Повышение энергоэффективности асинхронных двигателей

 ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДНЫХ ЛИТЫХ КОРОТКОЗАМКНУТЫХ ОБМОТОК РОТОРОВ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Обзор предложения

     Впервые создана украинская технология изготовления роторов с медной литой обмоткой энергоэффективных взрывозащищенных асинхронных двигателей (ВАД) мощностью от 1,1 до 400 кВт.
     По сравнению с аналогами новое поколение ВАД в тех же габаритах обеспечивает:
·     повышение мощности и перегрузочной способности в 1,3...1,7 раза; повышение КПД на 1,5...3,0% и показателей надежности в 1,5...2,5 раза;
·     снижения уровня звукового давления на 15...20 дБ;
·     устойчивость режимов работы при стохастических нагружениях с частыми пусками (до 160 ч-1).
    ВАД нового поколения обеспечивают энергетическую эффективность на уровне 1...2 классов EFF1 и EFF2  (Европейский союз), федерального Закона ЕРАСТ (США), требующих максимальных уровней КПД, и показателей энергоэффективности двигателей России по ГОСТ Р 51677.
    Особенностью технологии по изготовлению роторов ВАД является применение сплава с повышенной удельной электрической проводимостью 58...60 МСм/м и высокими литейными и механическими свойствами:
·      предел текучести ...57 Мпа;

·      временное сопротивление на разрыв ...214 Мпа;

·      относительное удлинение ...48 %;

·      относительное сужение …50 %.

       Сплав имеет высокую демпфирующую способность,  что обеспечивает уменьшение вибрации и шумов. Например, в электродвигателях 2ЭКВ3,5-90 привода очистного угольного комбайна К-103М с обмотками ротора из нового сплава уровни звукового давления в октавных полосах частот значительно ниже (в среднем на      21 дБ).
 

Ресурсо-энергосберегающая экологически чистая технология  прошла экспертизу и согласование с Луганской областной санэпидемстанцией (Украина) и Государственной инспекцией охраны окружающей среды и природных ресурсов (Россия, Татарстан,  г. Альметьевск).

 При годовом выпуске АД с медной литой обмоткой ротора 4000 шт. – экономический  эффект составит около 6 млн. евро.

Патентная защита. Разработка защищена Патентами Украины и России. Патент № 27993 отмечен Почетной грамотой Государственного Департамента интеллектуальной собственности за 1-е место в номинации «Энергетика» на конкурсе Украины «Лучшее изобретение 2001 года».

 

Инновационный аспект и основные преимущества

Новая технология имеет следующие преимущества: сокращение длины сердечника статора и ротора (экономятся динамная сталь, медь обмотки статора, конструкционная сталь), применяется сплав на основе медного лома для обмотки ротора, который демпфирует шум и уменьшает вибрации.

 

Область применения ВАД – привод машин и механизмов во взрывоопасных производствах угольной, химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей, сланцевой, криогенной и других отраслях промышленности.

 

Стадия разработки  Национальные патенты Украины и России, ноу-хау. Изготовлены образцы двигателей, которые прошли испытания в лабораторных и эксплуатационных условиях. 
 APPROPRIATE TECHNOLOGY FOR MANUFACTURE OF ROTORS WITH THE COPPER SQUIRREL CAGE OF EXPLOSION- PROOF INDUCTION MOTORS

Description

For the first time in the Ukraine was created the innovative technology for manufacture of rotors with the die-cast copper cage destined to the explosion-proof induction motors (EPIMs) rated from 1.1 kW up to 400 kW inclusive.

 The new generation of EPIMs as compared with the similar-sized motors offer the following possibilities:

–          an increase in the output power and overloading ability of EPIMs by factors of 1.3 to 1.7 ;

          an increase in the efficiency in the range from 1.5 to 3 %;

          an increase in the reliability indices by factors of 1.5 to 2.5;

          a decrease in the acoustic pressure level in the range from 15 to 20 dB;

–          stability of operating conditions under stochastic loading including the frequent startings (up to 160 h-1).

           

The explosion-proof induction motors equipped with the new generation of the rotors meet the requirements for the EPACT (Energy Policy Act) federal law in the USA requiring minimum levels of efficiency classes “EFF1” and “EFF2” and analogous indices for IMs in Russia in accordance with the State standard P51677.

 

Innovative Aspects and Main Advantages

The distinguishing feature of technology in manufacturing the rotors for EPIMs is connected with application of the alloy with the heightened conductivity in range from 58.5 to 60  MSm/m and the following casting and mechanical properties:

 

           fluidity limit  equal to 57 MPa;

           rupture strength equal to 214 Mpa;

           relative lengthening equal to 48 %;

           contraction equal to 50 %.

 

The alloy being used possesses the certain damping property providing a decrease in the level of vibration and acoustic noise. For instance, the level of the sound pressure in the audio frequency band, in the case of the EPIM type ЭKB3,5-90 (90 kW, 660/1140 V) meant for driving the coal cutter-loader type K-103M, was lowered by 21 dB.

The used alternative and appropriate technology was undergone by experts examination and coordinated with the Regional   sanitary epidemiological station of Lugansk (the Ukraine) and the State inspection of the environmental protection and natural resources (Russia, Tatarstan, Almetyevsk).

Economical effect, in the special case that the annual production of the EPIM with the die-cast copper squirrel cage will be equals 4.000 units, makes up about € 6 m.

Elaboration is protected by the Ukrainian patents. The patent no.27993 is awarded to the Diploma of the State Department of the intellectual property for the first place at the Ukrainian contest on “The best invention of the 2001 year” (nomination: “Energetics”).

The advanced technology offers the fallowing advantages: contraction of the stator and rotor cores that results in a lowering of the active and structural steel; utilization of the alloy (on the base of the waste copper) damping the acoustic noise and lowering the vibration.

 

Areas of application

Explosion-proof IMs can used for driving the machines and machinery operating under highly inflammable conditions I the coal, chemical, oil, oil-refining, oil-shales, cryogenic and other industry branches.

 

Stage of development

State patens in the Ukraine and Russia, know-how are at hand. By now the samples of of EPIMs are manufactured and checked up at the bench and service tests.