Статьи

Энергосберегающее оборудование на основе вентильно-реактивных технологий

29 Июн 2012

В статье Ю. А. Миронова рассматривается вопрос эффективности применения электрических двигателей вентильного типа при использования электроэнергии.

Ю. А. Миронов, заместитель главного инженера по новым изделиям и технологиям ООО «Свободинский электромеханический завод» дочернего предприятия ОАО «Электроагрегат», м. Свобода Курской обл.

Введение

Сегодня во всем мире и в России особенно очень остро стоит вопрос экономии энергоресурсов, так как доступность хорошо освоенных невозобновляемых природных топлив имеет ограничение во времени. Хорошо известно, что сбереженный 1 кВтч электроэнергии в большинстве случаев гораздо дешевле того же кВт/часа, произведенного на вновь построенном источнике энергии.

Подавляющая часть мировой энергоструктуры основана на использовании электроэнергии, как наиболее универсальном виде энергии, поэтому сегодня все государства стремятся использовать технологии и оборудование, которые позволяют снизить затраты при производстве, передаче и потреблении электроэнергии, что в свою очередь снижает себестоимость производства товаров, увеличивая их конкурентоспособность с товарами других стран.

Кроме этого, в сознании людей и на бытовом уровне и на уровне руководителей фирм и государств в последнее время происходят заметные изменения в сторону стремления улучшить экологическую обстановку на земном шаре, что обусловило существенное ужесточение экологических требований к энергетическим технологиям и оборудованию. Если в ближайшее время штрафы за использование неэффективных технологий и оборудования будут превышать стоимость высокоэффективного оборудования, то это даст мощный экономический толчок в производстве и применении последнего.

Недостатки используемых электродвигателей

В мировой энергоструктуре подавляющая часть произведенной электроэнергии используется электрическими двигателями различного типа. Наиболее распространенные из них — асинхронные двигатели переменного тока. Эти двигатели достаточно просты в изготовлении, дешевы, используют энергию переменного тока без дополнительных преобразовательных устройств, имеют достаточно высокий КПД при номинальных мощностях. Их можно эффективно использовать при постоянной нагрузке близкой к номинальной. В реалиях в мировой структуре потребления электроэнергии электродвигателями в таком режиме составляет не более 10%. Остальные режимы требуют от электродвигателей работы с изменяемой нагрузкой, часто в очень широких пределах. И в этих режимах использование асинхронных электродвигателей без специальных преобразователей оказывается самой неэффективной и затратной. Купили оборудование задешево — порадовались, разорились на эксплуатационных расходах — заплакали. Именно поэтому в последние годы очень бурно развивается производство специальных электронных преобразователей, позволяющих эффективно использовать электроэнергию в асинхронных двигателях в более широком диапазоне нагрузок. Из-за сложностей взаимоотношений асинхронных двигателей с преобразователями последние получаются очень сложными, нередко очень дорогими, а попытка еще расширить диапазон нагрузок с высоким КПД приводит к еще большему усложнению преобразователей, т. е. к их удорожанию и снижению надежности.

Более эффективно применять двигатели постоянного тока, но они достаточно сложны в изготовлении и поэтому дороги, требуют высокой квалификации при обслуживании, по этим причинам доля их использования составляет всего несколько процентов в общей массе электродвигателей.

Преимущества применения вентильно-реактивных двигателей

По мнению автора сегодня наиболее эффективно использовать электроэнергию позволяют электрические двигатели вентильного типа. Они бывают двух типов: вентильно-активные — с возбуждением от постоянных магнитов и вентильно-реактивные — с изменяемой магнитной проводимостью (без постоянных магнитов, за рубежом эта технология получила название SRM-технология). Эти двигатели имеют приблизительно одинаковую систему электронного управления и гораздо проще и дешевле, чем преобразователи для асинхронных двигателей.

Вентильно-активные двигатели имеют высокие удельные показатели, высокий КПД, среднюю сложность изготовления. В них используются высокоэнергетические магниты (неодим-железо-бор), которые и позволяют получать высокие удельные показатели. Но в последнее время наблюдается существенный рост цены на эти магниты. Это связано с тем, что основной поставщик на мировой рынок относительно дешевого неодима — КНР — начал достаточно резко сокращать экспорт редкоземельных элементов, в том числе и неодима. Это вызвано тем, что у КНР имеется две очень крупных государственных программы — разработка и производство электротранспорта и ветроэнергетика, в первой они используют тяговые вентильно-активные двигатели, а во второй — генераторы с возбуждением от постоянных магнитов. При выходе этих программ в ближайшее время на проектную мощность производства уровень добычи неодима будет едва покрывать собственные нужды КНР. Исходя из этого, можно сделать вывод, что в самое ближайшее время цена на неодимовые магниты будет очень и очень высока, либо они будут вообще недоступны. Вентильно-активные двигатели на других типах магнитов получаются либо очень дорогими (самарий-кобальт), либо имеют низкие удельные показатели. Вентильно-реактивные двигатели (рис. 1), являясь, по сути, силовой техникой импульсного типа, идеально стыкуются с электронной цифровой идеологией систем управления, поэтому электронные блоки управления этих двигателей получаются гораздо проще (читай надежнее), более компактны и при серийности гораздо меньшей серийности производства асинхронных электродвигателей, очень дешевы. Производство электромеханических преобразователей оказывается дешевле даже производства асинхронных двигателей (на роторе нет обмоток, в статорной обмотке используется меди на 40–50% меньше), технология изготовления проще. Удельные показатели на серийной электротехнической стали чуть ниже удельных показателей вентильно-активных двигателей, но если освоить производство уже разработанных и у нас и за рубежом электротехнических сплавов с более высокими характеристиками, то вентильно-реактивные двигатели окажутся вне конкуренции.

Устройство вентильно-реактивных двигателей

В двух словах об устройстве вентильно-реактивных двигателей. Ротор двигателя представляет собой простую болванку из шихтованной электротехнической стали с явно выраженными прямоугольными полюсами на двух подшипниках. Статор имеет вид шихтованного пакета электротехнической стали тоже с явно выраженными прямоугольными полюсами, на которых размещены концентрированные обмотки медного провода, соединенные между собой по определенной схеме. Эти обмотки попеременно выполняют функцию и обмотки возбуждения и силовой обмотки. Управляет работой двигателя электронный цифровой блок управления, который по сигналам датчика положения ротора при помощи вентилей (силовые транзисторы IGBT или MOSFET) подает ток, необходимый в данный момент для поддержания заданной частоты вращения ротора, на группы катушек статора в определенной последовательности. Необходимо отметить, что уже разработаны, испытаны и успешно выпускаются вентильно-реактивные двигатели с бездатчиковым управлением. Такая конструкция и такая система управления позволяют иметь этим двигателям высокий КПД в очень широком диапазоне изменения частоты вращения.

St1.jpg

Рис. 1. Комплектный вентильно-реактивный привод мощностью 4 кВт с регулируемой частотой вращения от 500 до 6000 об/мин. (предсерийная версия)

Так ВРД мощностью 4 кВт потребляет при холостом ходе всего 4% мощности от номинала.

Так как почти все тепловыделение в этих двигателях происходит на статоре, а ротор охлаждения не требует, то эти двигатели можно производить со степенью защиты от IP54 и выше, а также с жидкостным охлаждением.

К несомненным достоинствам ВРД можно отнести и то, что для внешней переменной сети электропитания он является практически на 100% активной нагрузкой и освобождает сеть от бесполезной перекачки реактивной энергии из сети в двигатель и наоборот.

Современные высококачественные электронные элементы, выпускаемые мировой промышленностью, позволяют обеспечивать безотказный срок работы электронного блока в течение 100 тыс. часов и более.

Если отказаться от механических подшипников, а перейти на электромагнитные подвесы, а такие разработки уже есть, то ВРД для потребителя становится необслуживаемым механизмом на весь немаленький срок службы.

Область применения

Теперь поговорим об областях применения. Сразу же оговорюсь, что ВРД выгодно применять вместо любых ныне выпускаемых электродвигателей, за исключением режимов работ с постоянной номинальной нагрузкой, где пока выгоднее использовать асинхронные двигатели и то только тогда, когда не предъявляются особые требования к массогабаритным показателям.

ВРД выгодно с точки зрения энергосбережения применять совместно с самыми массовыми механизмами, выпускаемыми промышленностью — насосами, компрессорами и вентиляторами, которые очень редко работают с постоянной номинальной нагрузкой. В этой области применения экономия электроэнергии может достигать 20- 60% от номинала. А если ВРД применять с новейшими насосами и компрессорами на основе российского механизма «Эпикол» и российской роторно-вихревой технологии, то экономия может существенно увеличиться.

St2.jpg

Рис. 2. Строительный инструмент для сверления отверстий в стенах зданий и сооружений (мощность 10 кВт, вес 25 кг)

Далее не менее массовый выпуск в промышленности имеют мотор-редукторы. Вместо них можно предложить управляемые мотор-редукторы на основе ВРД и новейших российских редукторов с эксцентриково- циклоидальным зацеплением, имеющий более высокий КПД и гораздо меньшие массо- габаритные показатели. Это приведет не только к снижению энергопотребления этими механизмами, но и снижению затрат энергии и материалов при их производстве. В этой части следует особо отметить применение управляемых мотор-редукторов в электромобилестроении. Известно, что автомобили, построенные по идеологии полного при- вода самые безопасные из всех авто. Но существующая в настоящее время на автомобилях механическая передача энергии на каждое колесо не может обеспечить полную независимость поведения каждого колеса, а вот гибриды с электрической трансмиссией и независимым приводом на каждое колесо (управляемый мотор-редуктор) могут обеспечить не только высокую экономичность при передаче энергии, но и абсолютную независимость управления каждым колесом автомобиля, что существенно повышает безопасность транспортного средства при движении. Возможность изготовления высокооборотных ВРД с жидкостным охлаждением в комбинации с новыми редукторами может сделать их вне конкуренции в электромобилестроении.

Очень массовый выпуск имеет в промышленности электроинструмент. Здесь пре- имущества ВРД тоже явные, ведь они одинаково эффективно работают от сети переменного тока разных напряжений. В качестве примера могу привести такое явление. Летом прошлого года российская фирма «Каскод- Электро» совместно со своим шведским партнером представила на международной строи- тельной выставке в США (Лас-Вегас) новый строительный инструмент для сверления раз- личных отверстий в стенах зданий и сооружений, который вызвал настоящий шок у ведущих иностранных фирм, производящих подобное оборудование. Западные фирмачи долго не могли поверить, что привод и электронику к этому инструменту сделала российская фирма. Имея большую мощность и момент, этот инструмент имеет вес на порядок меньше ближайшего аналога — 25 кг вместо 250. Несмотря на внушительную мощность (10 кВт), электронный блок управления настолько миниатюрен, что встроен в сам привод. Общий вид инструмента показан на рис. 2.

Я коснулся только областей массового выпуска отдельных видов механизмов, где можно эффективно использовать ВРД. Есть еще целый ряд областей выгодного использования ВРД, где можно за счет применения ВРД обеспечить режимы энергосбережения, но малый объем статьи не позволяет остановиться на этом более подробно.

Особо хотел отметить применение SRM-технологии в генераторостроении. В последнее время в России появились разработки новейших роторных ДВС, имеющих очень низкие показатели удельного расхода топлива, гораздо меньшие массо-габаритные показатели по сравнению с традиционными ДВС и работающими на высоких оборотах. Для этих ДВС вентильно-реактивные генераторы идеально подходят для прямого безредукторного механического соединения. В результате может получиться достаточно мощный и малогабаритный источник электроэнергии с очень малым расходом топлива, который можно располагать в гибридных электроавтомобилях для выработки электроэнергии для движения автомобиля непосредственно на борту. На мой взгляд, пока не изобрели достаточно эффективных бортовых накопителей электроэнергии, эти источники могут существенно ускорить организацию массового производства гибридных автомобилей с электротрансмиссией. Да и появление легких высокоэффективных источников электроэнергии заинтересует не только электромобилестроителей, но и любые другие отрасли промышленности, да и частных потребителей тоже.

Заключение

В заключение хотелось бы отметить, что за рубежом достаточно явно поняли выгодность развития этой технологии и на ее доработку выделяются сотни миллионов долларов. В России, несмотря на полное отсутствие фи- нансирования, эта технология развита не хуже, а в некоторых направлениях, лучше, чем в западных государствах. В частности ООО «Свободинский электромеханический завод» (дочернее предприятие ОАО «Электроагрегат») совместно со своим партнером ООО «Каскод-Электро» в течение нескольких последних лет занимались разработкой ВРД различной мощности для организации серийного производства их в России. Было разработано, изготовлено и испытано несколько опытных партий этих двигателей и параллельно готовилось их серийное производство. Все это делалось за свой счет. Сегодня производство вентильно-реактивных двигателей и генераторов мощностью 4 кВт в большей степени подготовлено. Вести дальнейшую работу в этом направлении мешает отсутствие финансирования. Предприятие с этим проектом участвовало в разных конкурсах различного уровня от местного до федерального, но результатов, кроме устной похвалы, эти конкурсы не принесли. В 2010 г. предприятие с этим проектом попало в Комплексную целевую программу перевооружения Российской армии, но это программа до сих пор находится на бесконечных согласованиях в Правительстве РФ и финансирование по ней до сих пор не осуществляется. Я надеюсь, что эта статья в какой-то мере поможет найти в России потребителей оборудования, созданного по SRM-технологии. А еще я больше надеюсь на то, что государственные мужи смогут организовать в России все так, чтобы применение современных высокоэффективных энергосберегающих техно- логий и оборудования стало выгодным, раз уж мы тяготеем к капиталистическому образу жизни, где парадом командует выгода. А если в ближайшее время государственные мужи еще и станут руководствоваться и целесообразностью применения той или иной технологии, то я буду очень рад этому, да и не только я.


Опубликовано в журнале ЭнергоСовет №3 за 2012 г.

Начало активности (дата): 29.06.2012 10:16:51

← Возврат к списку


0  
Guest
clb1014
ugg outlet



longchamp sale



moncler pas cher



ugg boots



cheap jordan shoes



coach factory outlet online



polo ralph lauren outlet



mlb jerseys



coach factory outlet online



air max



hermens



ralph lauren outlet online



cheap ugg boots



canada goose coats



cheap ray ban sunglasses



air jordans



moncler outlet online



moncler coats



uggs clearance



polo ralph lauren



ugg outlet



michael kors bags



coach factory outlet online



red bottoms



moncler coats



ugg outlet online



polo ralph lauren outlet online



polo ralph lauren outlet online



michael kors outlet clearance



mbt



pandora charms outlet



ugg outlet store



canada goose outlet



michael kors outlet clearance



birkenstock uk



polo ralph lauren outlet



cheap ray ban sunglasses



burberry outlet online



coach outlet online



ugg boots clearance



coach outlet online



michael kors outlet online



nmd adidas



coach factory outlet online



uggs outlet



jordans



moncler uk



yeezy shoes



ralph lauren sale



ugg boots sale



coach purses



louis vuitton factory outlet



birkenstock outlet



ralph lauren sale



canada goose jackets



coach outlet online



ugg outlet



pandora uk



nike air max 2018



coach outlet canada



coach factory outlet online



cheap air jordans



moncler jackets



hermes bag



polo ralph lauren outlet



polo ralph lauren outlet



nike sneakers



louis vuitton outlet online



canada goose jackets



ralph lauren outlet



supreme shirts



air jordan shoes



cheap jordan shoes



polo ralph lauren outlet



ugg boots



adidas sneakers



ralph lauren outlet online



coach outlet online



kate spade outlet online



coach outlet online



mulberry uk



yeezy shoes



ray ban sunglasses discount



uggs on sale



yeezy boost



ralph lauren



michael kors outlet canada



polo ralph lauren outlet



cheap ugg boots



coach outlet online



michael kors outlet online



canada goose outlet



ralph lauren outlet



cheap ugg boots



pandora jewelry store



nike outlet store online



ugg canada



adidas outlet store



adidas outlet online



ralph lauren outlet online



pandora charms



cheap oakley sunglasses



mulberry outlet uk



canada goose coats



canada goose sale



coach outlet online



michael kors bags



north face jackets



uggs outlet



ugg sale



ugg boots



mulberry handbags



ugg boots outlet



christian louboutin sale



fitflop sandals



pandora charms sale clearance



discount oakley sunglasses



yeezy shoes



moncler outlet online



coach outlet store online



ralph lauren outlet online



michael kors



louis vuitton outlet



ray bans



canada goose coats



coach outlet store



jerseys cheap



kate spade handbags



cheap ray ban sunglasses



longchamp handbags



ugg australia



ugg outlet online



ugg boots clearance



burberry outlet online



coach outlet store



harden vol 1



kate spade outlet



adidas outlet store



coach outlet online



red bottom



coach factory outlet online



coach outlet canada



longchamp



moncler sale



mlb jerseys whgolesale



canada goose uk



canada goose outlet online



polo ralph lauren outlet online



pandora charms



north face jackets



moncler jacket



adidas superstars



louis vuitton handbags



cheap jordan shoes



cheap jordans for sale



coach outlet store



cheap oakley sunglasses



michael kors outlet online



cheap ugg boots



louis vuitton outlet store



north face outlet



nike outlet store



coach factory outlet online



canada goose coats



uggs outlet



ugg on sale



nike huarache shoes



adidas yeezy shoes



coach factory outlet online



pandora charms sale clearance



toms



coach outlet online



coach outlet online



uggs outlet



air max shoes



louboutin outlet



ugg boots



michael kors handbags outlet



canada goose jackets



nike outlet online



polo ralph lauren outlet online



ugg boots outlet



cheap air jordans



coach outlet online



louis vuitton outlet online



retro 11



ugg boots



michael kors



oakley sunglasses outlet



pandora charms



polo ralph lauren outlet online



hermes bags



uggs outlet



discount oakley sunglasses



burberry outlet



uggs clearance



timberland outlet



ugg outlet



oakley sunglasses outlet



moncler outlet online



toms



canada goose outlet



michael kors outlet clearance



coach outlet store online



coach outlet online



uggs



canada goose coats



burberry handbags



ray ban glasses



louis vuitton factory outlet



polo ralph lauren outlet



louboutin shoes



longchamp bags



ray ban sunglasses outlet



ray bans



michael kors outlet store



adidas shoes



michael kors outlet clearance



ugg boots on sale



hermes outlet



moncler



polo ralph lauren outlet



cheap jordan shoes



ralph lauren



michael kors outlet online



cheap nfl jerseys



ray ban sunglasses outlet



mlb jerseys



canada goose clothing



uggs outlet



birkenstock shoes



yeezy boost 350



ugg boots outlet



canada goose jackets



coach factory outlet



michael kors outlet store



cheap ugg boots



coach outlet online



birkin handbags



nike cortez classic



cheap nike shoes



adidas nmd r1



ferragamo outlet



pandora charms sale



fred perry shirts



the north face outlet



adidas yeezy boost



mbt



coach outlet store online clearance



ugg boots



canada goose sale



moncler jackets



ray ban sunglasses discount



air jordans



canada goose



fitflops sale clearance



ugg boots outlet



coach outlet online



michael kors outlet store



cheap air jordans



canada goose sale



moncler sale



ugg shoes



adidas yeezy boost



superdry outlet



michael kors outlet online



uggs outlet



ugg outlet



timberland outlet store



adidas nmd r1



ugg slippers



pandora jewelry



kate spade outlet



coach outlet online



louis vuitton outlet online



nike outlet store



polo ralph lauren outlet



discount oakley sunglasses



canada goose sale



christian louboutin sale



michael kors outlet store



michael kors



uggs outlet



christian louboutin shoes



tory burch outlet online



cheap jordans



michael kors outlet store



coach outlet online



ugg boots



ray ban glasses



nfl jerseys



adidas yeezy boost 350



ralph lauren sale clearance uk



canada goose sale



christian louboutin shoes



coach factory outlet online



michael kors outlet online



ray ban sunglasses cheap



michael kors outlet store



pandora jewelry



pandora charms outlet



coach outlet online



michael kors outlet online



yeezy boost 350



coach outlet online



ralph lauren sale clearance uk



coach outlet



polo ralph lauren



red bottom heels



canada goose jacket



the north face outlet



canada goose



ferragamo shoes



longchamps



coach outlet online



adidas store



coach factorty outlet online



nike outlet



adidas nmd runner



cheap jordan shoes



uggs outlet



canada goose jackets



adidas ultra boost



ralph lauren outlet online



canada goose jackets



yeezy boost 350



north face outlet



moncler outlet online



mulberry



cheap nfl jerseys wholesale



nike shoes



michael kors uk



canada goose outlet



burberry outlet online



louboutin outlet



longchamp bags



ralph lauren sale



michael kors outlet canada



pandora jewelry outlet



uggs outlet



ralph lauren outlet



coach handbags outlet



michael kors outlet online



michael kors



louis vuitton factory outlet



kate spade handbags



hermes handbags



coach factory outlet



michael kors outlet store



bottes ugg



pandora



canada goose jackets



uggs outlet



canada goose sale



coach outlet online



ugg boots women



coach outlet online



adidas nmd runner



coach outlet store



oakley sunglasses outlet



fred perry polo shirts



adidas outlet online



uggs



burberry outlet online



cheap uggs



superdry sale



ralph lauren uk



pandora outlet



christian louboutin shoes



louis vuitton outlet store



cheap uggs



uggs outlet



moncler sale



pandora charms outlet



discount ray ban sunglasses



kate spade outlet online



cheap jordans free shipping



coach outlet online



christian louboutin shoes



coach factory outlet online



tory burch shoes



polo ralph lauren outlet



adidas superstar shoes



pandora charms outlet



uggs outlet



michael kors outlet clearance



tory burch outlet online



ray ban sunglasses outlet



canada goose outlet



valentino



ugg boots



coach factory outlet online



ralph lauren outlet



coach factory outlet



uggs outlet



toms outlet



ugg



oakley sunglasses outlet



ugg sale



valentino outlet



cheap oakley sunglasses



coach outlet store online



canada goose jackets



canada goose outlet



uggs outlet



pandora jewelry outlet



burberry outlet online



christian louboutin shoes



harden shoes



uggs outlet



canada goose parka



canada goose outlet



hermes bags



salvatore ferragamo shoes



ugg outlet



moncler jackets



nike sneakers



ugg outlet online



ugg boots outlet



ugg boots



air jordan retro



kate spade handbags



kate spade outlet online



coach factory outlet online



ugg boots



polo outlet online



coach outlet online



polo ralph lauren outlet online



toms shoes



pandora charms



burberry handbags



canada goose jackets



caterpillar boots



toms



moncler coats



canada goose coats



canada goose jackets



toms outlet



adidas nmd r1



salvatore ferragamo outlet



cheap ugg sale



coach factory outlet



air max



birkenstock



canada goose jackets



gucci outlet online



ray bans



canada goose jackets



cheap ray bans



coach outlet store online



pandora charms sale clearance



burberry handbags



jordan shoes



ray ban sunglasses sale



coach factory outlet



cheap ugg boots



canada goose uk



canada goose jacket

clb1014
Имя Цитировать 0  
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений