Статья посвящена исследованию возможностей повышения энергетических и эксплуатационных характеристик электроприводов на базе асинхронных электрических двигателей (АСД). Предложена технология повышения энергоэффективности АСД, основанная на применении новых конструкций так называемых совмещенных обмоток и метода машинного проектирования. Проектирование выполняется на основе компьютерного моделирования и разработки конструктивных решений по результатам анализа моделей и компьютерных симуляций. Предлагаемые решения реализованы на практике. Исследованы результаты сравнительных испытаний образцов серийно производимого двигателя общепромышленного назначения стандартного исполнения и модернизированного двигателя с заменой обмоток. Установлено, что применение решений позволяет существенно улучшать эксплуатационные характеристики двигателя. Выполнено компьютерное моделирование работы серийно выпускаемого асинхронного двигателя в стандартном исполнении, двигателя с совмещенными обмотками (модернизированного) и перепроектированного. Результаты моделирования показали, что модернизация приводит к существенному снижению общих потерь в элементах магнитопровода двигателя, повышению его перегрузочной способности и повышению удельной мощности. Также выявлена целесообразность перепроектирования серийных двигателей в зависимости от режимов работы, области применения и т.д. Установлено снижение энергопотребления для исследуемого двигателя на 12–14%. В целом использование совмещенных обмоток для двигателей, работающих с регулярно меняющейся нагрузкой и при перепадах питающего напряжения, а также их перепроектирование на основе анализа результатов компьютерного моделирования позволяет существенно снижать потребление электроэнергии.
The article is dedicated to the study of ways for improving electric drives based on induction motors (IM) power and performance characteristics. The technology of increasing IM energy effectiveness based on new schemes of so-called combined windings construction and computer-aided design method is proposed. The CAD method is based on computer simulation and construction solutions development using results of computer models and simulations analysis. The results of comparative tests of a standard-produced general industries electric motor with standard design, a modernized motor with the standard windings replaced by the combined ones are studied. The results showed that implementing the proposed solutions allows significantly improve IM performance characteristics. The computer simulation of the mass-produced asynchronous motor in the standard version, the engine with the combined windings (modernized) and the redesigned was carried out. The simulation results showed that modernization leads to a significant reduction in overall losses in motor magnetic circuit elements, increases its overload capacity and the specific power. Also, the practicability of motors redesign is revealed due to the significant possibilities of operational characteristics improving depending on the operation modes, the field of application, etc. A decrease in energy consumption for the engine under study was found to be 12-14%. In general, the use of combined windings for IM operation with a regularly changing load and with variations in the supply voltage, as well as their redesign based on analysis of the computer simulation results, can significantly reduce power consumption.
1. Fleiter T., Eichhammer W., Schleich J. Energy efficiency in electric motor systems: Technical potentials and policy approaches for developing countries // United Nations Industrial Development Organization. – 2011 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.retawprojects.com/uploads/energy_efficiency_in_electirc_motor_system.pdf (дата обращения: 28.02.2018).
2. Brodd. K. Advanced Energy Selected for Accredited Motor Repair Pilot Program [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.advancedenergy.org/2015/07/22/advanced-energy-selected-for-accredited-motor-repair-pilot-program/ (дата обращения: 20.03.2018).
3. ГОСТ IEC 60034-30-1-2016. Машины электрические вращающиеся. Часть 30-1. Классы КПД двигателей переменного тока, работающих от сети (код IE). – М.: Стандартинформ, 2017. – 18 с.
4. Schreicher L., Bendl J., Chomat M. Analysis of properties of induction machine with combined parallel star-delta stator winding // Maszyne Elektryczne – Zeszyty Problemove. – 2017. – vol. 113, no. 1. – Р. 147–153.
5. Пат. 2507664 Российская Федерация, МПК7 Н 02 К 3/28, Н 02 К 17/12. Малошумный асинхронный двигатель / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Блинов В.Л., Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». – № 2011151274/07; заявл. 14.12.2011; опубл. 20.02.2014, Бюл. № 5. – 3 с.
6. Разработка метода повышения энергоэффективности электрических приводов на базе асинхронных двигателей с совмещенными обмотками / Д.А. Дуюнов [и др.] // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. – 2017. – № 2. – С. 11–17.
7. Оптимизация ряда интеллектуальных энергосберегающих асинхронных двигателей с совмещенными обмотками с 100 и 132 габариты / К.А. Змиева [и др.] // Электротехнические комплексы и системы управления. – 2013. – № 3. – С. 32–37.
8. Булатов Л.Н. Динамическая модель асинхронной машины с прямым обращением к конечно-элементной модели магнитного поля / Л.Н. Булатов, А.И. Тихонов // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. – 2013. – № 1. – С. 40–44.
9. Базовый курс. Задачи моделирования электрических машин в ANSYS Maxwell 2D/3D: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cae-expert.ru/education/bazovyy-kurs-zadachi-modelirovaniya-elektricheskih-mashin-v-ansys-maxwell-2d3d (дата обращения: 20.04.2018).
10. Морозов К. Новый асинхронный двигатель для транспорта / К. Морозов // ProТранспорт. – 2014. – № 5. – С. 46–47.
11. Кононенко К.Е. Основной резерв повышения энергоэффективности асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором / К.Е. Кононенко, А.В. Кононенко, С.В. Крутских // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2012. – № 1. – С. 54–60.
12. Пат. 2568672 Российская Федерация, МПК7 Н 02 К 17/12, Н 02 К 3/28. Малошумный энергоэффективный электропривод / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Дуюнов Е.Д., Блинов В.Л., Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». – № 2014132978/07; заявл. 11.08.2014; опубл. 20.11.2015, Бюл. № 32. – 3 с.
13. Дейнего В.Н. Изменение обмоток асинхронных электродвигателей – потенциал обеспечения надежности электросетей / В.Н. Дейнего, Д.А. Дуюнов, В.Ф. Иванов // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2015. – № 2(29). – С. 42–49.
14. Schreicher L., Bendl J., Chomat M. Effect of combined stator winding on reduction of higher spatial harmonics in induction machine // Electrical Engineering. – 2017. – vol. 99, no. 1. – Р. 161–169.