Популярный промышленный электродвигатель сделали эффективнее, взяв магнитное поле под контроль
Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали метод, позволяющий вдвое уменьшить суммарные потери энергии при работе асинхронных двигателей. Это электродвигатели, составляющих основу современного промышленного оборудования: на них приходится около 80% всех используемых электродвигателей в мире.
Асинхронные двигатели дешевые и надежные, но тратят много энергии и плохо управляемы, так как работают за счет вращающегося магнитного поля. Ток статора (неподвижной части) создает магнитное поле, которое «опережает» ротор (подвижную часть), заставляя его крутиться. Скорость вращения поля зависит от частоты подаваемого тока, и чтобы ее изменить — нужно менять частоту, что требует сложных устройств-преобразователей. Кроме того, механизмы должны поддерживать работу магнитного поля даже при малой нагрузке. Из-за этого образуется реактивная мощность, которая не совершает полезной работы, а нужна лишь для создания магнитного поля в обмотках статора и ротора. Это приводит к большому перерасходу электроэнергии.
Челябинские ученые научились автоматически регулировать магнитное поле внутри двигателя — уменьшать его, когда нагрузка маленькая, и увеличивать, когда нужна бо́льшая мощность. Для этого специалисты разработали устройство, представляющее собой микропроцессорный контроллер.
Мы создали такой алгоритм, который не нарушает устойчивости системы и может корректировать напряжение в диапазоне на 40–50% шире, чем традиционные методы. Это повышает эффективность всей системы. Наше устройство, добавленное к частотному преобразователю, позволит уменьшить реактивную мощность асинхронных двигателей.
Владимир Кодкин
Профессор кафедры «Автоматизированный электропривод» Южно-Уральского государственного университета
Контроллер испытали на полигоне Копейского машиностроительного завода и в шахте. Результаты показали, что потери энергии в асинхронных двигателях уменьшились минимум на 50%, а общие потери снизились в 1,5–2 раза. Крупные нефтедобывающие компании планируют внедрить несколько десятков контроллеров на промыслах — там асинхронные двигатели используют в насосах, компрессорах и другом оборудовании.
