экономия электроэнергии в проектировании отходила на второй план, и такое понятие как энергоэффективность не было столь актуальным. Энергоэффективные двигатели российская промышленность не проектировала и не выпускала. Переход к рыночной экономике резко изменил ситуацию. Сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов, например, 1 т топлива в условном исчислении, вдвое дешевле, чем её добыть.

Энергоэффективные двигатели (ЭД) — это асинхронные ЭД с короткозамкнутым ротором, в которых за счет увеличения массы активных материалов, их качества, а также за счет специальных приемов проектирования удалось поднять на 1-2% (мощные двигатели) или на 4-5% (небольшие двигатели) номинальный КПД при некотором увеличении цены двигателя.

С появлением двигателей с совмещенными обмотками «Славянка» по запатентованной схеме стало возможно существенно улучшить параметры двигателей без увеличения цены. За счет улучшенной механической характеристики и более высоких энергетических показателей, стало возможным экономить до 15% потребления энергии при той же полезной работе и создавать регулируемый привод с уникальными характеристиками, не имеющий аналогов в мире.

В отличие от стандартных, ЭД с совмещенными обмотками обладают высокой кратностью моментов, имеют КПД и коэффициент мощности близкий к номинальному в широком диапазоне нагрузок. Это позволяет повысить среднюю нагрузку на двигатель до 0,8 и повысить эксплуатационные характеристики обслуживаемого приводом оборудования.

По сравнению с известными методами повышения энергоэффективности асинхронного привода новизна технологии, применяемой петербуржцами, заключается в изменении основополагающего принципа конструкции классических обмоток двигателя. Научная новизна - в том, что сформулированы совершенно новые принципы конструирования обмоток двигателей, выбора оптимальных соотношений чисел пазов роторов и стартора. На их основе разработаны промышленные конструкции и схемы однослойных и двухслойных совмещенных обмоток, как для ручной, так и для автоматической укладки обмоток на стандартном оборудовании. На технические решения получен ряд патентов РФ.

Сущность разработки в том, что в зависимости от схемы подключения трёхфазной нагрузки к трёхфазной сети (звезда или треугольник) можно получить две системы токов, образующий между векторами угол в 30 электрических градусов. Соответственно, к трёхфазной сети можно подключить электродвигатель, имеющий не трёхфазную обмотку, а шестифазную. При этом часть обмотки должна быть включена в звезду, а часть в треугольник и результирующие вектора полюсов одноименных фаз звезды и треугольника должны образовывать между собой угол в 30 электрических градусов. Совмещение двух схем в одной обмотке позволяет улучшить форму поля в рабочем зазоре двигателя и как следствие существенно улучшить основные характеристики двигателя.

По сравнению с известными, частотно-регулируемый привод может быть выполнен на базе новых двигателей с совмещенными обмотками с повышенной частотой питающего напряжения. Это достигается за счёт меньших потерь в стали магнитопровода двигателя. В результате себестоимость такого привода получается существенно ниже, чем при использовании стандартных двигателей, в частности, значительно снижаются шумность и вибрации.

Применение данной технологии при ремонтах асинхронных двигателей позволяет за счет экономии электроэнергии окупить затраты в течение 6-8 месяцев. За последний год только Научно-производственное объединение «Санкт-Петербургская электротехническая компания» модернизировала несколько десятков сгоревших и новых асинхронных двигателей путем перемотки обмоток статора на ряде крупных предприятий Санкт-Петербурга в сфере хлебопекарной, табачной промышленностях, заводах стройматериалов и многих других. И это направление успешно развивается. Сегодня Научно-производственное объединение «Санкт-Петербургская электротехническая компания» ищет потенциальных партнеров в регионах, способных организовать совместно с петербуржцами бизнес по модернизации асинхронных электродвигателей в своей области.

Подготовила Мария Алисова.

Справка

Николай Яловега — основоположник технологии — профессор, доктор технических Наук. Оформлен патент в США в 1996 году. На сегодняшний день срок действия истек.

Дмитрий Дуюнов — разработчик методики расчета схем укладки совмещенных обмоток двигателя. Оформлен ряд патентов.

sdelanounas.ru

Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Факультет Автоматики и вычислительной техники

Кафедра Вычислительной техники и прикладной математики

Специальность 2204 Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем управления

Допустить к защите

Заведующий кафедрой

. / /

«»мая2005г.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

На тему: Расчет параметров асинхронного энергосберегающего

электродвигателя

Студента

(фамилия, имя, отчество)

Руководитель/ Леднов Анатолий Викторович/

(подпись, дата)

Задание получил/ Ремизов Юрий Павлович/

(подпись, дата)

2005

РЕФЕРАТ

Тема дипломного проекта: «Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя».

