Учёные Южно-Уральского государственного университета разработали уникальный метод улучшения динамических характеристик асинхронных электродвигателей с частотным управлением. Эта технология позволяет значительно снизить потребление электроэнергии и уменьшить негативные воздействия на энергосети благодаря снижению реактивных токов. Результат опубликован в высокорейтинговом журнале «World Electric Vehicle Journal».
Асинхронные двигатели составляют основу современного промышленного оборудования, это примерно 80% всех используемых электродвигателей в мире. Они дешевые и надежные, но очень плохо управляются. У асинхронных двигателей сложнее регулировать скорость и поддерживать стабильность работы, особенно на медленных оборотах. Из-за особенностей конструкции они потребляют много бесполезного электричества (это называется «реактивная мощность»), которое снижает общую эффективность и быстрее разряжает аккумуляторы. Над решением этих важнейших проблем работают ученые во всем мире.
Исследователи ЮУрГУ несколько лет искали способы уменьшить реактивные токи и ускорить динамику. По заданию Копейского машиностроительного завода необходимо было оптимизировать тяговые приводы для самоходных вагонов, которые используются для перевозки породы в угольных шахтах.
«Мы проводили испытания на полигоне завода и в реальных условиях шахты под землей, — рассказывает профессор кафедры «Автоматизированный электропривод» Владимир Кодкин. — Опытный образец самоходного вагона грузоподъёмностью 15 тонн был укомплектован 4-мя мотор колёсами общей мощностью 100квт и ПЧ фирмы «Vacon». Эти испытания позволили получить информацию о работе асинхронного электропривода при динамично изменяющейся нагрузке в широком диапазоне, которую очень сложно получить на лабораторных стендах или в условиях промышленного предприятия».
Благодаря челябинским изобретателям впервые в России была внедрена система частотного регулирования асинхронных двигателей, используемая в промышленном оборудовании высокой мощности – порядка 200 киловатт. Со временем ученые поняли, что полученные знания и опыт могут быть успешно использованы в различных областях экономики, включая промышленность, инфраструктуру и энергетику.
Основная идея новой технологии заключается в адаптивном управлении магнитным полем двигателя. Стандартные методы поддерживают постоянный магнитный поток независимо от степени загрузки привода. Ученые ЮУрГУ предложили автоматически его регулировать: уменьшать при низкой нагрузке и усиливать при повышенной потребности в мощности. Результаты экспериментов показывают, что эффективность двигателей повысится минимум на 50%, а общие потери электроэнергии снизятся в полтора-два раза.
«Наш метод полностью апробирован и внедряется в производство, — комментирует Владимир Кодкин. — Один крупный нефтедобывающий холдинг заказал установку нескольких десятков специальных контроллеров для своих промышленных объектов».
Новая технология имеет большой потенциал для широкого распространения в промышленности, энергетике и транспорте. Она способна оказать значительное влияние на экономическую эффективность предприятий и позволит ежегодно экономить миллиарды рублей на оплате счетов за электричество.