Русский параметрический электродвигатель Яловеги
В современной промышленности основным потребителем электроэнергии являются электродвигатели. Таким образом, внедрение новых энергосберегающих двигателей может значительно сократить энергозатраты на производство продукции. В связи с этим ниже изложен материал по новому двигателю РПЭДЯ (русский параметрический электродвигатель Яловеги)
Энергосберегающие двигатели, типа РПЭДЯ созданы для замены трехфазных асинхронных двигателей (АД) и двигателей постоянного тока. РПЭДЯ, при выполнении аналогичной с трехфазными АД работы, потребляют в 3 - 4 раза меньше, а в отдельных случаях в 5 - 6 раз меньше электроэнергии.
Трехфазные асинхронные электродвигатели имеют хорошие энергетические показатели только в одной точке - точке номинального режима их эксплуатации. В реальных условиях, такой режим работы почти не встречается. РПЭДЯ имеют хорошие энергетические показатели в широком диапазоне изменения параметров, значительно отличающегося от номинального режима его эксплуатации.
Еще одной сильной стороной изобретения, является то, что энергосберегающие РПЭДЯ могут быть изготовлены в металлоконструкции стандартных трехфазных АД путем относительно простой замены статорной обмотки. Металлоконструкция АД и вся технология его сборки остаются прежними. Нет необходимости переучивать персонал и оснащать производство, какими либо новыми станками и оборудованием.
История изобретения
Более 100 лет изобретатели во всех промышленно развитых станах мира предпринимали безуспешные попытки изобрести такие электродвигатели, которые могли бы заменить двигатели постоянного тока более простыми, надежными, компактными и дешевыми как асинхронные, но с простым и удобным регулированием частоты вращения вала, как у двигателей постоянного тока.
Решение было найдено в середине шестидесятых годов Н.В. Яловега. Вначале были изобретены двухфазные электродвигатели, включаемые в трехфазную сеть непосредственно, без фазосдвигающих устройств. Позднее были разработаны более совершенные шестифазные по числу независимых обмоток статора и трехфазные по источнику питания параметрические электродвигатели переменного тока. Эти работы явились основой нового направления построения электрических машин переменного тока.
Серьезные и беспристрастные испытания, проведенные в 1992 году в Австрии на специализированном электромашиностроительном предприятии «ЭЛИН» подтвердили уникальные функциональные характеристики и энергосберегающие свойства этих двигателей. Здесь в маленьком австрийском городке Weiz, появилось название новых двигателей: Русские Параметрические Электродвигатели Яловеги, сокращенно РПЭДЯ.
Почему так? Дело в том, что в Европейских странах и США все, что создано специалистами из России или СССР, и попало на Запад, называют «Русским». Например, известная американская компания REDA, расшифровывается, как Русские Электродвигатели Арутюнова.
Чем принципиально отличается РПЭДЯ от ад?
Традиционный АД можно представить как три однофазных электродвигателя в единой электромагнитной системе: AN; BN; CN, сдвинутые по фазе на 120 градусов, (схема звезда) и включаемые непосредственно в трехфазную сеть. Комплекс трех однофазных неустойчивых двигателей, делает и трехфазный АД на 95 % скоростного диапазона неустойчивым. Следствием чего, является плохая (скверная) форма механической характеристики.
Рисунок 12 – Схема включения обмоток трёхфазного двигателя
Малый пусковой момент вынуждает конструкторов и специалистов по эксплуатации оборудования, завышать установочную мощность АД в 1,5 - 2 раза, а в случаях тяжелого пуска в 3 - 4 раза. Сразу после пуска, такой электродвигатель попадает в зону низких КПД и коэффициента мощности. Происходит большое, по отношению к выполняемой работе, потребление электроэнергии.
Рисунок 13 – Механическая характеристика трёхфазного двигателя
РПЭДЯ можно представить как три двухфазных электродвигателя в единой электромагнитной системе, включаемой без фазосдвигающих устройств непосредственно в трехфазную сеть. Комплекс трех устойчивых двухфазных двигателей, делает РПЭДЯ устойчивым во всем скоростном диапазоне. Следствием чего, является благоприятная форма механической характеристики, без зон неустойчивой работы.
Рисунок 14 – Схема включения обмоток РПЭДЯ
У РПЭДЯ при перегрузке частота вращения вала уменьшается, но при этом, ток практически не растет. То же происходит и при внезапном падении напряжения в цепи. Двигатель продолжает экономично работать с меньшими оборотами, не перегреваясь. После восстановления напряжения питания до номинального уровня, РПЭДЯ автоматически самозапускаются и выходят на расчетный режим работы. Это идеальное качество при «тяжелом пуске» с большим временем переходного процесса, когда требуется «раскрутить» нагрузку с моментом сопротивления значительно, в 2 – 3 и более раз, превышающим номинальный момент.
Рисунок 15 – Механическая характеристика РПЭДЯ
При недогрузке, коэффициент мощности АД, резко падает, попадая в область низких значений. При перегрузке, частота вращения вала АД уменьшается незначительно, а ток резко растет, двигатель перегреваться. При недогрузке коэффициент мощности РПЭДЯ падает плавно, оставаясь в области высоких значений, за счет чего такой электродвигатель работает очень экономично.
Рисунок 16 – Зависимость Cos φ от P/Pн
КПД АД резко падает при понижении напряжения питания. ГОСТ 183 - 74 допускает падение напряжения не более 5 % от номинального значения. В реальных условиях эксплуатации падение напряжения составляют 30 % и более. КПД РПЭДЯ, снижается плавно, сохраняя высокие показатели даже при значительных падениях напряжения.
Эксперименты подтвердили этот факт. РПЭДЯ в отличие от АД имеет высокие энергетические показатели не только в одной точке номинальной работы двигателя, но и в широком скоростном диапазоне, а так же при значительных отклонениях от номинального режима.
Рисунок 16 – Зависимость КПД от U/Uн
Это свойство РПЭДЯ позволяет даже в нерегулируемом приводе экономить в 2 –3 раза электроэнергию. А это не только энергосберегающий режим работы, но и повышенная надежность в работе.
Изобретенные энергосберегающие электродвигатели могут быть спроектированы любой мощности, вплоть до десятков мегаватт.
РПЭДЯ по критериям энергосбережения, надежности работы в штатных и критических режимах, массогабаритным показателям значительно превосходят АД.
Какими свойствами обладают РПЭДЯ
Регулируются при неизменной частоте тока путем плавного изменения величины напряжения во всем скоростном диапазоне.
Механическая характеристика устойчивая и пусковой момент максимальный и в 2 - 3 раза больше, чем у АД.
При неноминальной нагрузке энергетический КПД снижается незначительно, в отличие от АД.
При колебаниях напряжения, в том числе падении в несколько раз, не "опрокидывается", как АД, а устойчиво продолжает работать с меньшей мощностью, но с высоким КПД.
Понижена кратность пусковых токов с 7 до 3,5.
Критическая перегрузка двигателя сопровождается плавным снижением оборотов вала - критический момент и резкий останов отсутствует.
Массогабаритные показатели снижены на 25 % - 100 %, при сохранении посадочных мест двигателя аналогичной мощности и назначения.