График работы Пн-Пт с 8:00 до 17:00

Новости ОАО

Высокоэффективные системы. Применения синхронных двигателей

22.02.2022 15:26

Электродвигатели с ротором на постоянных магнитах являются наиболее вероятной моделью «вечного двигателя». Многие ученые работали и работают над этой темой, но совершенной конструкции «вечного двигателя», пока не создали. Синхронный двигатель является электрической машиной, работающей в сети переменного тока. Они называются так потому, что частота вращения вала ротора точно соответствует частоте магнитного поля, т.е. вращаются синхронно, индуцируемого статором. Если частота токов статора постоянна, то и ротор вращается со строго постоянной частотой вращения. Электродвигатели по принципу работы бывают синхронными и асинхронными, а по количеству фаз питающего напряжения подразделяются на одно- и трех фазные. Главным их отличием, в не зависимости от фаз является то, что скорость магнитодвижущей силы статора в синхронных двигателях равна скорости вращения ротора, а в асинхронных двигателях эти скорости не совпадают, ротор вращается медленнее магнитного поля статора и не достигает трёх тысяч оборотов в минуту.

К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

– работу при высоком значении коэффициента мощности – вплоть до единицы;

– высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности;

– стабильность частоты вращения не зависит от изменения величины механических нагрузок на валу;

– сохранение нагрузочной способности даже при скачках и асимметрии напряжения в сети питания;

– неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу;

– экономичность.

Области применения синхронных электродвигателей в последнее время расширяются. При появлении преобразователей частоты синхронный двигатель стал использоваться в качестве привода автоматических систем, высокоскоростных приводах станков, металлообрабатывающих центров, роботостроении, погружных насосных агрегатах. Их стали применять также независимо от мощности в тех случаях, когда, требуется постоянство скорости вращения электропривода. В дальнейшем применение синхронных двигателей все больше должно расширяться, даже и для механизмов с регулируемой скоростью вращения и с равномерной нагрузкой.

Наибольшее применение синхронные машины нашли в энергетике, которые могут работать как генераторами, так и электродвигателями. В настоящее время основными источниками электроэнергии остаются синхронные генераторы на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях. В зависимости от типа привода синхронные генераторы делятся на турбогенераторы, гидрогенераторы и дизельные генераторы.

Особенность синхронных электродвигателей делает привлекательным его использование в качестве источника реактивной энергии, что позволяет гибко регулировать значение коэффициента мощности и уровня напряжения в сети. Сравнительные расчеты применения синхронных двигателей в качестве компенсирующих устройств показывают, что помимо наименьших капитальных затрат при строительстве в сравнении с другими видами компенсирующих устройств, например статический конденсатор, синхронные двигатели имеют более экономичные эксплуатационные показатели. Поэтому для улучшения «косинус фи» крупных электроустановок на электрических подстанциях устанавливают синхронные двигатели, работающие в режиме холостого хода с опережающим по фазе током. Их называют компенсаторами реактивной мощности.

Синхронные двигатели являются незаменимыми в качестве привода в различных механизмах горнорудной, металлургической, металлообрабатывающей промышленности и на строительстве. Синхронные электродвигатели являются самыми мощными, достигающих нескольких десятков мегаватт, и широко применяют для привода мощных воздуходувок доменной печи, угольных и цементных мельниц, компрессорных, насосных и вентиляционных установок, прецизионных обрабатывающих станках, подъёмно-транспортных машинах, конвейерах и прокатных станах, в высокопроизводительных гильотинных ножницах, где имеются большие ударные нагрузки на ротор электродвигателя.

Строгое постоянство частоты вращения обусловливает широкое применение синхронных микродвигателей мощностью от долей ватта до сотен ватт. Они имеют упрощенную конструкцию и применяют для привода автоматических регистрирующих и самопишущих приборов, магнитофонов, печатных машин полиграфии, в системах звука - и видеозаписи и так далее. Синхронный двигатель часто применяется, как микродвигатель в часах, фотоаппаратах и в точном приборостроении. 

Большая часть компьютерной техники имеет высокую продуктивность и оснащена синхронными шаговыми электродвигателями, независящими от их мизерных размеров. 

Использование синхронных двигателей малой мощности может значительно расширить область применения для привода глубинных насосных установок на нефтяных промыслах, на нефтегазоперерабатывающих заводах и нефтегазоперекачивающих станций магистральных трубопроводов.

В настоящее время в насосном оборудовании, а это скважинные, циркуляционные, повысительные, фекальные и другие насосы, в качестве привода которых, всё больше стали применять синхронные электродвигатели на постоянных магнитах. 

Для погружных синхронных электродвигателей с ротором на постоянных магнитах КПД на 13% выше асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. При этом синхронные электродвигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими электродвигателями обладают лучшими показателями: мощность/объем, момент/инерция и другие.

Мировой опыт показывает, что повысить энергоэффективность погружных скважинных насосов и процесса подачи воды в современных системах водоснабжения позволяет применение синхронного электродвигателя. У европейского производителя фирмы Franklin Electric появились высокоэффективные системы с погружным электродвигателем на постоянных магнитах для привода скважинных насосов. Исследования компании «Franklin Electric» показывают, что система (насос-электродвигатель) с синхронным приводом до 11% эффективнее по сравнению с аналогичной системой, имеющей асинхронный привод. Данная система получила наивысший класс А по энергоэффективности в Европе.

ОАО «Завод Промбурвод» в свою очередь разработал конструкторскую документацию, провел эксплуатационные испытания на надёжность и поставил на производство синхронный электродвигатель на постоянных магнитах. Данный двигатель со скважинным насосом, системой управления и удаленного мониторинга вошли в состав высокоэффективной системы подачи воды.

Более подробную информацию о высокоэффективных системах подачи воды, её эффективности и применении можно ознакомиться в научно-практическом пособии «Рекомендации по применению высокоэффективного насосного оборудования для водозаборных скважин» на https://promburvod.com/image/files/RecomendA5WEB.pdf, которые содержат:

– номенклатуру;

– устройство погружных скважинных насосов;

– конструктивные особенности синхронных двигателей на постоянных магнитах;

– сравнительные испытания применяемых скважинных насосов с асинхронными и синхронными электродвигателями;

– экономическую эффективность;

– технико-экономическое обоснование замены применяемых электронасосных агрегатов с асинхронным приводом на высокоэффективные системы подачи воды;

– результаты апробации высокоэффективных систем подачи воды в условиях водозаборов Республики Беларусь. 

А.С. Козорез