Ключевые слова: параметр, зависимость, формула, сценарий, путь решения, база данных.

Объект исследования – расчет параметров электродвигателя.

Цель работы – создание компьютерной программы для расчета и исследования энергосберегающего асинхронного двигателя с индивидуальными номинальными данными.

В результате в среде разработки Borland C++ Builder была создана компьютерная программа «Электродвигатель». С помощью инструментальных средств, этой программы проведен расчет параметров асинхронного электродвигателя.

Для работы приложения необходимо наличие интерфейса «Microsoft ActiveX Data Objects» (ADO). Минимальные системные требования Pentium II 300 с 64 мегабайтами оперативной памяти, оперативной памяти операционная система Microsoft Windows.

Разработанный программный продукт рекомендуется для специалистов в области электромашиностроения, электропривода и ремонта электрических машин.

Объем отчета 87 страниц. Отчет содержит 30 таблиц, 22 иллюстрации и одно приложение. В работе использовалось 6 литературных источников.

С ОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

1.1.1 Устройство асинхронных двигателей

1.1.2 Степени защиты асинхронных двигателей

1.1.3 Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

1.3 Реляционные базы данных

1.3.1 Проектирование реляционных баз данных

1.3.2 Язык реляционных баз данных SQL

1.3.3 СУБД dBase и Visual dBase

1.3.4 СУБД Access

1.3.5 Технологии ADO и ODBC

1.4 Интерполяция функций. Приближение Лагранжа

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ

2.1 Структура базы данных

2.1.1 Параметры электродвигателя

2.1.2 Зависимости

2.2 Редактор таблиц базы данных

2.3 Ввод формул в программе

2.4 Поиск пути решения

2.5 Работа в программе «Электродвигатель»

2.5.1 Соединение с базой данных

2.5.2 Справочники

2.5.3 Работа с параметрами

2.5.4 Работа с зависимостями

2.5.5 Выполнение расчета параметров

2.5.6 Сценарии расчета

3. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

3.1 Анализ опасных и вредных факторов на рабочем месте пользователя ПЭВМ

3.2 Мероприятия по улучшению условий труда и техники безопасности на рабочем месте пользователя ЭВМ

3.3 Чрезвычайные ситуации

3.3.1 Общая характеристика пожарной безопасности вычислительного центра

3.3.2 Противопожарные мероприятия. Установки обнаружения и тушения пожаров

4. Анализ технико-экономических показателей и обоснованиие экономической (социально-экономической, социальной) целесообразности принятых в проекте решений

4.1 Обзор рынка

4.2 Выбор организационно-правовой формы предприятия

4.3 Расчет затрат на регистрацию программного продукта

4.4 Расчет затрат на организацию производства

4.5 Расчет заработной платы

4.6 Расчет постоянных и переменных расходов. Цена программного продукта

4.7 Движение денежных средств

4.8 Расчет экономического эффекта

ЗАКЛЮЧЕНИЕСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Сравнение результатов расчета

Проблема сбережения энергии и ее эффективного использования в технологиях, рабочих машинах и их электроприводах стала актуальна для российских товаропроизводителей. Доля энергозатрат на единицу продукции превышает 20% себестоимости, вследствие этого при нерациональном использовании энергии наша продукция становится неконкурентоспособной.

С целью решения проблемы энергосбережения разработано достаточно большое число вариантов энергосберегающих асинхронных двигателей.

При проектировании электропривода существует проблема выбора одного из вариантов исполнения. Кроме того, исследования показывают, что в условиях широкого внедрения частотно-регулируемых асинхронных приводов целесообразно применение ЭАД индивидуально изготовленного для конкретного электропривода.

В расчетах электродвигателей может участвовать от 200 и более различных параметров. В зависимости от особенностей конструкции энергосберегающего электродвигателя набор рассчитываемых параметров, а также алгоритмы их определения могут сильно изменяться.

В данном проекте была поставлена задача, разработать программу, с помощью средств которой пользователь смог бы описать алгоритм расчета параметров асинхронного электродвигателя и произвести вычисления по этому алгоритму. На основе информации о взаимозависимостях между параметрами, полученной от пользователя, программа должна подобрать такую очередность вычислений, которая позволила бы определить запрашиваемый параметр, используя известные значения параметров, в том случае, когда это возможно. Для организации ветвлений и циклов в вычислениях параметров в программе должен присутствовать микроязык описания алгоритмов.

Современные трехфазные асинхронные электродвигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства машин и механизмов, работающих во всех отраслях народного хозяйства.

Об их роли в электроприводе говорит хотя бы то, что из всех выпускаемых в мире двигателей 90% являются трехфазными асинхронными. Эти электрические машины потребляют до 70% всей вырабатываемой электроэнергии, на их изготовление расходуется значительное количество дефицитных материалов, обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и др. В затратах на обслуживание и ремонт всего установленного в стране оборудования более 5% приходится на асинхронные двигатели. Поэтому правильный выбор двигателей, их грамотная эксплуатация и высококачественный ремонт играют важнейшую роль в деле экономии электрической энергии, материальных и трудовых ресурсов.

1.1.1 Устройство асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части — статора и вращающейся – ротора.

Статор представляет собой стальной сердечник в виде пустотелого цилиндра, набираемого из отдельных листов электротехнической стали, изолированных между собой лаком. Внутри цилиндра выштампованы пазы, куда укладывают обмотку статора. По устройству статор асинхронного двигателя почти ничем не отличается от статора синхронной машины. Обмотки статоров асинхронной и синхронной машин рассчитывают и выполняют аналогично (рисунок 1.1).

Внутри статора помещается ротор, представляющий собой стальной цилиндр, который набирают из отдельных листов электротехнической стали, покрытых изоляционным лаком.

Рисунок 1.1 – Асинхронные двигатели

Роторы бывают двух типов: короткозамкнутые и фазные.

Рисунок 1.2 – Короткозамкнутый ротор

В пазы короткозамкнутого ротора укладывают обмотку в виде беличьей клетки, выполняемую из медных стержней, которую с торцовых сторон замыкают кольцами, как показано на рисунке 1.2. В двигателях небольшой мощности, до 100 квт, беличью клетку изготовляют путем заливки пазов ротора алюминием под давлением.

mirznanii.com

Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя

Рисунок 1.3 – Короткозамкнутый ротор с алюминиевой литой обмоткой

Беличью клетку от стали ротора не изолируют, так как проводимость проводников обмотки в десятки раз больше проводимости стали. При отливке беличьей клетки из алюминия одновременно отливают и боковые кольца вместе с вентиляционными крыльями (рисунок 1.3).

В пазы фазного ротора укладывают трехфазную обмотку, выполняемую по типу обмотки статора.

Как правило, фазную обмотку ротора соединяют в звезду. При этом концы обмотки соединяют вместе, а начала присоединяют к контактным кольцам, на которые устанавливают щетки, соединенные с пусковым реостатом.

Схемы двигателей приведены на рисунке 1.4. Обмотки двигателя могут быть соединены в звезду или в треугольник.

Рисунок 1.4 Схемы асинхронных двигателей

1.1.2 Степени защиты асинхронных двигателей

Характеристики степеней защиты электрических машин обозначают двумя латинскими буквами IP (International Protection) и двумя цифрами.

Первая цифра (от 0 до 6) характеризует степень защиты персонала от соприкосновения с движущимися или находящимися под напряжением частями, а также от попадания внутрь машины твердых посторонних предметов; вторая (от 0 до 8) – степень защиты от проникновения внутрь машины влаги. Таким образом, открытые машины в которых не предусмотрено никаких мер защиты, обозначаются IP00.

Наиболее распространенными исполнениями машин по степени защиты являются IP22, IP23, IP44, и IP57.

Исполнения IP22 и IP23 соответствуют защите от возможности соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины пальцев человека и твердых предметов диаметром более 12,5 мм, а также защите от проникновения внутрь машины капель воды, попадающих под углом не более

к вертикали (IP22) или не более (IP23) и продувом воздуха через машину. При этом вентилятор располагается на валу машины, а воздух, проходя внутри корпуса, охлаждает обмотки и сердечники. Двигатели этих исполнений назвали каплезащищенными. Они выполняются с самовентиляцией.

Машины исполнения IP44 защищены от возможности соприкосновения инструментов, проволоки или других предметов, толщина которых не превышает 1мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь двигателя предметов диаметром более 1 мм.

Вторая цифра 4 обозначает, что машина защищена от попадания внутрь корпуса брызг любого направления. Такие машины называют закрытыми. В большинстве случаев они имеют наружный обдув. Охлаждающий воздух при этом прогоняется вдоль наружной поверхности оребренного корпуса с помощью вентилятора, установленного вне корпуса на выступающем конце вала, но закрытого кожухом.

Для специальных целей выпускаются электродвигатели с более высокой степенью защиты, например IP57. В этом исполнении машина защищена от попадания пыли внутрь корпуса и может работать будучи погруженной в воду.

1.1.3 Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

При подаче трехфазного напряжения на зажимы статорной обмотки в магнитной системе двигателя возникает вращающееся магнитное поле с полюсами

, эквивалентное полю постоянного магнита.

Для рассмотрения принципа действия двигателя условно заменим вращающееся магнитное поле статора полем постоянного магнита, который будем вращать по часовой стрелке, а короткозамкнутую обмотку ротора – одним короткозамкнутым витком, закрепленным на осях с возможностью вращения. Это изображено на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Принцип действия асинхронного двигателя

В момент запуска двигателя, когда ротор неподвижен, а внешнее магнитное поле начало вращаться, силовые линии этого поля пересекают обмотки ротора и наводят в ней ЭДС, направление которой можно определить, используя правило правой руки.

Так как ЭДС возникает в замкнутом витке, то под ее действием пойдет электрический ток, практически совпадающий по фазе с ЭДС.

Проводник же с током, находящийся в магнитном поле, будет из него выталкиваться в направлении, определенном правилом левой руки.

Если применить это правило, то окажется, что верхний проводник выталкивается из поля вправо, а нижний – влево, т.е. электромагнитные силы, приложенные к неподвижному ротору, создают пусковой момент, стремящийся повернуть ротор в направлении движения магнитного поля.

Когда электромагнитный момент, действующий на неподвижный ротор, превышает тормозной момент на валу, ротор получает ускоренное движение в направлении вращения магнитного поля двигателя.

По мере возрастания частоты вращения

ротора относительная разность частот сокращается, вследствие чего уменьшаются величины ЭДС и тока в проводниках ротора, что влечет за собой соответствующее уменьшение вращающего момента.

Процессы изменения ЭДС, тока, момента и частоты вращения ротора прекратятся, как только наступит устойчивое равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора, и тормозным моментом (моментом сопротивления), создаваемым производственным механизмом, который приводится в движение электродвигателем. При этом ротор машины будет вращаться с постоянной частотой

, а в короткозамкнутых контурах его обмотки установятся токи, обеспечивающие создание вращающегося момента, равного моменту тормозному.

Таким образом, принцип работы асинхронных двигателей основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, которые наводятся этим полем в проводнике ротора. Очевидно, что возникновение токов в роторе и создание вращающегося момента возможны лишь при движении проводников ротора относительно магнитного поля машины, т.е. при наличии разности частот вращения магнитного поля статора

и ротора .

Магнитное поле статора и ротора асинхронного двигателя вращаются в пространстве с разной частотой: частота оси вращения ротора двигателя

всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. С этим связано название машины: асинхронный двигатель.

При анализе работы асинхронной машины часто пользуются безразмерным параметром

, называемым скольжением и определяемым разностью частот вращения магнитного поля статора и ротора , выраженной в относительных единицах (отнесенной к ): (1.1)

Скольжение — основная переменная величина асинхронной машины, от которой зависит режим ее работы. Величина скольжения асинхронных двигателей составляет примерно

. Скольжение может быть определено также в процентах.

Алгоритм расчета традиционного асинхронного двигателя представлен на рисунке 1.6. В блоках 1,2,3 вводятся исходные данные, предварительно определяются размеры магнитопровода, вычисляются параметры обмотки статора, проверяется магнитная индукция в воздушном зазоре

. Если больше допустимой , уменьшают предварительную длину сердечника статора . Определяют уровень линейных нагрузок . Если уровень линейных нагрузок превышает допустимый уровень (блок 4), то переходят в блок 3 для перерасчета магнитного потока. В блоке 5 определяются геометрические размеры пазов статора, тепловая нагрузка статора. Если полученное значение тепловой нагрузки превышает допустимое значение более чем на 10%, выбирается проводник большего диаметра с учетом соответствующего уменьшения плотности тока . В Блоках 7,8,9,10 осуществляется расчет параметров короткозамкнутого или фазного ротора, электрических параметров обмоток, намагничивающего тока.

Если магнитная индукция в спинке ротора

превышает допустимые значения, то уменьшается высота паза ротора . В блоках 11 и 12 проверяются на допустимые значения коэффициент насыщения магнитной цепи и коэффициент рассеяния статора . Если и при этом , то определяют э. д. с. холостого хода , где – коэффициент сопротивления статора. При отличии от значения э. д. с. более чем на 3% повторяют расчет намагничивающего тока при магнитных индукциях , , , , , измененных пропорционально отношению . В блоке 13 происходит расчет рабочих и пусковых характеристик, тепловой расчет, расчет массы двигателя.

mirznanii.com