В енергозберігаючих двигунах за рахунок збільшення маси активних матеріалів (заліза і міді) підвищені номінальні значення ККД і cosj. Енергозберігаючі двигуни використовуються, наприклад, в США, і дають ефект при постійному навантаженні. Доцільність застосування енергозберігаючих двигунів повинна оцінюватися з урахуванням додаткових витрат, оскільки невелике (до 5%) підвищення номінальних ККД і cosj досягається за рахунок збільшення маси заліза на 30-35%, міді на 20-25%, алюмінію на 10-15%, т . Е. подорожчання двигуна на 30-40%.

Орієнтовні залежності ККД (h) і соs j від номінальної потужності для звичайних і енергозберігаючих двигунів фірми Гоулд (США) наведені на малюнку.

Підвищення ККД енергозберігаючих електродвигунів досягається наступними змінами в конструкції:

· Подовжуються сердечники, що збираються з окремих пластин електротехнічної сталі з малими втратами. Такі сердечники зменшують магнітну індукцію, тобто втрати в сталі.

· Зменшуються втрати в міді за рахунок максимального використання пазів і використання провідників підвищеного перетину в статорі і роторі.

· Додаткові втрати зводяться до мінімуму за рахунок ретельного вибору числа і геометрії зубців і пазів.

· Виділяється при роботі менше тепла, що дозволяє зменшити потужність і розміри охолоджуючого вентилятора, що призводить до зменшення вентиляційних втрат і, отже, зменшення загальних втрат потужності.

Електродвигуни з підвищеним ККД забезпечують зменшення витрат на електроенергію за рахунок скорочення втрат в електродвигуні.

Проведені випробування трьох «енергозберігаючих» електродвигунів показали, що при повному навантаженні отримана економія склала: 3,3% для електродвигуна 3 кВт, 6% для електродвигуна 7,5 кВт і 4,5% для електродвигуна 22 кВт.

Економія при повному навантаженні приблизно становить 0,45 кВт, що при вартості енергії 0,06 долара / кВт. ч складає 0,027 долара / ч. Це еквівалентно 6% експлуатаційних витрат електродвигуна.

Ціна звичайного електродвигуна 7,5 кВт, що приводиться в прайс-листах, становить 171 долар США, тоді як вартість електродвигуна з підвищеним ККД - 296 доларів США (надбавка до ціни - 125 доларів США). З наведеної таблиці випливає, що період окупності для електродвигуна з підвищеним ККД, розрахований на основі маргінальних витрат, становить приблизно 5000 годин, що еквівалентно 6,8 місяців роботи електродвигуна при номінальному навантаженні. При менших навантаженнях період окупності буде дещо більше.

Ефективність використання енергозберігаючих двигунів буде тим вище, чим більше завантаження двигуна і чим ближче режим роботи його до постійного навантаження.

Застосування і заміна двигунів на енергозберігаючі повинна оцінюватися з урахуванням всіх додаткових витрат і термінів їх експлуатації.

За всіма світу сьогодні крокує економічна криза. Однією з його причин є криза енергетичний. Тому сьогодні дуже гостро постає питання енергозбереження. Особливо ця тема актуальна для Росії і України, де витрати електроенергії на одиницю продукції в 5 разів вище, ніж в розвинених європейських країнах. Зменшення споживання електроенергії підприємствами паливно-енергетичного комплексу України та Росії основне завдання науки, електротехнічної й електронної промисловості цих країн. Більше 60% використовуваної електроенергії на підприємствах доводиться на електропривод. Якщо врахувати, що ККД його становить не більше 69%, то тільки використовуючи енергозберігаючі двигуни можна економити більше 120 ГВт / год електроенергії на рік, що складе більше 240 млн. Рублів з 100 тис. Електродвигунів. Якщо додасть сюди ще економію зменшення встановленої потужності, то отримаємо більше 10 млрд. Рублів.

Якщо перерахувати ці цифри в економію палива то економія виходить 360-430 млн. Тонн умовного палива на рік. Така цифра відповідає 30% всієї внутрішньої спожитої енергії в країні. Якщо ж додати сюди економію електроенергії за рахунок застосування частотно-регульованого приводу, то це число зростає до 40%. У Росії вже підписаний наказ про зниження енергоємності до 2020 року на 40%.

