Электропривод - асинхронный двигатель в ЖКХ

Основные тенденции:
-реконструкция исторической части города;
- рост числа высотных зданий.
Высотные здания требуют применения более мощных электроприводов на базе асинхронных двигателей. Это электропривод лифтов, насосов водоснабжения, кондиционеров и т.п. Асинхронный электропривод является основным источником нелинейности реактивной нагрузки в системе электроснабжения. Это приводит росту мощности гармоник в проводах 3-х фазной системе электроснабжения и токов утечек, которые могут привадить к ускорению коррозии металлоконструкций зданий , труб системы водоснабжения и ускоренному старению изоляции силовых кабелей системы электроснабжения. Возрастают риски аварий и пожаров.

Концентрация нелинейных реактивных нагрузок в объеме квартир высотного здания
Эффекты, вызываемые гармониками
Проблемы мгновенного возникновения включают:
Искажение формы питающего напряжения;
Падение напряжения в распределительной сети;
Наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях;
Повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании;
Вибрация в электромагнитных системах.
Проблемы длительного возникновения включают:
Дополнительные потери в трансформаторах;
Нагрев в трансформаторах и электрических машинах;
Нагрев конденсаторов;
Нагрев кабелей распределительной сети.

Процесс формирования тока нейтрали при нелинейной нагрузке.
Все электросчетчики проходят поверку на при отсутствии тока в нечетных гармоник в нулевом проводе 3-х фазной сети.
Проблема доработки асинхронного двигателя становится не частной проблемой, а государственной и общепромышленной.
Можно заменить асинхронные двигатели в инженерных системах высотного здания, но огромная масса асинхронных двигателей холодильников, кондиционеров, стиральных машин и.т.п. вносит существенный вклад в повышение возникновения опасных рисков для жильцов высотного дома и городского хозяйства в целом.

23 ноября 2009 г. Президент Российской Федерации Д.А. Медведев подписал Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" (закон об энергосбережении). Президент обозначил энергосбережение и повышение энергоэффективности одним из пяти основных направлений модернизации экономики России.
Сегодня в развитых странах освещение потребляет 20% от всей производимой электроэнергии.
По информации Департамента Энергетики США, в течение ближайших 20 лет активное внедрение светодиодного освещения в этой стране даст следующие результаты: сокращение спроса на электроэнергию на 62%,снижение эмиссии СО2 на 258 млн. тонн, отказ от строительства 133 электростанций,
экономию в объеме примерно $280 млрд. США.
На всех объектах электропривод - главный потребитель электрической энергии.
Сегодня в развитых странах он потребляет более 60% от всей производимой электроэнергии. В условиях дефицита энергетических ресурсов это делает особенно острой проблему энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода.
Специалисты считают, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов, например 1 т условного топлива, вдвое дешевле, чем ее добыть. Нетрудно видеть. что в перспективе это соотношение будет изменяться: добывать топливо становится всё труднее, а запасы его всё убывают.
Яма экологических проблемы все глубже.
ПРОИЗВОДИТЕЛИ И ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
А если сделать экономичным электродвигатель , который в электроприводе потребляет большую долю электроэнергии!!!

Вячеслав Завадский,
к.т.н.; тех. директор
ООО «ИЭЦ-К онтакт»,
г. Санкт-П етербург;
Алексей Кошелев,
тех. директор
ООО «МИЭЦ- Энерго»,
г. Москва
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВНУТРИ ПОТРЕБИТЕЛЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭНЕРГОАУДИТА
Структура годового энергопотребления магазина малого формата

Недостаточная загрузка привода ведет к дополнительным потерям электроэнергии. По осторожной оценке, эта величина достигает 3-4% от суммарного потребления электроэнергии двигательной нагрузки (особенно низковольтного электропривода). При снижении объемов производства часть привода не отключается по технологическим «соображениям». В этот период привод работает с более низким коэффициентом использования номинальной мощности (или вообще работает в холостую).
Это естественно увеличивает потери в электроприводе. По представленным замерам и упрощенным расчетам установлено, что средняя загрузка электропривода не превышает значения 50-55% от номинальной мощности электропривода. Неоптимальная загрузка асинхронных двигателей (АД) приводит к тому, что фактические потери превышают нормируемые. Снижение тока непропорционально снижению мощности – из-за уменьшения коэффициента мощности. Этот эффект сопровождается неоправданными дополнительными потерями в распределительных сетях. Расчетная зависимость уровня потерь электроэнергии в двигателях от уровня их загрузки может быть отражена виде графика (см. рис. 8). Одна из характерных «ошибок» – использование в расчетах усредненного значения сos , что ведет к искажению фактической картины соотношения активной и реактивной энергии.
Расширяя динамическую область высоких значений КПД и Cos для асинхронного двигателя можно значительно уменьшить потери потребляемой электроэнергии !
Область номинального режима работы асинхронного двигателя при паспортных значениях
КПД , Cos и коэффициенте нагрузки -1

Рис. 2 - Последние эволюции в конструктивных аспектах асинхронный двигателей

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Рабочими характеристиками называются графические зависимости частоты вращения n2
, полезного момента на валу M2, тока в фазе статора I1, КПД η и cosφ1 от полезной мощности Р2 при U1=const и f1=const. Характеристики строятся для зоны практически устойчивой работы двигателя, т.е. до скольжений (1,1-1,2) SH. Примерный вид рабочих характеристик, построенных в относительных единицах, представлен на рисунке 3-15.
Рис. 3.15
Зависимость n2(P2) практически линейна и кривая слабо наклонена к оси абсцисс, т.к. SH≈(0,08-0,1) и момент практически линейно зависит от скольжения.
Поскольку n2 изменяется мало, зависимость М2(Р2) также близка к линейной,
Р2=М2∙Ω 2 и, следовательно М2=Р2/Ω 2 .
Зависимость I1(P2) близка к прямой. Это свидетельствует о том, что активная составляющая тока пропорциональна полезной мощности Р2. Реактивная составляющая тока в диапазоне рабочих нагрузок меняется мало, т.к. она определяется током ХХ, который составляет 20-40 % от номинального тока. Поэтому зависимость I1(P2) выходит не из начала координат.
Зависимость cosφ1=f(P2) показывает: при малых нагрузках cosφ1 имеет низкие значения (0,1-0,3). С увеличением нагрузки cosφ1 увеличивается, достигая максимума (0,75-0,9) при нагрузке, близкой к номинальной. С ростом нагрузки и мощности активная составляющая мало изменяется по сравнению с режимом ХХ.
Зависимость η(Р2) имеет такой же характер, как и у трансформатора. Максимум КПД имеет место при нагрузках, немного меньших номинальных.

Наглядное увеличение КПД:
Благодаря существенному
росту КПД в сравнении
со стандартными
асинхронными двигателями,
энергосберегающие
асинхронные двигатели
позволяют снизить
эксплуатационные расходы,
экономя электроэнергию
и улучшить экологию,
предотвращая выбросы CO2
в атмосферу при ее
избыточном производстве
Энергосберегающие
асинхронные двигатели
с короткозамкнутым
ротором:
1LA9 160L, 1LA9 100L
исполнение с фланцем

Энергосберегающий асинхронный двигатель с совмещенными обмотками
Основные преимущества:
Меньший потребляемый ток 20-35% в зависимости от режима;
Более высокий пусковой момент на 35%;
Меньшие пусковые токи на 35%;
Больший минимальный момент на 35%;
Больший максимальный момент на 20%;
Имеют возможность эксплуатации как в режиме работы S1, так и в режиме работы S3;
Улучшены вибро-шумовые характеристики, в среднем уровень звука ниже на 5ДБ;
Имеют повышенную надежность: сервис фактор 2,5;
КПД и cos , близкий к номинальному в диапазоне нагрузок от 25 до 150%;
Более «мягкая» механическая характеристика;
Большая перегрузочная способность.

По мнению международных экспертов, 90% существующего парка насосных агрегатов потребляют на 60% больше электроэнергии, чем это требуется для существующих систем. Несложно представить, какие объемы природных ресурсов можно сберечь, если учитывать, что доля насосов в общемировом потреблении электрической энергии составляет около 20%.
Европейским союзом разработан и принят к действию новый стандарт IEC 60034-30, согласно которому установлено три класса энергоэффективности (IE - Международная энергоэффективность) односкоростных трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:
IE1 – стандартный класс энергоэффективности - примерно эквивалентен классу энергоэффективности EFF2, применяемому сейчас в Европе;
IE2 – высокий класс энергоэффективности - примерно эквивалентен классу энергоэффективности EFF1,
IE3 – высший класс энергоэффективности - новый класс энергоэффективности для Европы.

Современное состояние исследований и разработок в области реализации проекта
В последние годы, в связи с появлением надёжных и приемлемых по цене преобразователей частоты, широкое распространение стали получать регулируемые асинхронные приводы. Хотя их цена и остаётся достаточно высокой (в два–три раза дороже двигателя), они позволяют в ряде случаев снизить потребление электроэнергии и улучшить характеристики двигателя, приблизив их к характеристикам двигателей постоянного тока. Надёжность частотных регуляторов также в разы ниже, чем электродвигателей. Не каждый потребитель имеет возможность вложить такие огромные деньги на установку частотных регуляторов. В Европе к 2012 году лишь 15% регулируемых электроприводов укомплектовано двигателями постоянного тока. Поэтому актуально рассматривать проблему энергосбережения главным образом применительно к асинхронному электроприводу, в том числе частотно-регулируемому, оснащённому специализированными двигателями с меньшей материалоёмкостью и себестоимостью.
В мировой практике сложилось два основных направления решения указанной проблемы:
Первый – энергосбережение средствами электропривода за счёт подачи конечному потребителю в каждый момент времени необходимой мощности.
Второй – производство энергоэффективных двигателей, удовлетворяющих стандарту IE-3.