Распечатать

Электропривод

“ЭМАШ” – энергоэффективные двигатели нового поколения

19.12.2016

Источник: ЭМАШ, ООО

Екатеринбургская школа проектирования электродвигателей всегда была одной из ведущих в России. И неудивительно, что компания “ЭМАШ”, организованная выпускниками и сотрудниками Уральского федерального университета, работает сегодня над несколькими линейками электродвигателей, во многом опережающих самые современные требования. С подробностями - руководитель фирмы Владимир Прахт.

Владимир Алексеевич, компания “ЭМАШ” занимается созданием ряда инновационных электродвигателей, в число ваших интересов входит электроизмерительная и приводная техника, а на что вы делаете упор?

“ЭМАШ” фокусируется на синхронных реактивных двигателях (СРД). Мы занимаемся разработкой энергоэффективных СРД без магнитов в конструкции с классом энергоэффективности IE4 по новому стандарту МЭК 60034-30-2, а также разработкой СРД с ферритами в роторе класса IE5. Также компания разработала малогабаритный синхронный реактивный двигатель без магнитов в конструкции, который имеет более высокий КПД, меньшую высоту оси вращения и в два раза меньшую массу, чем асинхронный двигатель класса IE3.

Синхронные реактивные двигатели существенно превосходят по энергетическим показателям асинхронные двигатели, но требуют использования преобразователя частоты. Насколько легко решить задачу бездатчикового управления, и для каких применений лучше использовать СРД?

Задача  управления СРД нелегкая, но очень интересная и решаемая. Синхронные реактивные двигатели без магнитов в конструкции лучше использовать в насосах, вентиляторах, компрессорах. Также их можно применять в сервоприводах,  электрошпинделях, станках и высокоскоростных приложениях. Для тягового привода и подъемно-транспортных механизмов, вероятно, лучше подходят СРД с ферритами в роторе. Сейчас ведущие мировые производители электроприводов активно вкладываются в развитие  технологии синхронного реактивного сервопривода.

В портфель “ЭМАШ” входят преобразователи частоты и инверторы. Даже крупные производители приводной техники зачастую имеют внешних поставщиков электроники…

Мы в основном разрабатываем электродвигатели. Для каких-то уникальных приложений, к примеру, для высокоскоростных двигателей со скоростью вращения ротора выше 20000 об/мин, “ЭМАШ” использует двигатель и преобразователь частоты собственной разработки.

Высокоскоростной электродвигатель (28000 об/мин, мощность 2.2 кВт)

Если говорить о нашем СРД без магнитов, то в этом случае можно использовать как преобразователь частоты “ЭМАШ”, так и ПЧ европейского производства. Уже как минимум три компании из Европы разработали линейки преобразователей частоты для управления синхронными реактивными двигателями.

Энергоэффективный синхронный реактивный двигатель взрывозащищенного исполнения

В чем основное отличие нового стандарта МЭК 60034-30-2 от хорошо известного МЭК 60034-30-1?

Для достижения высокого класса энергоэффективности по новому стандарту нужно обеспечить высокий КПД не только при номинальной скорости и номинальной нагрузке, но и при пониженной нагрузке. Это особенно важно для приложений с частотно-регулируемым приводом. Например, по статистике насос основную часть времени работает недогруженным и только в часы пик функционирует под номинальной нагрузкой. Поэтому разумно при определении класса энергоэффективности двигателей, питающихся от преобразователя частоты, учитывать КПД в широком диапазоне скоростей и моментов.

При таком подходе асинхронный двигатель одного из европейских лидеров, имевший по старому стандарту МЭК 60034-30-1 класс энергоэффективности IE3, отвечает лишь требованиям самого низкого класса IE1 по новому стандарту МЭК 60034-30-2. Это связанно с тем, что КПД асинхронного двигателя под пониженной нагрузкой существенно ниже, чем КПД при номинальной нагрузке.

Стандарт МЭК 60034-30-2 Rotating electrical machines – Part 30-2: Efficiency classes of variable speed AC motors (IE-code) устанавливает уровни классов энергоэффективности для двигателей с регулированием скорости вращения, питающихся от ПЧ. Согласно этому стандарту, при определении IE-класса КПД двигателя должен быть измерен не только в номинальном режиме, но и в ряде режимов с пониженными моментом и скоростью вращения. Для двигателей, работающих на насосную (вентиляторную) нагрузку, общий (нормативный) КПД ( ) определяется в соответствии с формулой:здесь Eff1 – КПД двигателя на номинальной скорости и при номинальном моменте, Eff2– КПД двигателя на скорости 75% от номинальной и при моменте на валу 50% от номинального, Eff3– КПД двигателя на скорости 50% от номинальной и при моменте на валу 25% от номинального. После определения общего КПД (Efftotal) может быть определен класс энергоэффективности двигателя, питающегося от преобразователя частоты.

Насколько велик интерес в России к энергоэффективным двигателям (ЭЭД)?

В целом интерес к ЭЭД в России сегодня невысок. Заинтересованность проявляют лишь несколько предприятий. Для этого есть вполне объективные причины. Во-первых, в нашей стране существенно ниже цены на электроэнергию, чем в Европе: например, в Германии для промышленных предприятий средняя цена кВт·час составляет 0,2 Евро (14,1 руб), а в России – около 3,9 руб. Поэтому инвестиции в энергосберегающие проекты в Европе окупаются намного быстрее, чем в России. Во-вторых, в странах ЕС действует директива, в соответствии с которой с 2015 года все вновь вводимые двигатели мощностью выше 7,5 кВт, питающиеся от сети, должны иметь класс энергоэффективности не ниже IE3. Очевидно, что в обозримом будущем будет утверждена подобная директива и для двигателей, питающихся от преобразователей частоты в соответствии с классами энергоэффективности по новому стандарту МЭК 60034-30-2. Такая разумная политика стимулирует европейских производителей заниматься разработкой энергоэффективных двигателей и вкладываться в новые технологии. У нас ситуация иная. Не раз общался с руководителями крупных отечественных предприятий, все они сходятся в едином мнении: “Ничего нового делать и разрабатывать не будем, пока законодательно не закрепят, что нужно ставить класс энергоэффективности не ниже IE3… или хотя бы не ниже IE2”.

Cтоит ли России повторять путь ЕС и вводить ограничение на использование электродвигателей классов энергоэффективности ниже IE3? Быть может, лучше сразу переходить к IE4, минуя IE3?

Все нужно делать постепенно. Вначале необходимо запланировать в России запрет на использование двигателей не ниже класса энергоэффектвиности IE3 (по стандарту МЭК 60034-30-1) для двигателей, питающихся от сети, и не ниже класса IE2 (по стандарту МЭК 60034-30-2) для двигателей, питающихся от преобразователя частоты. В каком году? Уже сейчас нормативы можно принять законодательно с введением ограничений через три-четыре года, чтобы у предприятий было время и возможность адаптироваться к новым условиям. Это дало бы очень мощный импульс в развитии российского электромашиностроения. А уже через несколько лет, после реализации этих мер, можно обсуждать следующие уровни: когда вводить новые нормативы, соответствующие классу IE4 по старому стандарту и классу IE3 по новому стандарту.

Какие преимущества имеют электродвигатели из порошковых композиционных магнитомягких материалов (ПКММ)?

В области ПКММ в последнее время удалось создать материалы, которые могут применяться в электромеханике. Изготовление электрических машин (двигателей или генераторов) из порошковых композиционных магнитомягких материалов с использованием технологии пресс-форм позволяет организовать безотходное производство и тем самым снизить себестоимость продукции. Кроме того, использование ПКММ дает возможность изготавливать электрические машины новых конструкций, в которых отсутствуют лобовые части обмотки и лучше используется объем магнитопровода статора, что позволяет снизить массогабаритные характеристики и повысить КПД машины.

Статор и ротор двигателя из порошковых композиционных магнитомягких материалов

Эксперты прогнозируют серьезный рост рынка двигателей на постоянных магнитах. Одним из драйверов роста может стать транспорт. К примеру, потребление энергии в токийском метро снизилось на треть благодаря установке в поездах синхронных двигателей на постоянных магнитах с SiC-инверторами. Подобные электродвигатели уже активно используют в китайском транспорте. Стоит ли ожидать этого в России?

Да, в транспорте и подъемно-транспортных механизмах применение двигателей с магнитами оправданно. Также обоснованно применение двигателей с магнитами в приложениях, где важно снизить массу, или в приложениях с аккумуляторным питанием. Рост рынка двигателей с магнитами виден невооруженным глазом. Однако вы сейчас говорите о синхронных двигателях с магнитами на поверхности ротора или в роторе. В русскоязычной литературе такие двигатели иногда называются вентильными двигателями. В таких двигателях чаще всего используются редкоземельные магниты. А сырье для редкоземельных магнитов добывается в Китае, там ведется основная добыча этих элементов. Такая зависимость от Китая очень опасна, к примеру, в начале 2010-х в какой-то момент цены на редкоземельные магниты резко поднялись. Это может повториться вновь. Поэтому многие производители в Европе и по всему миру хотят уйти от этой зависимости и от использования редкоземельных магнитов.

Запросы на такие решения встречаются очень часто. Поэтому компания “ЭМАШ” занялась разработкой СРД с ферритовыми магнитами. Эти магниты доступны и стоят существенно дешевле магнитов из редкоземельных элементов. Кроме того, СРД “ЭМАШ” с ферритовыми магнитами показали на экспериментах по КПД превосходство над производимыми серийно синхронными двигателями с редкоземельными магнитами.

Один из лидеров приводной техники недавно предложил своим клиентам услугу подбора опытным путем оптимальной пары «привод – двигатель» для повышения эффективности оборудования. Может ли это быть интересно нашим потребителям?

Это может быть интересно при расчете экономического эффекта при установке энергосберегающих приводов. Собственнику предприятия должно быть интересно, сколько средств он сэкономит и когда вернутся инвестиции. А это невозможно рассчитать, не имея экспериментальных данных по КПД электропривода в широком диапазоне скоростей и нагрузок. У себя в лаборатории мы измеряем как КПД двигателя, так и КПД преобразователя частоты, а также разрабатываем методики расчета экономического эффекта для типовых механизмов (насосы, вентиляторы, компрессоры и др.).

Испытательная установка, для измерения КПД двигателя

Кроме того, стоит говорить не о паре – привод - двигатель, а о тройке. Необходимо учитывать еще и особенности режима работы механизма, в котором будет установлен привод. Разные приложения характеризуются разным профилем нагрузки. Новый стандарт МЭК 60034-30-2 разрабатывался для того, чтобы обеспечить оптимальность работы регулируемого двигателя в конкретном приложении. В частности, из этого принципа была выведена формула (1) для расчёта для насосной (вентиляторной) нагрузки. Согласно тому же стандарту, для конвейерной нагрузки расчет ведется по-другому принципу: на основе четырех значений КПД в режимах, типичных для конвейерного приложения.

“ЭМАШ” - один из двух российских производителей приводной техники, участвующих в крупнейшей европейской выставке по приводной технике SPS/IPC/DRIVES-2016. Каковы ваши ожидания от выставки? Чем может быть интересна компания европейским клиентам?

Мы ищем крупных индустриальных партнеров с целью разработки и организации производства линейки энергоэффективных синхронных реактивных двигателей для насосов, вентиляторов, компрессоров и другого оборудования. Чем мы можем быть интересны? Своими достижениями в области проектирования двигателей и новейшими разработками и технологиями. Мы работаем на опережение, “ЭМАШ” – первая компания, которая сделала двигатель без магнитов в конструкции класса энергоэффективности IE4 по новому стандарту МЭК 60034-30-2. Так, к примеру, СРД без магнитов в конструкции ведущих европейских производителей, доступных на рынке сегодня, имеют лишь IE4 класс по старому стандарту и класс IE2 по новому стандарту.

Если для компании будет создаваться слоган, то он должен звучать примерно так: “ЭМАШ” – электродвигатели будущего". Вы занимаетесь энергоэффективными двигателями нового поколения, разрабатываете синхронные реактивные машины, создаете новые конструкции двигателей с применением порошковых композиционных магнитомягких материалов… Как удается заниматься таким широким спектром работ?

Как удается?! Возможно, потому, что это очень интересно – разрабатывать новые конструкции двигателей. Легко заниматься любимым делом, когда оно приносит удовольствие, зажигает и вдохновляет… В ближайшее время мы планируем завершение разработок и проведение испытаний для еще нескольких новых конструкций и опытных образцов, в их число входят малогабаритный многополюсный высокомоментный двигатель и синхронный реактивный двигатель с питанием напрямую от электрической сети класса энергоэффективности IE5. Также в “ЭМАШ” сейчас ведутся работы по инверторным генераторам с переменной скоростью вращения.

Что вы можете предложить российским компаниям?

Для производителей насосов, вентиляторов, компрессоров, лифтов и другого оборудования, где применяется частотно-регулируемый привод, компания "ЭМАШ" готова разработать, организовать производство и поставки энергоэффективных синхронных реактивных двигателей. Мы можем быть полезны и электромашиностроительным предприятиям или конструкторским бюро, разрабатывающим новую продукцию, – готовы спроектировать новый двигатель или генератор по техническому заданию заказчика.

Автоматизация 03.02.2020 С новым ABB Ability™ Smart Sensor пользователь имеет возможность дистанционно контролировать состояние оборудования цифрового электропривода, расположенного во взрывоопасных зонах и получать упрощенный доступ к улучшенной аналитике данных и ее расширенную функциональность.
Электропривод 02.10.2019 Золотую медаль за инновационную трансмиссию eAutoPowr и интеллектуальную систему e8WD получила компания John Deere от Сельскохозяйственного общества Германии (DLG). Еще за 39 продуктов и решений были отмечены серебряными наградами.
Электропривод 30.09.2019 Компания Sumitomo Heavy Industries достигла соглашения о приобретении производителя частотно-регулируемых приводов Invertek Drives. Как сообщается в релизе, это очередной шаг стратегии по развитию бизнеса, как с точки зрения увеличения портфеля, так и расширения охвата мирового рынка.
Электропривод 30.09.2019 Компания Schaeffler выходит на рынок двигателей для электромобилей с модульной технологической платформой высокой степени интеграции. Ряд применений варьируется от гибридных модулей и специализированных гибридных трансмиссий (DHT) до электрических двигателей для электрических мостов.
Электропривод 10.09.2019 Компания ABB выиграла заказы на сумму более 140 миллионов долларов от швейцарского производителя поездов Stadler на поставку современного тягового оборудования для поездов и локомотивов в США и нескольких европейских странах.
Электропривод 02.09.2019 Преобразователь частоты компании Danfoss получил возможность мониторинга и прогнозирование технического состояния систем с частотным регулированием. VLT AutomationDrive FC 302 позволяет заблаговременно обнаруживать неполадки в приводной системе.
Автоматизация 29.08.2019 Министр промышленности и торговли Российской Федерации Денис Мантуров направил приветствие в адрес участников, гостей и организаторов международной политехнической выставки «Технофорум-2019».
Электропривод 27.08.2019 Cуществует несколько эффективных технологичных мероприятий, позволяющих ускорить процесс внедрения высокоэнергоэффективных двигателей. Одно из них заключается в заливке ротора медным сплавом, обладающим высокой электрической проводимостью, и, следовательно, снижающим потери в обмотке ротора.