З вересня 2008 р в Європі був прийнятий стандарт IEC 60034-30, де всі двигуни діляться на 4 класи енергоефективності:

• стандартний (ie1);
• високий (ie2);
• вищий, PREMIUM (ie3);
• надвисокий, Supper-Premium (ie4).

Сьогодні всі великі європейські виробники приступили до випуску енергоефективних двигунів. Більш того, всі американські виробники замінюють двигуни «високої» енергоефективності, на двигуни «вищої», PREMIUM енергоефективності.

• Розробкою енергоефективних серії двигунів загального застосування займаються і в наших країнах. Перед виробниками стоїть три завдання підвищення енергоефективності;
• Розробка і освоєння нових енергоефективних моделей низьковольтних асинхронних двигунів, які відповідають світовому рівню розвитку електротехнічної та машинобудівної галузей для застосування на внутрішньому і міжнародному ринках;
• Збільшення значень ККД новостворених енергоефективних двигунів відповідно до стандарту енергоефективності IEC 60034-30, при тому, що збільшення витрати матеріалу, застосовуваного в двигунах класу ie2 не більше 10 відсотків;
• Повинна бути досягнута економія активних матеріалів, відповідна заощадження 10 кВт потужності на 1 кг обмотувальної міді. В результаті використання енергоефективних моделей електродвигунів, зменшується кількість штампового оснащення на 10-15%;

Освоєння і впровадження електродвигунів високої ефективності усуває проблему необхідності збільшення встановленої потужності електрообладнання та зниження викидів шкідливих речовин в атмосферу. Крім того зниження величини шуму і вібрації, збільшення надійності всього електроприводу є незаперечним аргументом на користь застосування енергоефективних асинхронних електродвигунів;

Опис енергоефективних асинхронних двигунів серії 7А

Асинхронні двигуни серії 7А (7AVE) відносяться до трифазних асинхронним електродвигунів, загально серії з короткозамкнутим ротором. Ці двигуни вже адаптовані для використання в схемах частотно-регульованого електроприводу. Вони мають ККД на 2-4% вище ніж у аналогів, вироблених в Росії (EFFI). Випускаються зі стандартним поруч осі обертання: від 80 до 355 мм, розраховані на потужності від 1 до 500 кВт. Промисловість освоїла двигуни зі стандартною частотою обертання: 1000, 1500, 3000 об / хв і напруги: 220/380, 380/660. Двигуни виконані зі ступенем захисту відповідної IP54 і ізоляц класу F. Допустимий перегрів відповідає класу B.

Переваги застосування асинхронних двигунів серії 7А

До переваг застосування асинхронних двигунів серії 7А відноситься їх висока економічність. Економія електроенергії при встановленій потужності P вуст. \u003d 10 000 кВт на економії енергії можна економити до 700 тис.дол / рік. Іншою перевагою таких двигунів є їх висока надійність і термін служби, крім того, у них нижчий рівень шуму приблизно в 2-3 рази по відношенню до двигунів попередніх серій. Вони дозволяють виробляти більше число включень-виключень і більш ремонтопрігодним. Двигуни можуть працювати при коливаннях мережі до 10% по напрузі.

особливості конструкції

У електродвигунах серії 7А використовується обмотка нового виду, яку можна намотати на обмотувальному обладнанні старого покоління. При виготовленні двигунів цієї серії застосовуються нові просочувальні лаки, що забезпечують більш високу цементацию і високу теплопровідність. Значно підвищено ефективність використання магнітних матеріалів. Протягом 2009 р освоєні габарити 160 і 180, а протягом 2010-2011 рр. були освоєні габарити 280, 132, 200, 225, 250, 112, 315, 355 мм.

Сучасні трифазні енергозберігаючі двигуни дозволяють істотно знизити витрати на електроенергію завдяки більш високому коефіцієнту корисної дії. Іншими словами такі двигуни здатні виробити більшу кількість механічної енергії з кожного витраченого кіловата електричної енергії. Більш ефективне витрачання енергії досягається за рахунок індивідуальної компенсації реактивної потужності. При цьому конструкція енергозберігаючих електродвигунів відрізняється високою надійністю і тривалим терміном служби.

Універсальний трифазний енергозберігаючі електродвигун Вesel 2SIE 80-2B виконання IMB14

Застосування трифазних енергозберігаючих двигунів

Використовувати трифазні енергозберігаючі двигуни можна практично у всіх галузях. Від звичайних трифазних двигунів вони відрізняються лише малим споживанням енергії. В умовах постійного зростання цін на енергоносії енергозберігаючі електродвигуни можуть стати по-справжньому вигідним варіантом як для невеликих виробників товарів і послуг, так і для великих промислових підприємств.

Гроші, витрачені на придбання трифазного енергозберігаючого двигуна, досить швидко повернуться до вас у вигляді економії коштів, що спрямовуються на придбання електрики. Наш магазин пропонує вам отримати додаткову вигоду, придбавши якісний трифазний енергозберігаючий двигун по дійсно невисокою ціною. Заміна застарілих морально і фізично електродвигунів на новітні високотехнологічні енергозберігаючі моделі - ваш черговий крок на новий рівень рентабельності бізнесу.

Відповідно до Федерального закону РФ "Про енергозбереження" на промисловому підприємстві повинні бути розроблені заходи щодо економії електроенергії стосовно кожної електроустановки. В першу чергу це відноситься до електромеханічних пристроїв з електричним приводом, основний елемент якого електродвигун. Відомо, що більше половини всієї виробленої у світі електроенергії споживається електродвигунами в електроприводах робочих машин, механізмів, транспортних засобів. Тому заходи щодо економії електроенергії в електроприводах найбільш актуальні.

Завдання енергозбереження вимагають оптимального рішення не тільки в процесі експлуатації електричних машин, але і при їх проектуванні. В процесі експлуатації двигуна значні втрати енергії спостерігаються в перехідних режимах і в першу чергу при його пуску.

Втрати енергії в перехідних режимах можуть бути помітно знижені за рахунок застосування двигунів з меншими значеннями моментів інерції ротора, що досягається зменшенням діаметра ротора при одночасному збільшенні його довжини, так як потужність двигуна при цьому повинна залишатися незмінною. Наприклад, так зроблено в двигунах краново-металургійних серій, призначених для роботи в повторно-короткочасному режимі, з великим числом включень в годину.

Ефективним засобом зниження втрат при пуску двигунів є пуск при поступовому підвищенні напруги, що підводиться до обмотки статора. Енергія, що витрачається при гальмуванні двигуна, дорівнює кінетичної енергії, запасеної в рухомих частинах електроприводу при його пуску. Енергозберігаючий ефект при гальмуванні залежить від способу гальмування. Найбільший енергозберігаючий ефект відбувається при генераторному рекуперативному гальмуванні з віддачею енергії в мережу. При динамічному гальмуванні двигун відключається від мережі, запасені енергія розсіюється в двигуні і витрати енергії з мережі не відбувається.

Найбільші втрати енергії спостерігаються при гальмуванні противовключением, коли витрата електроенергії дорівнює триразовому значенням енергії, що розсіюється в двигуні при динамічному гальмуванні. При сталому режимі роботи двигуна з номінальним навантаженням втрати енергії визначаються номінальним значенням ККД. Але якщо електропривод працює зі змінним навантаженням, то в періоди спаду навантаження ККД двигуна знижується, що веде до зростання втрат. Ефективним засобом енергозбереження в цьому випадку є зниження напруги, що підводиться до двигуна в періоди його роботи з недовантаженням. Цей спосіб енергозбереження можливо реалізувати при роботі двигуна в системі з регульованим перетворювачем при наявності в ньому зворотного зв'язку по струму навантаження. Сигнал зворотного зв'язку по струму коригує сигнал управління перетворювачем, викликаючи зменшення напруги, що підводиться до двигуна в періоди зниження навантаження.

Якщо ж приводним є асинхронний двигун, що працює при з'єднанні обмоток статора "Трикутником", То зниження підводиться до фазним обмоткам напруги можна легко реалізувати шляхом перемикання цих обмоток на з'єднання "Зіркою", Так як в цьому випадку фазна напруга знижується в 1,73 рази. Цей метод доцільний ще й тому, що при такому перемиканні підвищується коефіцієнт потужності двигуна, що також сприяє енергозбереженню.

При проектуванні електроприводу важливим є правильний вибір потужності двигуна. Так, вибір двигуна завищеної номінальної потужності веде до зниження його техніко-економічних показників (ККД і коефіцієнта потужності), викликаних недовантаженням двигуна. Таке рішення при виборі двигуна веде як до зростання капітальних вкладень (з ростом потужності збільшується вартість двигуна), так і експлуатаційних витрат, оскільки зі зменшенням ККД і коефіцієнта потужності ростуть втрати, а, отже, зростає непродуктивний витрата електроенергії. Застосування двигунів заниженою номінальної потужності викликає їх перевантаження при експлуатації. Внаслідок цього зростає температура перегріву обмоток, що сприяє зростанню втрат і викликає скорочення терміну служби двигуна. В кінцевому рахунку виникають аварії та непередбачені зупинки електроприводу і, отже, зростають експлуатаційні витрати. Найбільшою мірою це відноситься до двигунів постійного струму через наявність у них щітково-колекторного вузла, чутливого до перевантаження.

Велике значення має раціональний вибір пускорегулювальної апаратури. З одного боку, бажано, щоб процеси пуску, гальмування реверсу і регулювання частоти обертання не супроводжувалися значними втратами електроенергії, так як це веде до подорожчання експлуатації електроприводу. Але, з іншого боку, бажано, щоб вартість пускорегулирующих пристроїв не була б надзвичайно високою, що призвело б до зростання капітальних вкладень. Зазвичай ці вимоги знаходяться в протиріччі. Наприклад, застосування тиристорних пускорегулирующих пристроїв забезпечує найбільш економічне протікання процесів пуску і регулювання двигуна, але вартість цих пристроїв поки ще залишається досить високою. Тому при вирішенні питання доцільності застосування тиристорних пристроїв слід звернутися до графіку роботи проектованого електроприводу. Якщо електропривод не схильний до значних регулювань частоти обертання, частих пусків, реверс і т.п., то підвищені витрати на тиристорне або інше дороге устаткування можуть виявитися невиправданими, а витрати, пов'язані з втратами енергії, - незначними. І навпаки, при інтенсивній експлуатації електроприводу в перехідних режимах застосування електронних пускорегулювальних пристроїв стає доцільним. До того ж слід мати на увазі, що ці пристрої практично не потребують догляду і їх техніко-економічні показники, включаючи надійність, досить високі. Необхідно, щоб рішення щодо застосування дорогих пристроїв електропривода підтверджувалося техніко-економічними розрахунками.

Вирішенню проблеми енергозбереження сприяє застосування синхронних двигунів, що створюють в мережі живлення реактивні струми, що випереджають по фазі напруга. В результаті мережа розвантажується від реактивної (індуктивної) складової струму, підвищується коефіцієнт потужності на даній ділянці мережі, що веде до зменшення струму в цій мережі і, як наслідок, до енергозбереження. Ці ж цілі переслідує включення в мережу синхронних компенсаторів. Прикладом доцільного застосування синхронних двигунів є електропривод компресорних установок, що постачають підприємство стисненим повітрям. Для цього електроприводу характерний пуск при невеликому навантаженні на валу, тривалий режим роботи при стабільній навантаженні, відсутність гальмувань і реверсів. Такий режим роботи цілком відповідає властивостям синхронних двигунів.

Використовуючи в синхронному двигуні режим перезбудження, можна досягти значного енергозбереження в масштабі всього підприємства. З аналогічною метою застосовують силові конденсаторні установки ( "Косинусні" конденсатори). Створюючи в мережі струм, що випереджає за фазі напруга, ці установки частково компенсують індуктивні (відстаючі по фазі) струми, що веде до підвищення коефіцієнта потужності мережі, а отже, до енергозбереження. Найбільш ефективним є застосування конденсаторних установок типу УКМ 58 з автоматичним підтриманням заданого значення коефіцієнта потужності і зі східчастою зміною реактивної потужності в діапазоні від 20 до 603 квар при напрузі 400 В.

Необхідно пам'ятати, що енергозбереження спрямоване на вирішення не тільки економічних, але й екологічних проблем, пов'язаних з виробництвом електроенергії.

У недавньому минулому в різних країнах світу діяли власні стандарти енергоефективності. Наприклад, в Європі керувалися нормами семеро, Росія орієнтувалася на ГОСТ Р 5167 2000, США - на стандарт EPAct.

З метою гармонізації вимог до енергоефективності електродвигунів Міжнародної енергетичної комісією (МЕК) і Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO) був прийнятий єдиний стандарт IEC 60034-30. Даний стандарт класифікує низьковольтні асинхронні електродвигуни та уніфікує вимоги до їх енергетичної ефективності.

класи енергоефективності

Стандарт IEC 60034-30 2008 визначає три міжнародних класу енергоефективності:

• IE1 - стандартний клас (Standard Efficiency). Приблизно еквівалентний європейського класу EFF2.
• IE2 - високий клас (High Efficiency). Приблизно еквівалентний класу EFF1 і класу EPAct в США для 60 Гц.
• IE3 - преміум. Ідентичний класу NEMA Premium для 60 Гц.

Стандарт поширюється майже на всі промислові трифазні асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором. Виняток становлять двигуни:

• що працюють від частотного перетворювача;
• вбудовані в конструкцію обладнання (наприклад, в насосний агрегат або вентилятор), коли неможливо провести незалежне випробування.

Співвідношення єдиного міжнародного стандарту з нормами різних країн світу.

Розподіл потужностей за різними стандартами

Стандарт IEC 60034-30 охоплює електродвигуни потужністю від 0,75 до 375 кВт з числом пар полюсів 2р \u003d 2, 4, 6.

Показники семеро розподілялися по ККД для електродвигунів потужністю до 90 кВт і полюсні 2р \u003d 2, 4.

Норми Epact - величина потужності від 0,75 до 150 кВт з парним числом полюсів 2р \u003d 2, 4, 6.

особливості стандартизації

Завдяки єдиному стандарту IEC замовники електродвигунів в усьому світі можуть легко розпізнати обладнання з необхідними параметрами.

Класи енергетичної ефективності IE, описувані стандартом IEC / EN 60034-30, грунтуються на результатах випробувань, що проводяться відповідно до міжнародного стандарту IEC / EN 60034-2-1-2007. Цей стандарт визначає енергоефективність, грунтуючись на показниках втрат потужності і ККД.

Відзначимо, що у російського ринку електродвигунів є свої особливості. Вітчизняних виробників умовно можна розбити на дві групи. Одна група вказує в якості головного показника ККД, інша не вказує нічого. Таким чином формується недовіра до електроустаткування, що служить бар'єром до придбання російської продукції.

Методи визначення енергоефективності

Існує два методи визначення ККД: прямий і непрямий. Прямий метод заснований на експериментальному вимірюванні потужності і відрізняється певною мірою неточним. Новий стандарт передбачає використання непрямого методу, який спирається на наступні параметри:

• вихідна температура
• навантажувальні втрати, які визначаються за допомогою вимірювань, оцінки та математичного розрахунку

Показники ККД можна порівняти тільки при однаковому методі визначення значень. Непрямий метод передбачає:

1. Вимірювання втрат потужності, розрахованих за результатами навантажувальних випробувань.
2. Оцінка втрат потужності, що підводиться при номінальному навантаженні до 1000 кВт.
3. Математичний розрахунок: використовується альтернативний непрямий метод з розрахунком втрат Р (потужності). Визначається за такою формулою:

η \u003d Р2 / Р1 \u003d 1-? Р / Р1

де: Р2 - корисна потужність на валу двигуна; Р1 - активна потужність з мережі; ? Р - сумарні втрати в електродвигунах.

Більш високе значення ККД зменшує втрати і споживання електроенергії електродвигуна і підвищує його енергоефективність.

Ряд російських стандартів, наприклад, ГОСТ Р 54413-2011, можна співвіднести з міжнародними стандартами.

Відмінності російських стандартів від міжнародних полягають:

• в деяких особливостях математичних розрахунків для визначення параметрів обладнання;
• у відмінностях в одиницях виміру;
• в процесах випробувань;
• в параметрах випробувального устаткування;
• в умовах виконання випробувань;
• в особливостях експлуатації.

У Росії прийняті ті ж класи енергоефективності, що і в Європі. Інформація про класи міститься в паспортних даних, технічної документації, маркування і на шильдиках.

Інші корисні матеріали: