автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Энергоэффективные асинхронные двигатели для насосных агрегатов

004614377

Тютева Полина Васильевна

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность 05.09.01 -«Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 НОЯ 2010

Томск-2010 г.

004614377

Работа выполнена на кафедре Электромеханических комплексов и материалов Энергетического института Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национального исследовательского Томского политехнического университета».

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Муравлева Ольга Олеговна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Литвак Валерий Владимирович

кандидат технических наук Теплов Алексей Иванович

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный технический университет», г. Новосибирск

Защита диссертации состоится «1» декабря 2010 г. в 15:00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.11 при Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу 634034, г. Томск, ул. Усова, 7, уч. корп. 8, ауд. 217.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Национального исследовательского Томского политехнического университета по адресу: г. Томск, ул. Белинского, 55.

Автореферат разослан «20» октября 2010 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, к.т.н., доцент

Дементьев Ю.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема энергосбережения становится все более актуальной в мировом аспекте. Особенно актуальна эта проблема для российской экономики, поскольку в России энергоемкость промышленного производства и социальных услуг оказывается во много раз выше общемировых показателей. Эта проблема еще более обостряется в связи с постоянным увеличением в нашей стране стоимости энергоносителей: природного газа, нефтепродуктов, электроэнергии. В себестоимости продукции в России доля энергозатрат часто становится доминирующей, конкурентоспособность отечественной продукции все больше зависит от экономного расходования энергетических ресурсов.

Опыт освоения рыночных отношений последнее десятилетие показал, что Россия по своим показателям энергоэффективности не всегда может быть достойным конкурентом в едином мировом экономическом пространстве. Поэтому, проблема энергосбережения стала остро актуальной в коммунальной сфере, где энергетические затраты, выраженные в денежной форме, оказались особенно обременительными для российского бюджета и населения. Энергоемкость экономики России в 3 раза выше энергоемкости мировой экономики, в 7 раз больше, чем в Японии, в 4,5 раза больше, чем в США. В сфере жилищно-коммунального хозяйства российские нормы расхода тепла и воды в 3 раза выше, чем у Финляндии и Норвегии.

Насосные агрегаты на основе асинхронных двигателей (АД) являются одними из самых массовых потребителей электроэнергии, потребляя около 25 % всей вырабатываемой электроэнергии. Один из путей повышения экономичности электропривода (ЭП) насосных агрегатов связан с использованием энергоэффективных АД. В таких машинах за счет увеличения массы активных материалов, применения высококачественной изоляции и оптимизации конструкции снижаются потери энергии, и происходит повышение их КПД на несколько процентов. Направление развития электрических машин, связанное с повышением их энергоэффективности, в первую очередь, связано с ростом цен на энергоносители и ограничениями, связанными с глобальным потеплением. Именно эти процессы обуславливают поиск способов повысить энергоэффективность АД, разрабатываемых для ЭП насосных агрегатов.

Разработки по созданию энергоэффективных АД, проектируемых в соответствии с новейшими требованиями по снижению энергопотребления, ведутся большей частью зарубежными фирмами (США, Финляндия, Нидерланды, Италия, Великобритания и т.д.). Разработка новой серии АД требует огромных вложений в производство, именно с этим связаны основные сложности с созданием энергоэффективных АД в России. Поэтому решение вопросов с разработкой новых подходов к проектированию энергоэффективных АД, предназначенных для регулируемого электропривода (РЭП), является актуальным, имеет научную новизну и практическую значимость.

Цель работы. Разработка подходов к проектированию энергоэффективных АД, предназначенных для насосных агрегатов. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Разработать компьютерную модель проектирования энергоэффективных АД, / позволяющую проектировать энергоэффективные асинхронные двигатели. /

2. Создать компьютерную модель оценки экономической эффективности использования энергоэффективных АД в регулируемых электроприводах насосных агрегатов в жилищно-коммунальном хозяйстве при реализации различных способов регулирования.

3. Разработать алгоритмы и программно-вычислительные комплексы для ЭВМ на основе компьютерных моделей проектирования энергоэффективных АД и оценки экономической эффективности использования энергоэффективных АД в регулируемых электроприводах насосных агрегатов.

4. Оценить изменение срока службы изоляции, уровня шума и вибрации при проектировании энергоэффективных АД.

5. Провести экспериментальное исследование, направленное на проверку результатов компьютерного моделирования энергоэффективных АД при использовании двигателей с большей высотой оси вращения.

Научная новизна

1. Разработана компьютерная модель проектирования энергоэффективных АД, позволяющая проектировать энергоэффективные асинхронные двигатели при изменении длин сердечников статора и ротора и использовании машин большей высоты оси вращения.

2. Предложена компьютерная модель экономической оценки эффективности работы АД в регулируемом электроприводе, позволяющая оценить экономическую эффективность использования общепромышленных и энергоэффективных двигателей в составе насосных агрегатов при реализации различных способов регулирования.

3. Разработаны алгоритмы для создания программно-вычислительных комплексов по проектированию энергоэффективных АД и экономической оценке эффективности их работы в регулируемом электроприводе насосных агрегатов.

4. Исследовано изменение срока службы, надежности изоляции обмотки статора, уровня шума и вибрации при использовании энергоэффективных АД.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволили разработать программно-вычислительные комплексы и компьютерные модели для проектирования энергоэффективных АД и оценки их экономической эффективности, направленных на повышение экономической эффективности работы АД в составе насосного агрегата.

1. Разработан программно-вычислительный комплекс для проектирования энергоэффективных АД, позволяющий реализовать на ЭВМ компьютерную модель проектирования энергоэффективных АД.

2. Создан программно-вычислительный комплекс по оценке экономической эффективности АД, реализующий на ЭВМ компьютерную модель экономической оценки эффективности работы энергоэффективных АД в регулируемых электроприводах насосных агрегатов.

3. Предложены рекомендации по созданию энергоэффективных АД с оценкой стоимости их модернизации.

4. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность компьютерной модели проектирования энергоэффективных АД.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Компьютерная модель проектирования энергоэффективных АД, на основе

которой, при увеличении массогабаритных показателей за счет изменения длин сердечников статора и ротора, и использования машин большей высоты оси вращения, проектируются энергоэффективные АД.

2. Комплекс теоретических исследований по проектированию энергоэффективных АД и их работы в составе регулируемого электропривода насосных агрегатов, а также экспериментальные исследования.

3. Программно-вычислительный комплекс по оценке экономической эффективности работы АД в составе регулируемого электропривода насосных агрегатов, учитывающий особенности совместной работы насосного агрегата и асинхронного двигателя.

4. Рекомендации по проектированию асинхронных двигателей с учетом требований и особенностей при создании энергоэффекгивных машин.

Методы исследований. При проведении исследований использовались аналитические, графоаналитические и экспериментальные методы. Для реализации, поставленных в диссертации задач, использовались основы теории электрических машин и электропривода. Для автоматизации процедур решения различных задач, связанных с математическим описанием процессов, графоаналитических и графических построений, использовались компьютерные программы MathCAD и Excel.

Реализация и внедрение результатов работы. Математические модели, компьютерные модели, программно вычислительные комплексы и предложенные рекомендации используются при проектировании и изготовлении энергоэффективных АД средней мощности, предназначенных для насосных агрегатов. Рассмотренные вопросы создания специальных асинхронных двигателей, учитывающие характеристики системы в которой эксплуатируется АД, а также учет вопросов влияния затрат материалов на энергетические характеристики АД используются при проектировании и изготовлении других типов электрических машин. Результаты работы переданы для внедрения в ОАО «Сибэлектромотор», г. Томск. Программа расчета энергоэффективных АД средней мощности используется на кафедре ЭМКМ ЭНИН ТПУ при подготовке магистрантов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались, обсуждались и получили одобрение на: Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»: (ТПУ, г. Томск, 2006-2009 гг.); Международной научно-практической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (ТПУ, г. Томск, 2007 и 2009 гг.); Международной зарубежной Конференции региона 8 IEEE EUROCON 2009 (ЛЭТИ, Санкт-Петербург, 2009 г.). В том числе сделано 6 докладов на английском языке. Научные работы по материалам и результатам диссертационных исследований, представленные на всероссийских и международных конференциях и конкурсах научно-исследовательских работ, неоднократно отмечены дипломами различных степеней.

Публикации. Общее количество публикаций по теме диссертации - 20, из них: 6 статей в изданиях ВАК, 12 работ опубликовано в трудах конференций, получено 2 свидетельства на регистрацию программ для ЭВМ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из 6 разделов (включая введение и заключение), содержит 214 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 56 таблиц, список литературы из 127 наименований и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимого исследования, дана общая характеристика работы, определена цель, сформулированы научная новизна и практическая ценность диссертации. Описаны основные результаты работы выполненной по разделам.

Во второй главе проведен обзор основных вопросов, перспектив и особенностей работы асинхронных двигателей в составе насосных агрегатов, анализ возможностей создания компьютерных моделей для проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей. Определены задачи исследования.

В третьей главе рассматривается создание компьютерной модели проектирования энергоэффективных АД при реализации варианта с максимальным использованием технологического задела, т.е. при использовании машин больших высот оси вращения и изменении длин сердечников и обмоточных данных. Компьютерная модель и ее алгоритм легли в основу разработанного программно-вычислительного комплекса (ПВК) проектирования энергоэффективных АД, реализованного в виде программы для ЭВМ.

Основным требованием при проектировании АД является создание энергоэффективных асинхронных машин. Энергоэффективные двигатели -двигатели, которые совершают больше работы на единицу энергии, чем обычные аналоги (они имеют более высокий КПД), а также обладают повышенной надежностью, более низкими показателями по шуму и вибрации. Единое понятие энергоэффективного электродвигателя появилось в октябре 1997 года в США, когда Американский конгресс принял «Акт об энергетической политике», определявший критерии классификации энергоэффективных электродвигателей. В европейском сообществе и Российской Федерации в 2000 г. были приняты нормы на КПД АД. Евронормы СЕМЕР для двух- и четырехполюсных АД предусматривают три уровня КПД: нормальный - ЕРБЗ; повышенный - ЕРР2 и высокий - ЕРР1.

При проектировании энергоэффективных машин возможна реализация следующих подходов к проектированию:

1. Создание энергоэффективных АД без использования имеющегося технологического задела.

2. Создание энергоэффективных АД с максимальным использованием имеющегося технологического задела.

Первый подход имеет преимущество в проектировании наиболее оптимальных типоразмеров АД, для получения машин с высокой энергоэффективностью, удовлетворяющей европейским и российским стандартам. Однако реализация второго подхода позволит снизить затраты на подготовку производства, сохранение поперечной геометрии двигателей позволит использовать уже имеющееся оборудование для штамповки листов статора и ротора, заливки роторов и отливки станин. Выбор между этими подходами

напрямую зависит от наличия финансовых возможностей по переоснащению основного производства.

Исходя из названных подходов проектирования энергоэффективных АД, в работе реализуется следующее направление - это проектирование АД с максимальным использованием имеющегося технологического задела, т.е. с большими по сравнению с базовыми машинами массогабаритными показателями. Для создания энергоэффективных АД для работы в системе РЭП возможны следующие пути их проектирования: без изменения поперечной геометрии при изменении длины сердечников статора и ротора, а также при изменении обмоточных данных машины; использование АД большей высоты оси вращения. Данные пути проектирования энергоэффективных АД наиболее экономически целесообразны, т.к. не требуют дополнительных вложений в переоборудование производства и обучение персонала.

Разработанная математическая модель проектирования энергоэффективных АД охватывает особенности геометрии АД и дает возможность проектировать двигатель, удовлетворяющий требованиям энергоэффективности. Математическая модель проектирования энергоэффективных АД послужила основой для компьютерной модели и алгоритма, реализованных в виде ПВК «Программа расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности» в современном пакете на языке программирования МаЛСАБ.

В качестве исходных параметров для компьютерной модели приняты следующие данные:

> номинальные данные АД;

> поперечная и продольная геометрия базовых машин;

> стоимость электроэнергии и стоимость материалов.

В качестве выходных данных компьютерной модели проектирования энергоэффективных АД приняты следующие группы величин:

1. Энергетические параметры и характеристики АД.

2. Среднее превышение температуры обмотки статора.

3. Экономические показатели.

4. Коэффициенты влияния.

5. Единичный показатель надежности и уровень магнитного шума и вибрации.

На рис. 1 представлена краткая

(Проектирование энергоэффективных АД)

=уаг

=СОП51

Энергетический ^ расчет ^

Экономический расчет

.5 А

1д„ сов^, У У У *си< 'а!' ст соир^, у ,У „У си* иг ст .Выходные ! данные —

О_Сравнение и рекомендации_

Рис. 1. Блок-схема компьютерной модели проектирования энергоэффективных АД

блок-схема компьютерной модели проектирования энергоэффективных АД при реализации вариантов проектирования с изменением длин сердечников АД и обмоточных данных машины. Для реализации способа проектирования при использовании АД большей высоты оси вращения изменяются только исходные данные энергетического расчета. При проектировании АД производятся основные расчеты энергетической и экономической части, входными

данными для энергетической части являются геометрические размеры и обмоточные данные машины, а выходными - энергетические характеристики и удельные расходы активных материалов, для экономического расчета - масса материалов и их стоимость и стоимость двигателя и срок окупаемости соответственно.

Для технико-экономического обоснования выбора энергоэффективного АД наряду с показателями энергоэффективности используются приведенные затраты на разработку, внедрение, изготовление и эксплуатацию двигателя за нормативный срок окупаемости кроме формулы может быть определен по выражению:

3m=Cd+t(Cal, (1)

1=1

где С,) - полная себестоимость двигателя; Са - годовые затраты на активные потери электроэнергии, Т„ - нормативный срок окупаемости.

Кроме того, принимается во внимание предварительная стоимость двигателя Цдвиг, которая учитывает полную себестоимость двигателя (Ст+С,); приведенные затраты, Кен - коэффициент учитывающий внепроизводственные расходы, а также норму прибыльности ри предприятия производителя:

^=(1 + ЛМ1 + *в„КСт + С,). (2)

Стоимость повышения КПД на 1 % или стоимость модернизации при проектировании энергоэффективного АД рассчитывается следующим образом:

АЯ%=0,01-//"""-'" ~Ц"""- , (3)

Чм-Ъ

где Цьвш\+1 и Цдвиг! - значения стоимости машины при изменении входных данных при проектировании энергоэффективных АД, т],+1 и г|, - значения КПД при изменении входных данных при проектировании энергоэффективных АД.

Данные, полученные на основе компьютерной модели, служат для расчета изменения срока службы изоляции, а также для расчета изменения уровня шума и вибрации. Результаты расчета и анализ приведены в пятой главе.

Рассмотренные выходные параметры и характеристики АД, получаемые при решении ПВК для проектирования энергоэффективных АД, рассчитываются для вариантов перехода на более высокие уровни энергоэффективности EFF1 и EFF2.

Рассмотрим путь проектирования энергоэффективных АД связанный с изменением массогабаритных показателей при сохранении геометрии поперечного сечения, при изменении длины сердечников статора и ротора, изменении обмоточных данных машины. Подход реализуется при максимальном использовании имеющегося технологического оборудования. Изменение длины сердечников статора и ротора было взято в диапазоне от 100 до 250 % от базовой длины, также наряду с изменением длины сердечников изменяется число витков обмотки статора - от 100 до 60 % от базового значения. Расчет производится для четырех полюсных АД общепромышленного назначения, для двигателей со следующими параметрами 2р=4, U\= 220 В, /¡=50 Гц. В качестве базовых двигателей были выбраны следующие машины серии 4А: 4А80В4, 4A90L4, 4A100S4, 4A100L4, 4А112М4, 4A132S4, 4А132М4, 4A160S4, 4А160М4, отрезок серии мощностью от 1,5 до 18,5 кВт. Данной серии было отдано предпочтение,

т.к. геометрические размеры продольного и поперечного сечения находятся в свободном доступе, однако, в дальнейшем компьютерное моделирование энергоэффективных АД успешно проводилось на отдельных машинах серий АД и 6А.

На рис. 2, а представлено изменение потерь в АД при увеличении расхода активных материалов при достижении уровней энергоэффективности ЕРП и ЕРР2. Снижение электрических потерь в АД (рис. 2, а) происходит за счет увеличения диаметра обмоточного провода фазы статора при уменьшении числа витков обмотки фазы статора. Однако с ростом номинальной мощности проектируемого энергоэффективного АД происходит рост магнитных потерь, что связано с перераспределением активной и реактивной составляющей мощностей АД. Таким образом, уровень энергоэффективности ЕРР2 достигается при снижении электрических потерь в статоре на 5...28 %, электрических потерь в роторе на 6... 15 %, и увеличении потерь в стали около 1...9 %. Уровень энергоэффективности ЕРР1 достигается при снижении электрических потерь в статоре на 34...55 %, электрических потерь в роторе на 26...45 %, и увеличении магнитных потерь в стали около 7...48 %. Таким образом, уровень энергоэффективности ЕРР2 достигается при суммарном снижении потерь на 5.. .21 %, а ЕРР1 на 23.. .44 %.

Рис. 2. Изменение потерь АД (а) и превышения температуры обмотки статора (б) при переходе на различные уровни энергоэффективности и сохранении поперечной геометрии

Снижение потерь при работе АД позволяет снизить также среднее превышение температуры обмотки статора. На рис. 2, б представлено изменение превышения температуры обмотки статора при переходе на различные уровни энергоэффективности, чем выше уровень энергоэффективности, тем, за счет снижения электрических потерь в статоре и роторе, больше оказывается снижение среднего превышения температуры обмотки статора. Значение среднего превышения температуры обмотки статора позволяет ориентировочно судить о надежности спроектированной электрической машины. В среднем при переходе на уровень ЕРР2 снижение превышения температуры обмотки статора происходит на 15,8 °С, а при проектировании АД с уровнем ЕРР1 на 39,9 °С.

По результатам расчета ряда двигателей серии 4А номинальной мощностью 1,5... 18,5 кВт построен график (рис. 3), на котором отмечены уровни КПД, регламентируемые СЕМЕР для ЕРР2 и ЕРР1. Отметим также значения КПД, полученные у энергоэффективных АД при реализации направления

проектирования АД, связанного с сохранением поперечной геометрии базового АД и изменением его обмоточных данных и длин сердечников статора и ротора.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что проектирование энергоэффективных АД на основе способа при изменении обмоточных данных и длин сердечников, а также сохранении поперечной геометрии АД позволяет

получить машину, удовлетворяющую требованиям по энергоэффективности согласно европейской спецификации СЕМЕР. Для уровня EFF2 длина сердечников составляет 115... 120 %, число витков в обмотке фазы статора составляет около 90 %. При этом для уровня энергоэффективности EFF2 увеличение затрат на активные материалы составляет 4... 10 % от цены СЕМЕР и энергоэффективных АД, полученных энергоэффективного двигателя.

при сохранении поперечной геометрии Переход на уровень

энергоэффективности EFF1 не может быть рекомендован при способе проектирования энергоэффективных АД, связанном с изменением длин сердечников и обмоточных данных. Т.к. для проектирования АД с EFF1 следует брать длину сердечников статора и ротора 160...200 %, а число витков 70...60 % от базовых значений. При длине сердечников выше 150 % от базового значения возрастает технологическая сложность изготовления АД, поэтому не рекомендуется выбирать длины сердечников выше данного значения. Стоимость модернизации АД при изменении длин сердечников и обмоточных данных или стоимость повышения КПД на 1 % составляет 4... 12 % от базовой стоимости АД. Сроки окупаемости при внедрении АД с уровнем энергоэффективности EEF2 оказываются ниже по сравнению с АД с EFF1 за счет меньшей стоимости АД.

Исходя из полученных результатов, можно сформулировать следующие рекомендации для проектирования энергоэффективных АД при изменении длины сердечников и обмоточных данных:

1. Для проектирования энергоэффективного АД требуется одновременное изменение длины сердечников и числа витков в обмотке фазы статора.

2. Для перехода на уровень энергоэффективности EFF2 длина сердечников статора и ротора должна быть равной 120... 130 % от базовых значений, при этом большие значения соответствуют АД малой мощности (примерно до 3 кВт). Число витков в обмотке фазы статора должно составлять около 90 % от базового значения.

3. Для перехода на уровень EFF1 требуется более серьезное изменение длин сердечников и числа витков в обмотке фазы статора, поэтому данный способ не может быть использован для проектирования энергоэффективных АД.

Реализация подхода к проектированию энергоэффективных двигателей, связанного с сохранением поперечной геометрии двигателей, позволяет спроектировать энергоэффективный АД, удовлетворяющий европейским и российским стандартам. Проектирование идет при сохранении имеющегося

оборудования для штамповки листов статора и ротора, заливки роторов и отливки станин, что позволяет минимизировать затраты на подготовку производства. Таким образом, реализация предложенного направления создания энергоэффективных АД для РЭП, связанного с увеличением массогабаритных показателей за счет изменения длин сердечников и обмоточных данных машины при максимальном использовании имеющегося технологического задела, позволяет спроектировать машину, обладающую улучшенными энергетическими характеристиками.

В четвертой главе рассматривается вопрос создания ПВК. направленного на оценку экономической эффективности работы энергоэффективных АД в составе РЭП насосных агрегатов.

При проектировании новых энергоэффективных АД обязательно должны проводиться экономические расчеты, позволяющие судить об экономической эффективности проведенных улучшений. Для этих целей разработана математическая модель оценки экономической эффективности работы АД в составе РЭП насосного агрегата, которая дает возможность сравнивать экономический эффект, как от внедрения регулируемого электропривода в насосные агрегаты, так и от внедрения энергоэффективных АД взамен двигателей общепромышленного исполнения. На основе полученной математической модели создан ПВК, который реализован в виде программы расчета.

Математическая модель оценки экономической эффективности АД учитывает электромагнитные и экономические расчеты, так как модель должна учитывать экономические законы создания и эксплуатации АД наряду с основными электромеханическими процессами. Входными данными для ПВК оценки экономической эффективности АД служат ряд параметров:

> поперечная и продольная геометрия АД;

> закон регулирования производительности насосного агрегата;

> стоимость электроэнергии и материалов;

> механическая характеристика насосного агрегата Mc=J(n).

Кроме того, для расчетов принят реальный суточный график водопотребления небольшого населенного пункта.

Регулирование частоты вращения электропривода насосного агрегата осуществляется посредством следующих законов: регулирование напряжения на статоре, при постоянной частоте питания /¡=50 Гц; одновременное изменение частоты и напряжения по законам U/f= const, Ulf=const, U/f'5=const, Ulf=consX. В общем случае закон регулирования выглядит следующим образом: U/f+ 2=const.

В качестве выходных параметров математической модели оценки экономической эффективности работы насосного агрегата приняты две группы характеристик - энергетические и экономические (рис. 4). На рис. 4 изображена краткая блок-схема математической модели оценки экономической эффективности работы АД в РЭП насосного агрегата при реализации различных законов регулирования.

Используя полученные данные ПВК, также рассчитываются экономические параметры при следующих вариантах стоимости за электроэнергию: 1 вариант -тариф на 2008 год 1,43 руб., рост стоимости электроэнергии на 25 % ежегодно; 2 вариант - тариф на 2008 год 1,43 руб., рост стоимости электроэнергии на 10 %

Оценка экономической эффективности работы энергоэффективных АД в РЭП

Г Расчет механической ^характеристики насосного агретата

ЭС

Выбор закона регулирования

ежегодно; 3 вариант - тариф Евросоюза на 2008 год 0,1211 Е11 (расчеты проводились при курсе 1 Еи = 45 руб.), рост тарифов в Евросоюзе составляет около 5 %.

На основе проведенного

компьютерного моделирования

рассчитывается процент экономии потребленной электроэнергии при использовании энергоэффекгивных АД взамен общепромышленных:

Э =-

С

-100%,

Рис. 4. Блок-схема математической модели оценки экономической эффективности АД

(5)

где С-ужгг - экономия электроэнергии, потребленной РЭП насосного агрегата за год на основе энергоэффективного АД, Сээбаз - экономия электроэнергии, потребленной РЭП насосного агрегата за год на основе энергоэффекгивного АД.

Срока окупаемости при эксплуатации РЭП насосного агрегата при переходе на РЭП на основе базового и энергоэффективного АД:

Т =—^— (6)

'-'э.баз(ЕГР)

где Цп - стоимость преобразователя частоты.

Для расчета на основе ПВК оценки экономической эффективности работы АД в составе насосного агрегата использовались следующие насосные агрегаты центробежного типа К 160/20а, К 150-125-250, К 150-125-315, К 200-150-315, с АД номинальной мощности 11,0; 18,5; 30,0; 45,0 кВт соответственно.

На рис. 5 представлен процент экономии потребленной электроэнергии при использовании энергоэффективных АД с уровнем ЕРР1 по сравнению с общепромышленными АД, при реализации различных законов регулирования. На рис. 5 наглядно видно, что по сравнению с общепромышленными АД энергоэффективные машины при использовании любого закона

регулирования оказываются экономически более выгодными. Однако в различных насосных агрегатах, то есть при также при различных нагрузочных экономически выгодными оказываются

Рис. 5. Экономия электроэнергии за 20082017 гг. при использовании регулируемого электропривода

использовании различных АД, а характеристиках насоса наиболее различные законы регулирования частоты вращения насоса. Разница в экономии электрической энергии между законами регулирования оказывается меньше 1,5 %. Поэтому можно сделать вывод, что использование сложных законов не оправдано с точки зрения расходов на создание и внедрение специальных преобразователей

частоты, способных реализовывать данные законы. Следует использовать общепринятый закон регулирования, такой как 1Л]=сот1?Х, он позволит экономить электроэнергию при внедрении общепромышленных преобразователей частоты в насосные агрегаты с энергоэффективными АД.

Сроки окупаемости (табл. 1) при реализации различных законов управления получаются от одного до двух лет (российский уровень цен). За счет увеличения экономии электроэнергии при реализации европейского сценария происходит снижение срока окупаемости. Учитывая диапазон изменения срока окупаемости при всех законах регулирования следует отметить, что закон регулирования не влияет на сроки окупаемости как для базового, так и для энергоэффективного АД. При европейском уровне цен период окупаемости значительно меньше, чем при российском и в среднем составляет 0,35 года для базового АД и 0,26 года для энергоэффективного АД. При российском уровне цен сроки окупаемости в среднем получились следующие: для базового АД - 1,33 года, для энергоэффективного АД - 1,24 года.

Таблица 1. Диапазон изменения срока окупаемости при всех законах регулирования, год__

Тип АД Мощность АД, кВт

11,0 | 18,5 | 30,0 | 45,0

Российский уровень цен, ежегодный рост 10 и 25 %

Базовый АД 1,31-1,37 1,82-1,87 1,03-1,05 1,08-1,12

Энергоэффективный АД 1,22-4,28 1,72-1,77 0,94-0,95 0,98-1,02

Европейский уровень цен, ежегодный рост 5 %

Базовый АД 0,34-0,36 0,48-0,49 0,27 0,28-0,29

Энергоэффективный АД 0,26-0,27 0,38-0,39 0,18 0,19-0.20

При наметившейся тенденции роста цен на энергоносители внедрение РЭП на основе энергоэффективных АД является экономически целесообразным способом энерго- и ресурсосбережения. Поэтому можно сделать вывод, что в ситуации значительного роста цен на энергоносители следует вкладывать средства в энергосберегающие технологии, что позволит повысить конкурентоспособность в дальнейшем.

Проведенный анализ результатов ПВК оценки экономической эффективности частотно-регулируемого асинхронного электропривода при различных законах регулирования позволяет сделать вывод, что использование энергоэффективного АД в РЭП оказывается экономически выгодным. При эксплуатации энергоэффективного АД улучшаются энергетические показатели, за счет этого происходит снижение среднего превышения температуры обмотки статора, что позволяет повысить надежность ЭП. Экономия стоимости потребленной электроэнергии при внедрении РЭП достигает 45 %. Следует использовать общепринятый закон регулирования частоты вращения сопэ^ т.к. он не требует осуществления дополнительных вложений. Срок окупаемости при замене нерегулируемого электропривода на асинхронный частотно-регулируемый электропривод не превышает двух лет.

В пятой главе рассматривается использование подходов к проектированию энергоэффективных АД при использовании АД больших габаритов, расчет

изменения срока службы изоляции, уровня электромагнитного шума и вибрации энергоэффективных АД, а также результаты экспериментальных исследований, направленных на подтверждение результатов компьютерного моделирования.

При проектировании энергоэффективных АД возможно использование направления проектирования машин при увеличении расхода активных материалов за счет использования АД большей высоты оси вращения. При этом за счет увеличения использования материалов повышается уровень энергоэффективности АД. По результатам расчета, произведенного на основе ПВК «Программа для расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности», для ряда двигателей серии 4А номинальной мощностью 1,5...18,5 кВт построим график (рис. 6) на котором отметим значения КПД, полученные у энергоэффективных АД при реализации метода проектирования АД с использованием АД большей высоты оси вращения. При использовании данного

направления проектирования

переход АД на уровень ЕРР2 происходит на следующем габарите АД. Для перехода на более высокий уровень энергоэффективности ЕРР1 требуется более серьезное изменение расхода активных материалов, а поэтому переход через один габарит.

При расчете модели

энергоэффективных АД происходит повышение уровня

за счет уменьшения электрических

осуществляется

компьютерной проектирования

6 8 10 12 14 16 18 кВт

Рис. 6. Значения КПД по спецификации СЕМЕР и

энергоэффективных АД, полученных при использовании АД большей высоты оси вращения

энергоэффективности АД до ЕРР1 и ЕРР2 потерь. Снижение электрических потерь в статоре и роторе АД при переходе на ЕРР1 происходит за счет снижения активных сопротивлений фазы обмотки статора и стержней ротора, что связано с увеличением площади поперечного сечения пазов статора и ротора машин большей высоты оси вращения. Уровень энергоэффективности ЕРР1 достигается при снижении электрических потерь в статоре на 40...62 %, электрических потерь в роторе на 56...75 %. Потери в стали, напротив, с увеличением высоты оси вращения энергоэффективного АД возрастают за счет возрастания массы стали, но увеличение уровня потерь в стали компенсируется за счет снижения электрических. Общее суммарное снижение потерь для уровня энергоэффективности ЕРР1 составляет 29.. .41 %, а для ЕРР2 на 13...30 %. Снижение электрических потерь при работе АД позволяет снизить также среднее превышение температуры обмотки статора. Повышение уровня энергоэффективности за счет снижения потерь мощности АД позволяет снизить среднее значение превышения температуры в обмотке статора, для уровня ЕРР1 снижение составляет 25.. .64 %.

Увеличение расхода активных материалов при проектировании и изготовлении АД приводит к увеличению стоимости активных материалов АД, однако увеличение стоимости компенсируется за счет улучшенных энергетических характеристик машины, а, следовательно, меньших затрат на

эксплуатацию АД. С ростом номинальной мощности АД происходит увеличение затрат на активные материалы, связанных с повышением КПД. При переходе на уровень ЕРР1 увеличение стоимости активных материалов составляет 23...35 % от стоимости энергоэффективного АД. Стоимость модернизации или стоимость увеличения КПД энергоэффективного АД на 1 % составляет 7...24 % от базовой стоимости.

Исходя из проведенных исследований, сформулированы следующие рекомендации по проектированию энергоэффективных АД при использовании машин большей высоты оси вращения:

1. Для перехода на уровень энергоэффективности ЕРР2 требуется использование АД большей высоты оси вращения, при этом следует выбирать АД следующего габарита по сравнению с базовой машиной.

2. Для перехода на уровень энергоэффективности ЕРР1 следует использовать АД габаритом через один от базовой машины.

Таким образом, на основе результатов расчета, выполненных на ПВК «Программа для расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности», можно сделать вывод, что проектирование при использовании АД большей высоты оси вращения позволяет получить машины, удовлетворяющие требованиям СЕМЕР и обладающие уровнями ЕРР1 и ЕРР2.

Нагревостойкость определяется скоростью старения изоляции в условиях повышенных температур, особое значение приобретают методы расчета скорости старения и на этой основе - срока службы изоляции. Тогда увеличение срока службы изоляции можно рассчитать:

Т -^-е,

= е де . (7)

* о

где Т0 - срок службы базовый, составляет 20000 ч., 0, - фактическое значение превышения температуры обмотки статора над окружающей средой, А© -превышение температуры сверх предельно допустимого значения для выбранного класса нагревостойкости, снижающее срок службы изоляции вдвое.

Электромагнитный шум и вибрация в энергоэффективном АД оценивается из соображений, что амплитудное значение радиальной силы, создаваемое магнитным полем машины, а значит и значение уровня шума и вибрации в АД, пропорционально квадрату индукции в воздушном зазоре. Тогда коэффициент, учитывающий изменение возмущающих сил уровня электромагнитных шумов и вибраций в энергоэффективном АД может быть рассчитан:

(Абш]

где индукция в воздушном зазоре энергоэффективного АД, В;)ба, - индукция в воздушном зазоре базового АД. При расчете коэффициента положительный знак указывает на снижение, а отрицательный на возрастание возмущающих сил уровня электромагнитных шумов и вибраций в АД.

Снижение превышения температуры обмотки статора при переходе на различные уровни энергоэффективности позволит повысить срок службы изоляции по сравнению с базовыми АД (табл. 2 и 3). Для уровня ЕРР2 анализ

показывает небольшое преимущество метода проектирования энергоэффективных АД при использовании АД большей высоты оси вращения, срок службы изоляции оказывается выше в среднем на 30 %, что связано с более серьезным изменением массогабаритных показателей, чем при способе связанном с изменением длин сердечников и обмоточных данных. Поэтому оба представленных способа проектирования могут быть использованы для создания энергоэффективных АД с уровнем ЕРР2. При переходе на уровень ЕРР1 увеличение срока службы оказывается выше у способа, связанного с изменением длин сердечников и обмоточных данных. Однако данный способ не может быть рекомендован для проектирования АД с уровнем ЕЕР1, т.к. он требует изменения длин сердечников и обмоточных данных сверх рекомендованных пределов.

Таблица 2. Увеличение срока службы изоляции при использовании

энергоэффективных АД при сохранении поперечной геометрии

Ръ„ кВт 1.5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5

ЕРР2 Д0„ °С 31,96 15,31 11,35 8,95 10,94 10,76 10,29 9,44 5,76

Та/Т0, о.е. 5,9 2,9 2,1 1,7 2,0 2,0 1,9 1,8 1,1

ЕРР1 Д®,-, "с 62,55 39,44 27,66 29,68 31,60 23,23 35,25 30,78 31,48

Та/То, о.е. 11,5 7,3 5,1 5,4 5,8 4,3 6,5 5,7 4.4

Таблица 3. Увеличение срока службы изоляции энергоэффективных АД большей высоты оси в при использовании эащения

Р2н, кВт 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5

ЕРР2 Д©;, °С 33,99 19,25 16,57 20,04 26,80 20,89 24,66 17,97 18,21

Та/Т0, о.е. 6,3 3,6 3,1 3,7 5,0 3,9 4,5 3,3 3,3

ЕРР1 Д®;, "С 40,45 27,77 25,53 27,58 36,22 29,51 34,17 30,07 27,65

ТС11То, о.е. 7,4 5,3 4,7 5,1 6,6 5,4 6,3 5,5 5,1

Изменение индукции в воздушном зазоре приводит к изменению уровня возмущающих сил электромагнитного шума и вибрации, а, следовательно, уровня электромагнитных шумов и вибраций. На рис. 7 представлены результаты расчета коэффициента, учитывающего изменение возмущающих сил уровня электромагнитного шума и вибрации в энергоэффективных АД, при реализации способа проектирования при изменении длин сердечников и обмоточных данных с сохранением поперечной геометрии (рис. 7, а), а также при реализации способа проектирования с АД большей высотой оси вращения (рис. 7, б).

Рис. 7. Коэффициент, учитывающий изменение возмущающих сил уровня электромагнитного шума и вибрации при использовании энергоэффективных АД: а) при сохранении поперечной геометрии, б) с большей высотой оси вращения

Использование энергоэффективных АД, спроектированных на основе базовых машин при сохранении поперечной геометрии и изменении длин сердечников и обмоточных данных, позволяет снизить уровень возмущающих сил уровня электромагнитного шума и вибрации в энергоэффективных АД. В среднем снижение возмущающих сил уровня электромагнитного шума и вибрации при использовании энергоэффективных АД при сохранении поперечной геометрии для ЕБР2 происходит на 20 %, а при использовании машины с уровнем ЕРР1 на 30 %. Использование АД больших высот оси вращения не всегда позволяет снизить уровень возмущающих сил уровня электромагнитного шума и вибрации. В некоторых случаях наблюдается возрастание шума, что связано со скачкообразным изменением геометрических размеров машин при использовании АД больших высот оси вращения. Для более стабильного снижения уровня шума и вибрации в энергоэффективных АД большей высоты оси вращения следует наряду с увеличением высоты оси вращения увеличивать длину сердечников статора и ротора. Повышенный срок службы изоляции и снижение сил, вызывающих электромагнитный шум и вибрацию, позволят повысить конкурентоспособность и эксплуатационную надежность энергоэффективных АД.

Для подтверждения расчетных данных проведены экспериментальные исследования при проектировании энергоэффективного АД за счет использования машин с большей высотой оси вращения и определение его энергетических показателей. Экспериментальное исследование позволит судить об адекватности данных, полученных при помощи компьютерной модели проектирования энергоэффективных АД. Исследования произведены в виде исследовательских испытаний, преследующих цель установления возможности повышения энергоэффективности за счет изменения габарита АД.

В качестве измерительной аппаратуры (рис. 8) использованы датчики тока (ДТ) и напряжения (ДН). В качестве системы обработки данных, получаемых датчиками тока и напряжения, использован анализатор количества и качества электроэнергии СШСиТСЖ АЯ.5. Класс точности анализатора для тока и напряжения равен 0,5. В качестве нагрузочной машины используется генератор постоянного тока П-32 номинальной мощностью Р2„=1,5 кВт, номинальное напряжение и„= 115 В, номинальная частота вращения «=1450 об/мин, возбуждение - независимое. Для определения энергетических показателей испытуемого АД проведены следующие опыты: измерение активного сопротивления фазы обмотки статора (/?0; холостого хода; непосредственной нагрузки.

Расчет и экспериментальные исследования при получении энергоэффективного АД на основе АД большей высоты оси вращения произведен на базе общепромышленных АД АД80А4, АД80В4, АД901А Двигатель АД80А4 является базовым при проведении расчетов и экспериментального исследования. На основе проведенных экспериментальных исследований и расчетов

экспериментальных данных

энергоэффективного АД (табл. 4) представлены данные АД в номинальном режиме, проведен расчет относительной ошибки.

Таблица 4. Экспериментальное исследование (АД80А4 базовая машина)

АД80А4 АД80В4 АД901Л

Расч. Эксп. 5,, % Расч. Эксп. 5„ % Расч. Эксп. 8.т, %

Р2, Вт 1100 1100 0,0 1100 1100 0,0 1100 1100 0,0

■Л, А 2,56 2,62 2,3 2,71 2,80 3,2 3,85 3,95 2,5

/о, А 1,36 1,66 17,7 1,75 1,94 10,0 2,80 2,99 6,4

Р\, Вт 1381 1386 0,4 1346 1349 0,2 1313 1318 0,4

Д,,Ом 8,36 8,20 2,0 6,04 6,20 2,6 2,60 2,58 0,9

Р, ь Вт 164 167 1,8 133 146 9,1 115 121 4,8

Р,2, ВТ 61 69 11,6 43 44 2,8 22 23 3,7

Р,т, Вт 41 44 7,5 52 53 2,3 75 78 4,0

СОЭф 0,818 0,800 2,2 0,753 0,693 8,7 0,517 0,510 1,4

1 0,797 0,794 0,4 0,818 0,815 0,4 0,838 0,834 0,5

Относительная ошибка при определении таких энергетических показателей как КПД и коэффициент мощности не превышает 4,5 %. При определении потерь в АД относительная ошибка в среднем не превышает 5,0 %. Проведенное экспериментальное исследование подтверждает возможность реализации способа проектирования энергоэффекгивных АД, связанного с использованием АД большей высоты оси вращения. Экспериментально доказана адекватность данных моделирования на основе ПВК «Программа расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности», средняя ошибка при определении КПД и коэффициента мощности не превышает 4,5 %.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

В диссертационной работе решены задачи проектирования энергоэффективных АД, предназначенных для электропривода насосных агрегатов. Основные научные и практические результаты выполненной работы сводятся к следующим положениям:

1. Для проектирования энергоэффективных АД разработаны компьютерная модель и алгоритм проектирования энергоэффективных АД, которые нашли внедрение в ПВК в виде программы для ЭВМ «Программа для расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности». Данный ПВК актуален для предприятий осуществляющих проектирование и изготовление АД, заинтересованных в повышении конкурентоспособности за счет выпуска энергоэффективных АД.

2. На основе разработанной компьютерной модели и алгоритма оценки экономической эффективности работы АД в РЭП насосных агрегатов и математического аппарата разработан ПВК, реализованный в виде программы расчета «Программа расчета экономической эффективности регулируемого электропривода насосных агрегатов на основе энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности». Данный ПВК актуален для предприятий, осуществляющих проектирование и выпуск энергоэффективных АД для нужд жилищно-коммунального хозяйства, а также жилищных

компаний, желающих повысить свою конкурентоспособность и интерес со стороны потенциальных потребителей.

3. Для проектирования АД при изменении длин сердечников и обмоточных данных, т.е. при максимальном использовании имеющегося технологического задела, требуется одновременное изменение длины сердечников и числа витков в обмотке фазы статора. Стоимость модернизации составляет 4... 12 % от базовой стоимости машины. Для проектирования АД с уровнем энергоэффективности ЕРР2 рекомендуется брать длину сердечников статора и ротора 120...130 % от базового значения, а число витков 90 % от базового значения. Проектирование энергоэффективных АД с уровнем ЕЕР1 для способа без изменения поперечной геометрии не представляется возможным.

4. Проектирование энергоэффективных АД при использовании машин большей высоты оси вращения позволяет получить АД, удовлетворяющий требованиям СЕМЕР и обладающий уровнями ЕРР1 и ЕРР2. Стоимость модернизации составляет 7...24 % от базовой стоимости машины. Для перехода на уровень энергоэффективности ЕРР2 для машин средней мощности требуется выбирать АД следующего габарита, а для перехода на более высокий уровень энергоэффективности ЕРР1 необходимо использовать АД габаритом через один.

5. Энергоэффективные АД обладают лучшими значениями надежности по сравнению с общепромышленными двигателями. Энергоэффективные АД, спроектированные при изменении длин сердечников и обмоточных данных, обладают сниженным уровнем возмущающих сил электромагнитного шума и вибрации по сравнению с базовыми АД. Использование АД большей высоты оси вращения не всегда позволяет снизить уровень возмущающих сил уровня электромагнитного шума и вибрации. С точки зрения повышения срока службы изоляции, для проектирования АД с уровнем ЕРР2 могут быть использованы оба способа создания энергоэффективных машин - при изменении длин сердечников и обмоточных данных, а также использования АД большей высоты оси вращения. При проектировании АД с уровнем энергоэффективности ЕРР1 следует отдавать преимущество способу, связанному с использованием АД большей высоты оси вращения.

6. Проведение экспериментального исследования подтвердило адекватность данных, полученных на основе компьютерной модели проектирования энергоэффективных двигателей. По результатам анализа экспериментальных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ проектирования энергоэффективных АД, связанный с использованием АД большей высоты оси вращения, позволяет спроектировать машину, обладающую уровнем энергоэффективности ЕРР1. Средняя ошибка при определении КПД и коэффициента мощности не превышает 4,5 %.

7. Использование энергоэффективного АД в РЭП насосных агрегатов оказывается наиболее экономически выгодным. При реализации частотного управления следует использовать общепринятый закон регулирования частоты вращения и^сотХ, т.к. он не требует осуществления дополнительных вложений. Экономия стоимости потребленной электроэнергии при внедрении РЭП достигает 45 %. Срок окупаемости при замене нерегулируемого

электропривода на асинхронный частотно-регулируемый электропривод не превышают двух лет.

Научные публикации по теме диссертации в изданиях, рекомендованных

ВАК

1. Muravleva О.О., Tyuteva P.V. Induction motors improvement for a variable speed drive // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. - 2007. - V. 310. - № 2 - C. 177-181.

2. Тютева П.В., Муравлева О.О. Оценка экономической эффективности асинхронного регулируемого электропривода насосных агрегатов // Известия вузов. Электромеханика. - 2009. - №2. - С. 61 - 64.

3. Муравлева О.О., Тютева П.В. Использование энергетически эффективных двигателей в регулируемом приводе насосов // Водоснабжение и санитарная техника. - 2008. - № 5. - С. 29-33.

4. Муравлева О.О., Тютева П.В. Особенности проектирования асинхронных двигателей в современных условиях // Проблемы Энергетики (Казань). - 2008. -№7-8/1.-С. 173-183.

5. Тютева П.В. Алгоритм оценки эффективности работы асинхронных двигателей в насосных агрегатах // Известия Томского политехнического университета. -2009. - Т.315. - №.4 - С. 74-79.

6. Тютева П.В., Муравлева О.О. Оценка стоимости модернизации асинхронных двигателей при изменении геометрии поперечного сечения // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т.316. -№.4 - С. 184-186.

Свидетельства на программы для ЭВМ:

7. Тютева П.В. Программа расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2008611552 от 26 марта 2008 г.

8. Тютева П.В. Программа расчета экономической эффективности регулируемого электропривода насосных агрегатов на основе энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2009616616 от 30 ноября 2009 г.

Другие научные публикации по теме диссертации:

9. Tyuteva P.V., Muravleva О.О. Specificity of induction motors designing for energy saving // Modern Techniques and Technologies: Proceedings of the 12th International scientific and practical conference of students, post-graduates and young scientist. - Tomsk, 2006. - P. 79-82.

Ю.Муравлев О.П., Муравлева О.О., Тютева П.В. Модернизация асинхронных двигателей для обеспечения энергосбережения // Проблеми сучасно1 електротехшки : Технична слектродинамжа: Труды IX междунар. конф. - Кшв, 2006.-Час. З.-С. 59-62.

П.Муравлева О.О., Тютева П.В. Оценка влияния материалоемкости на энергоэффективность асинхронных двигателей // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». Сб. науч. трудов. Тематический выпуск: Проблемы совершенствования электрических машин и аппаратов. Теория и практика. - Харьков, 2007. - Т.25. -С. 57-61.

12.Муравлева 0.0., Тютева П.В. Энергосбережение насосного агрегата при использовании асинхронного регулируемого электропривода // Автоматизированный электропривод: Труды V междунар. конф. по автоматизированному электроприводу. - Санкт-Петербург, 2007. - С. 467^170.

13.Тютева П.В., Муравлева О.О. Особенности проектирования асинхронных двигателей для регулируемых электроприводов И Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Труды III междунар. научно-техн. конф. -Екатеринбург, 2007. - С. 81-84.

14.Тютева П.В., Муравлева О.О. Экономическая эффективность регулируемого электропривода при учете энергетических характеристик асинхронного двигателя // Электромеханические преобразователи энергии: Труды междунар. научно-практ. конф. - Томск, 2007. - С. 80-83.

15.Tyuteva P.V., Muravleva О.О. Research in pump units and pipeline characteristics at various ways of regulation // Modern Techniques and Technologies: Proceedings of the 13th International scientific and practical conference of students, post-graduates and young scientist. - Tomsk, 2007. - P. 65-68.

16.Tyuteva P.V., Muravleva O.O. The peculiarities of mechanical characteristics of pump units as electric drive loading machines // Modern Techniques and Technologies: Proceedings of the 14th International scientific and practical conference of students, post-graduates and young scientist. - Tomsk, 2008. - P. 6366.

17.Тютева П.В., Муравлева О.О. Пути модернизации асинхронных двигателей при изменении геометрии поперечного сечения //Электромеханические преобразователи энергии: Труды IV междунар. научно-практ. конф. - Томск, 2009.-С. 114-117.

18.Tyuteva P.V. Cost efficiency of the improved induction motors at the change of motor speed // Modern Techniques and Technologies: Proceedings of the 15th International scientific and practical conference of students, post-graduates and young scientist. - Tomsk, 2009. - P. 69-72.

19.Tyuteva P.V., Muravleva O.O. Operation features of the improved induction motors in the variable speed drive of pump units // IEEE EUROCON2009: Proceedings of the International conference. - Saint-Petersburg, 2009. - P. 716-721.

20.Тютева П.В. Выбор метода оптимизации энергоэффективных асинхронных двигателей // Современные техника и технологии: Материалы XV междунар. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск, 2009. -С. 488-490.

Личный вклад автора

Автор единолично написал 5 работ [5, 7, 8, 18, 20]. В работах написанных в соавторстве, вклад автора состоит в следующем: [1, 4, 6, 9, 10, 11, 17] разработка математической модели проектирования энергоэффективных АД; [2, 3, 12, 13, 19] разработка алгоритма и компьютерной модели оценки экономической эффективности работы энергоэффекгивных АД в составе РЭП насосных агрегатов; [14, 15, 16] обобщение и описание результатов исследования.

Подписано к печати 11.10.2010. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 1,28. Уч.-изд. л. 1,16.

_Заказ 1558-10. Тираж 100 экз._

Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

издательствор^тпу. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел/факс: +7 (3822) 56-35-35, www.tpu.ru

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. АНАЛИЗ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В РЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ.

2.1. Потенциал энергосбережения-страны.

2.2. Системы регулируемого электропривода в насосных агрегатах.

2.2.1. Основные характеристики и режимы работы насосных агрегатов.

2.2.2. Асинхронный электропривод с регулированием напряжения статора.

2.2.31 Частотно-регулируемый электропривод на основе асинхронных двигателей.

2.2.4. Анализ целесообразности использования регулируемого электропривода для насосных агрегатов водоснабжения.

2.3. Математические и компьютерные модели при решении вопросов моделирования работы асинхронных двигателей.

2.4. Постановка задач исследования.

2.5. Выводы.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

3.1. Современные требования к проектированию асинхронных двигателей.

3.2. Особенности проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей.

3.3. Математическая модель проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей.

3.4. Компьютерная модель проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей.

3.5. Анализ результатов проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей.

3.6. Выводы.:.

4. КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

4.1. Выбор методики экономической оценки эффективности энергосбережения

4.2. Особенности работы асинхронных двигателей в насосных агрегатах.

4.3. Математическая модель оценки экономической эффективности асинхронных двигателей.

4.4. Программно-вычислительный комплекс оценки экономической эффективности асинхронных двигателей.

4.5. Результаты расчета и анализ экономической эффективности асинхронных двигателей.

4.5.1. Анализ экономической эффективности работы энергоэффективного асинхронного двигателя в электроприводе с регулированием напряжения-статора.

4.5.2. Анализ экономической эффективности работы энергоэффективных асинхронных двигателей в частотно-регулируемом электроприводе при' различных законах регулирования

4.6. Выводы.

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ; УВЕЛИЧЕНИИ ЗАТРАТ НА АКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАШИН БОЛЬШЕЙ ВЫСОТЫ ОСИ ВРАЩЕНИЯ.

5.1. Математическая модель выбора асинхронного двигателя для регулируемого электропривода с учетом энергосбережения.

5.2. Проектирование асинхронных двигателей при увеличении массы активной части с использованием машин большей высоты оси вращения.

5.3. Оценка надежности, уровня шума и вибрации энергоэффективных асинхронных двигателей.

5.4. Проектирование энергоэффективных асинхронных двигателей при использовании машин большей высоты оси вращения и изменения длин сердечников.

5.5. Экспериментальные исследования при использовании асинхронных двигателей болыней высоты оси вращения.

5.6. Выводы.

Актуальность темы. Проблема энергосбережения становится все более актуальной в мировом аспекте. Особенно актуальна эта проблема для российской экономики, поскольку в России энергоемкость промышленного производства и социальных услуг оказывается^ во много раз выше общемировых показателей. Эта проблема еще более обостряется в связи с постоянным увеличением в нашей стране стоимости энергоносителей: природного газа, нефтепродуктов, электроэнергии. В себестоимости продукции в России доля энергозатрат часто становится доминирующей. В связи с этим конкурентоспособность отечественной продукции все больше зависит именно от экономного расходования энергетических ресурсов.

Государственной Думой 13 марта 1996 года принят Федеральный закон №28-ФЗ «Об энергосбережении», который ставит своей целью регулирование отношений, .возникающих в процессе деятельности в области энергосбережения, в целях создания экономических и организационных условий для эффективного использования энергетических ресурсов. Опыт освоения рыночных отношений последнее десятилетие показал, что Россия по своим показателям энергоэффективности не всегда может быть достойным конкурентом в едином мировом экономическом пространстве [1]:

В связи с этим, проблема энергосбережения стала остро актуальной в коммунальной сфере, где энергетические затраты, выраженные в денежной форме, оказались особенно обременительными для российского бюджета и населения. Энергоемкость экономики России в 3 раза выше энергоемкости мировой экономики, в 7 раз больше, чем в Японии, в 4,5 раза больше, чем в США. В сфере ЖКХ российские нормы расхода тепла и воды в 3 раза (а по фактическим расходам в 4.5 раз) выше, чем у Финляндии и Норвегии [1].

Насосные агрегаты на основе АД являются одними из самых массовых потребителей электроэнергии, потребляя около 25 % всей вырабатываемой электроэнергии. Один из путей повышения экономичности электропривода насосных агрегатов связан с использованием энергоэффективных АД. В таких машинах за счет увеличения массы активных материалов, применения высококачественной изоляции и оптимизации конструкции снижаются потери энергии, и, вследствие этого, происходит повышение их КПД на несколько процентов. Направление развития электрических машин, связанное с повышением их энергоэффективности, в первую очередь, связано с ростом цен на энергоносители и ограничениями, связанными с глобальным потеплением. Именно эти процессы обуславливают поиск способов повысить энергоэффективность АД, разрабатываемых для ЭП насосных агрегатов.

Разработки по созданию энергоэффективных АД, проектируемых в соответствии с новейшими требованиями по снижению энергопотребления, ведутся большей частью зарубежными фирмами (США, Финляндия, Нидерланды, Италия, Великобритания и т.д.). Разработка новой серии АД требует огромных вложений в производство, именно с этим связаны основные сложности с созданием энергоэффективных АД в России. Поэтому решение вопросов с разработкой новых подходов к проектированию энергоэффективных АД, предназначенных для регулируемого электропривода, является актуальным, имеет научную новизну и практическую значимость.

Объектом исследования является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Предметом исследования являются способы повышения энергоэффективности при проектировании асинхронных двигателей, предназначенных для электропривода насосных агрегатов.

Цель работы. Разработка подходов к проектированию энергоэффективных асинхронных двигателей, предназначенных для насосных агрегатов.

Задачи исследования

1. Разработать компьютерную модель проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей, позволяющую проектировать энергоэффективные асинхронные двигатели.

2. Создать компьютерную модель оценки экономической эффективности использования энергоэффективных асинхронных двигателей в регулируемых электроприводах насосных агрегатов в ЖКХ при реализации различных способов регулирования.

3. Разработать алгоритмы и программно-вычислительные комплексы для ЭВМ на основе компьютерных моделей проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей и оценки экономической эффективности использования энергоэффективных асинхронных двигателей в регулируемых электроприводах насосных агрегатов.

4. Оценить изменение срока службы изоляции, уровня шума и вибрации при проектировании энергоэффективных асинхронных двигателей.

5. Провести экспериментальное исследование, направленное на-проверку результатов компьютерного моделирования энергоэффективных асинхронных двигателей при использовании двигателей с большей высотой оси вращения.

Методы исследований. При проведении исследований использовались аналитические, графоаналитические и экспериментальные методы. Для реализации, поставленных в диссертации задач, использовались основы теории электрических машин и электропривода. Для автоматизации процедур решения различных задач, связанных с математическим описанием процессов, графоаналитических и графических построений, использовались компьютерные программы MathCAD и Excel.

Научная новизна

1. Разработана компьютерная модель проектирования энергоэффективных асинхронных . двигателей, позволяющая проектировать энергоэффективные асинхронные двигатели при изменении длин сердечников статора и ротора и использовании машин большей высоты оси вращения.

2. Предложена • компьютерная модель экономической оценки эффективности работы асинхронных двигателей в регулируемом электроприводе, позволяющая оценить экономическую эффективность использования общепромышленных и энергоэффективных двигателей в составе насосных агрегатов при реализации различных способов регулирования.

3. Разработаны алгоритмы для создания ПВК по проектированию энергоэффективных АД и экономической оценке эффективности их работы в регулируемом электроприводе насосных агрегатов.

4. Исследовано изменение срока службы, надежности изоляции обмотки статора, уровня шума и вибрации при использовании энергоэффективных асинхронных двигателей. ~

Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволили разработать ПВК и компьютерные модели для проектирования энергоэффективных АД и оценки их экономической эффективности, направленных на повышение экономической эффективности работы АД в составе РЭП насосного агрегата.

1. Разработан программно-вычислительный комплекс для проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей, позволяющий реализовать на ЭВМ компьютерную модель проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей.

2. Создан программно-вычислительный комплекс по оценке экономической эффективности асинхронных двигателей, реализующий на ЭВМ компьютерную модель экономической оценки эффективности работы энергоэффективных асинхронных двигателей в регулируемых электроприводах насосных агрегатов.

3. Предложены рекомендации по созданию энергоэффективных асинхронных двигателей с оценкой стоимости их модернизации.

4. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность компьютерной модели проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Компьютерная модель проектирования энергоэффективных асинхронных двигателей, на основе которой, при увеличении массогабаритных показателей за счет изменения длин сердечников статора и ротора, и использования машин большей высоты оси вращения, проектируются энергоэффективные асинхронные двигатели.

2. Комплекс теоретических исследований по проектированию энергоэффективных асинхронных двигателей и их работы в составе регулируемого электропривода насосных агрегатов, а также экспериментальные исследования.

3. Программно-вычислительный комплекс по оценке экономической эффективности работы асинхронных двигателей в составе регулируемого электропривода насосных агрегатов, учитывающий особенности совместной работы насосного агрегата и асинхронного двигателя.

4. Рекомендации по проектированию асинхронных двигателей с учетом требований и особенностей при создании энергоэффективных машин.

Реализация и внедрение результатов работы. Математические модели, компьютерные модели, программно вычислительные комплексы и предложенные рекомендации используются при проектировании и изготовлении энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности, предназначенных для насосных агрегатов. Рассмотренные вопросы создания специальных асинхронных двигателей, учитывающие характеристики системы в которой эксплуатируется асинхронный двигатель, а также учет вопросов влияния затрат материалов на энергетические характеристики асинхронного двигателя используются при проектировании и изготовлении других типов электрических машин. Результаты работы переданы для внедрения в ОАО «Сибэлектромотор», г. Томск. Программа расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности используется на кафедре. ЭМКМ ЭНИЫ ТПУ при подготовке магистрантов.

Апробация .работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

1. Современные техника и технологии: Международная- научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (ТПУ, г. Томск, 2006-2009 гг.),

2. Электромеханические преобразователи энергии: Международная научно-практическая конференция (ТПУ, г. Томск, 2007 и 2009 гг.).

3. Международная зарубежная Конференция региона 8 IEEE EUROCON 2009 (ЛЭТИ, Санкт-Петербург, 2009 г.)

В том числе сделано 6 докладов на английском языке. Научные работы по материалам и результатам диссертационных исследований, представленные на всероссийских и международных конференциях и конкурсах научно-исследовательских работ, неоднократно отмечены дипломами различных степеней.

Публикации. Общее количество публикаций по теме диссертации - 20, из них: 6 статей в изданиях ВАК, 12 работ опубликовано в трудах конференций, получено 2 свидетельства на регистрацию программ»для ЭВМ.

Объем и,структура диссертации. Диссертационная работа состоит из 6 разделов (включая введение и заключение), содержит 214 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 56 таблиц, список литературы из 127 наименований и 2 приложения.

5.6. Выводы

1. Разработанная математическая модель выбора АД для регулируемого электропривода с учетом энергосбережения предназначена для осуществления выбора и обоснования внедрения энергоэффективных АД в I

РЭП насосных агрегатов в области ЖКХ. К достоинству математической модели выбора АД для регулируемого электропривода с учетом энергосбережения относится учет энергетических характеристик АД и выбор АД для конкретных условий эксплуатации согласно циклу нагрузки.

2. Проектирование энергоэффективных АД при использовании машин большей высоты оси вращения позволяет получить энергоэффективный АД, удовлетворяющий требованиям СЕМЕР и обладающий уровнями ЕРР1 и ЕРР2. Стоимость модернизации или стоимость увеличения КПД энергоэффективного АД на 1 % составляет 7.24 % от базовой стоимости машины. Для перехода на уровень энергоэффективности ЕРР2 для машин средней мощности достаточно выбрать АД следующей высоты оси вращения, а для перехода на! более высокий уровень энергоэффективности ЕРР1 требуется использовать АД высоты оси вращения через одну.

3. Энергоэффективные АД обладают лучшими значениями надежности по сравнению с общепромышленными двигателями. Энергоэффективные АД, спроектированные при изменении длин сердечников и обмоточных данных, обладают сниженным уровнем шума и вибрации по сравнению с базовыми АД. Использование АД больших высот оси вращения не всегда позволяет снизить уровень электромагнитного, шума и вибрации. С точки зрения повышения срока службы изоляции, для проектирования АД с уровнем ЕРР2 могут быть использованы оба способа создания энергоэффективных машин. При проектировании. АД с уровнем энергоэффективности ЕРР1 следует отдавать преимущество способу, связанному с использованием АД большей высоты оси вращения. Повышенный срок службы изоляции и снижение сил, вызывающих электромагнитный шум и вибрацию, позволяют повысить конкурентоспособность и эксплуатационную надежность АД.

4. Способ проектирования энергоэффективных АД при изменении поперечной геометрии за счет использования АД большей высоты оси вращения и при изменении длины сердечников статора и ротора позволяет спроектировать энергоэффективный АД с наивысшим КПД ЕРБ1, с лучшими показателями надежности и гарантированным снижением уровня шума и вибрации. Возрастание цены компенсируется за счет уменьшения расходов приходящихся на срок эксплуатации, а также увеличением надежности за счет увеличения срока службы энергоэффективного АД.

5. Для подтверждения теоретических исследований был подготовлен и проведен эксперимент по определению энергетических характеристик АД при использовании АД большей высоты оси вращения. По результатам анализа экспериментальных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ проектирования энергоэффективных АД, связанный с увеличением габарита машины, позволяет спроектировать АД, обладающий уровнем энергоэффективности ЕРР! согласно спецификации СЕМЕР. Экспериментально доказана адекватность данных моделирования на основе ПВК «Программа расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности», средняя ошибка при определении КПД и коэффициента мощности не превышает 4,5 %.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решены задачи проектирования энергоэффективных АД. Проектирование энергоэффективных асинхронных двигателей является актуальной проблемой развития, электрических машшг во всем мире. Основные научные и практические результаты выполненной работы сводятся к следующим положениям:

1. Для проектирования энергоэффективных АД разработаны компьютерная модель и алгоритм проектирования энергоэффективных АД, которые нашли внедрение в программно-вычислительном комплексе в виде программы для ЭВМ «Программа для расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности». Данный ПВК актуален для предприятий осуществляющих проектирование и, изготовление АД, заинтересованных в повышении конкурентоспособности за счет выпуска энергоэффективных АД.

2. На основе разработанной компьютерной модели и алгоритма оценки экономической эффективности работы АД в РЭП насосных агрегатов и математического аппарата разработан ПВК, реализованный в виде программы расчета «Программа расчета экономической эффективности регулируемого электропривода насосных агрегатов на основе энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности». Данный ПВК актуален для предприятий, осуществляющих проектирование и выпуск энергоэффективных АД для нужд ЖКХ, а также жилищных компаний, желающих повысить свою конкурентоспособность и интерес со стороны потенциальных потребителей.

3. Для проектирования АД при изменении длин сердечников и обмоточных данных, то есть при максимальном использовании имеющегося технологического задела, требуется одновременное изменение длины сердечников и числа витков в- обмотке фазы статора. Стоимость модернизации составляет 4. 12 % от базовой стоимости машины. Для проектирования АД с уровнем;' энергоэффективности EFF2 рекомендуется брать длину сердечников статора и ротора 120:. 130 % от базового значения, а число витков 90 % от базового- значения. Проектирование энергоэффективных АД с уровнем EFF1 для способа без; изменения поперечной геометрии не представляется возможным.

4. Проектирование энергоэффективных АД при/ использовании; машин большей!высоты оси вращения позволяет получить энергоэффективный; АД, удовлетворяющий; требованиям СЕМ ЕР и обладающий уровнями EFF1 и EFF2. Стоимость модернизации составляет 7.24 % от базовой стоимости машины. Для- перехода на уровень энергоэффективности EFF2 для, машин средней мощности требуется выбирать. АД следующего- габарита, а для перехода, наиболее высокий уровень энергоэффективности EFF 1 необходимо использовать АД габаритом через один.

5. Энергоэффективные АД обладают лучшими значениями;: надежности по сравнению с общепромышленными двигателями. Энергоэффективные АД, спроектированные при изменении длин сердечников ;и< обмоточных данных, обладают сниженным; уровнем возмущающих сил электромагнитного* шума и вибрации по; сравнению с базовыми; АД; Использование АД; больших высот оси вращения не всегда позволяет снизить уровень возмущающих сил уровня электромагнитного шума и вибрации. С точки? зрения повышения срока службы изоляции, для проектирования АД с уровнем EFF2 могут быть использованы оба, способа^ создания энергоэффективных машин - при изменении длин сердечников и обмоточных данных, а также использования АД большей высоты оси вращения. При проектировании АД с уровнем энергоэффективности EFF1 следует отдавать преимущество способу, связанному с использованием; АД большей высоты оси вращения. Повышенный; срок службы изоляции и снижение сил, вызывающих электромагнитный; шум и вибрацию, позволят повысить эксплуатационную надежность энергоэффективных АД;

6: Способ проектирования энергоэффективных АД при изменении поперечной геометрии за счет использования АД большей высоты оси вращения и при изменении длины: сердечников статора; и ротора; позволяет спроектировать энергоэффективный АД с наивысшим КПД; ЕРР1, с лучшими, показателями надежности и гарантированным; снижением уровня! шума; и вибрации: Возрастание цены компенсируется за счет уменьшения расходов, приходящихся на срок эксплуатации; а также: увеличением- надежности за счет увеличения срока службы энергоэффективного АД:

7. Проведение, экспериментального исследования подтвердило адекватность данных, полученных на основе компьютерной модели проектирования энергоэффективных двигателей: По результатам анализа экспериментальных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ проектирования энергоэффективных АД* связанный; с использованием АД большей высоты оси вращения, позволяет спроектировать, АД, обладающий; уровнем энергоэффективности ЕРЕ1. Средняя ошибка при определении1 КПД и коэффициента мощности не превышает 4,5 %;

8. Использование энергоэффективного АД в РЭП насосных агрегатов оказывается наиболее экономически выгодным; Регулирование: напряжения на статоре АД в насосных, агрегатах эффективно только при изменении частоты вращения в узком диапазоне, когда диапазон регулирования частоты вращения, не превышает 10 %. При реализации частотного управления; следует использовать общепринятый закон; регулирования частоты вращения и/у=соп&Х, т.к. он не требует осуществления дополнительных вложений. Экономия стоимости потребленной электроэнергии при внедрении РЭП достигает 45. %. Срок окупаемости при замене нерегулируемого электропривода на асинхронный ЧРЭП не превышают двух лет.

1. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматияэнергосбережения: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 1 / Под ред. В. Г. Лисиенко. М.: Теплоэнергетик, 2002. - 688 с.

2. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод : Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И. Я. Браславский, 3. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков; Под ред. И. Я. Браславского. — М. : Издательский центр «Академия», 2004. 256 с.

3. Липатов Ю.А. Энергосбережение: реальность и перспективы // Приложение к журналу «ТЭК и ресурсы Кузбасса». 2005. - №2. - С. 2225.

4. Muravleva О.О., Muravlev O.P., Vekhter E.V. Energetic parameters of induction motors as the basis of energy saving in a variable speed drive // Electrical power quality and utilization journal. 2005. - Vol. XI. - №2. - P. 99-106.

5. Литвак B.B. Основы регионального энергосбережения : Научно-технические и производственные аспекты / В. В. Литвак. Томск : Изд-во НТЛ, 2002. - 300 с.

6. Частотные преобразователи General Electric сберегая, преумножают // Журнал «Электротехнический рынок» - №4 (22). 2008. URL: http://market.elec.ru/nomer/21/chastotnye-preobrazovateli-general-electric-sbereg/(дата обращения 10.06.2009).

7. Осин И.В. Проблемы энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода // Промышленное оборудование. 2005. - №2. — С. 2—3.

8. Электропривод и автоматизация промышленных установок как средство энергосбережения : Библиотечка энергосбережения / И. А. Авербах, Е. И. Барац, И. Я. Браславский, 3. Ш. Ишматов; Уральский гос. техн. ун-т., УПИ. Екатеринбург, 2002 - 26 с.

9. Траге С. Факты и прогнозы: Тенденция к росту // Журнал об исследованиях и инновациях. Инновации будущего. 2006. - С. 17.

10. Лазарев Г. Высоковольтные преобразователи для частотно-регулируемого электропривода. • Построение различных систем // Журнал «Новости электротехники» №2 (32). 2005. URL: http://www.elec.rn/redirect7newsID =1124442568 (дата обращения 10.06.2009).

11. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. / Г. Б.Онищенко, М. Г. Юньков. М.: Энергия, 1972. - 240 с.

12. Ильинский Н.Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода // Электричество. 2003. - №2. - С. 2—7.

13. Браславский И.Я., Ишматов З.С., Плотников Ю.В. Энерго- и ресурсосберегающие технологии на основе регулируемых асинхронных электроприводов // Электротехника. — 2004. — №9. — С. 33-39.

14. Шрейнер Р.Т., Кривояз В.К., Калыгин А.И., Шилин С.И. Энергосберегающий промышленный регулируемый электропривод нового поколения // Электротехника. 2007. - №11. - С. 52-57.

15. Лезнов Б.С. Современные проблемы использования регулируемого электропривода в насосных установках // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. - № 11. - ч. 2. - С. 2-5.

16. Рекомендации по применению регулируемого электропривода в САУ водопроводных и канализационных установок. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1987.-26 с.

17. Лезнов Б.С., Воробьева Н.П., Воробьев C.B., Лезнов Н.Б., Менглишева Л.Н. Окупаемость регулируемого электропривода в насосных установках // Водоснабжение и санитарная техника. — 2002. — №12. С. 14—16.

18. Осин И.В. Технология энергосбережения в насосах // Электронный журнал энергосервисной компании «Энергетические системы» — №6. 2005. URL: http://esco-ecosvs.narod.ru/2005 6/art03.htm (дата обращения 10.06.2009).

19. Muravleva О.О., Tyuteva P.V. Induction motors improvement for a variable speed drive // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2007. - V. 310. -№2-C. 177-181.

20. Гловацкий A.B., Кубарев Л.П., Макаров Л.Н. Основные направления развития электрических машин и электромеханических систем на их основе // Электротехника. — 2008. №4. — С. 2-8.

21. Макаров Л.Н. Совершенствование серийных асинхронных машин в условиях массового производства // Электричество. 2005. - №7. - С. 6269.

22. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. — М.: Энергоатомиздат, 2006. 360 с.

23. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: учебное пособие / В. М. Черкасский. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -415 с.

24. Осин И.В. Технология энергосбережения в насосах // Электронный журнал энергосервисной компании «Энергетические системы» — №6. 2005. URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2005 6/art03 .htm (дата обращения 10.06.2009).

25. Козлов М., Чистяков А. Эффективность внедрения систем с частотно-регулируемыми приводами // Современные технологии автоматизации. -2001.-№1.-С. 76—82.

26. Рекомендации по применению регулируемого электропривода в САУ водопроводных и канализационных установок. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1987.-26 с.

27. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М.: Энергия, 1972.-240 с.

28. Автоматизированный электропривод / Под ред. Н. Ф. Ильинского, М. Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 544 с.

29. Москаленко В.В. Электрический привод: учебное пособие / В. В.

30. Москаленко. ~М.: Мастерство, 2000. 368 с.1

31. Энергосбережение в системах энергосбережения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справочное пособие / Под ред. Л. Д. Богуславского, В. И. Ливчака. -М.: Стройиздат, 1990. 624 с.

32. Шкердин Д.Г. Преобразователи частоты в энергосберегающем приводе насосов // Водоснабжение и санитарная техника. 2004. - №7. - С. 29-32.

33. Воздвиженский В.Б., Кошелев Н.И. Частотно-регулируемый привод. К вопросу установки на электродвигателях насосов холодного водоснабжения ЦТП // Энергосбережение. 2005. - №7. - С. 66-70.

34. Захаров A.B., Колосов АЛ. Исследование эффективности применения специальных серий частотно-регулируемых асинхронных двигателей в электроприводах центробежных насосов // Электротехника. — №11. — 2008. С. 49-52.

35. Костенко М.П. Электрические машины: Учебное пособие: В 2 ч. / М. П. Костенко, Л. М. Пиотровский. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1973.-648 с.

36. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотнымIрегулированием : учебник для вузов / Г. Г. Соколовский. — 2-е изд., испр. — М.: Академия, 2007. 266 с.

37. Высоковольтные преобразователи для частотно-регулируемого электропривода. Построение различных систем // Журнал «Новости Электротехники» № 2 (32). 2005. URL: http://www.elec.ru/catalog/f2362/news/ (дата обращения 10.06.2009).

38. Каталог насосов для водоснабжения, теплоэнергетики, сельского хозяйства, жилищно-коммунального хозяйства, пищевых и химических производств. ОАО «Ливгодромаш». Ливны, 2008. - 71 с.

39. Николаев В.Г. Анализ энергоэффективности различных способов управления насосными установками с регулируемым электроприводом // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. - №11. - 4.2. - С. 6-16.

40. Птах Г.К. Методологические аспекты разработки компьютерных моделей электромеханических преобразователей // Известия вузов. Электромеханика. — № 1. — 2003. — С. 7—11.

41. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учебник / И. П. Копылов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001.-327 с.

42. Глушаков С.В. Математическое моделирование MathCAD 2000, MatLab 5 : Учебный курс / С. В. Глушаков, И. А. Жакин, Т. С. Хачиров. Харьков.: Фолио : ACT, 2001. - 524 с.

43. Серебряков А.С. MATHCAD и решение задач электротехники: учебное пособие / А. С. Серебряков, В. В. Шумейко. М.: Маршрут, 2005. - 240 с.

44. Купцов A.M. MATHCAD с примерами по электротехнике / А. М. Купцов ; Томский политехнический университет (ТПУ). — Томск, 2007. 52 с.

45. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: учебное пособие / С. Г. Герман-Галкин. — СПб.: Корона принт, 2001. 320 с.

46. Герман-Галкин С.Г. Электрические машины : Лабораторные работы на ПК / С. Г. Герман-Галкин, Г. А. Кар донов. СПб.: Корона принт, 2003. — 256 с.

47. Рыжиков Ю.И. Решение научно-технических задач на персональном компьютере: Для студентов и инженеров / Ю. И. Рыжиков. — СПб.: Корона принт, 2000.-271 с.

48. Копылов И.П., Амбрамцумова Т.Т. Развитие методов и средств макромоделирования электрических машин// Электротехника. № 8. — 2007.-С. 19-24.,

49. Кобелев A.C. Автоматизированное проектирование низковольтных асинхронных двигателей с использованием интегрированных моделей электрических машин // Электричество. № 2. - 2004. - С. 31-38.

50. Проектирование электрических машин: учебник для вузов / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев ; под ред. И. П. Копылова. 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 2005. - 767 с.

51. Рамазанов И.М. К совершенствованию методов исследования и расчета асинхронных электродвигателей // Электротехника. — № 1. 2004. - С. 1619.

52. Кобелев A.C., Кудряшов C.B. Математическая модель электромагнитного расчета асинхронных электродвигателей для работы с алгоритмами оптимизации // Электротехника. — №11. 2008. - С. 28—35.

53. РУСЭЛПРОМ: Новая продукция концерна РУСЭЛПРОМ. URL: http ://www.ruselprom. ru/ru/production/new prod/7ave/ (дата обращения 10.06.2009)

54. Кругликов О.В., Макаров J1.H. Состояние и перспективы разработок и производства новых электродвигателей специалистами ОАО «НИПТИЭМ» и ОАО «ВЭМЗ» // Электротехника. -№11.- 2008. С. 2-11.

55. Кобелев А.С., Макаров JI.H., Русаковский A.M. Концепция электромагнитного ядра асинхронных электродвигателей энергоэффективных серий // Электротехника. №11. - 2008. - С. 11-23.

56. Ильинский Н.Ф., Москаленко В.В. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Н.Ф.Ильинский, В.В.Москаленко. М.: Издательский центр «Академия», 2008.-208 с.

57. Электродвигатели EFF1. Преимущества высокого КПД // Энергоэффективность. 2005. - №1. - С. 20-21.

58. Energy Policy Act of 1992 // Energy information administration. Official energy statistics from. the US Government. URL: — http://www.eia.doe.gov/oil gas/natural gas/analysis publications/ngmajorleg/en rgypolicy.html (дата обращения10.06.2009).

59. NEMA assessment of the energy policy act of 2005 // National Electrical Manufacturers Association. 22 p.

60. ГОСТ 8865-93. Система электрической изоляции. Оценка нагревостойкости и классификация

61. ГОСТ 16372-93 Машины электрические вращающиеся. Допустимые уровни шума

62. ГОСТ 20815-93 Машины электрические вращающиеся; Механическая: вибрация некоторых.видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерение, оценка и допустимые значения.

63. Гурин Я.С., Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. — М.: Энергия, 1978.-479 с.

64. Клевцов A.B. Преобразователи частоты для электропривода переменного тока:„практическое пособие для инженеров. «ДМК Пресс», 2008: - 224 с.

65. Осипов В:И; . Частотно-регулируемый асинхронный электропривод. -«Siemens», 2002. 129 с.

66. Вершинин A.B., Драгомиров М.С., Зайцев A.M., Кругликов О.В. Разработка специальных конструктивных исполнений частотно-регулируемых асинхронных электродвигателей // Электротехника. — №11. 2008.-С. 46-49.

67. ГОСТ Р 51677-2000 Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели; Показатели энергоэффективности.

68. Асинхронные двигатели? серии» 4A: Справочник / А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.

69. Асинхронные двигатели общего назначения / Под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика. М.: Энергия, 1980. - 488 с.

70. Кравчик А.Э., Кругликов О.В., Лазарев М.В., Русаковский A.M. Перспективы разработки и производства стандартных асинхронных двигателей на предприятиях группы компаний «ВЭМЗ» // Электротехника. -2005. — №5. С. 3-8.

71. Муравлев О.П., Муравлева О.О., Тютева П.В. Модернизация асинхронных двигателей для обеспечения энергосбережения // Проблеми cyqacnoi електротехшки: Технична електродинамiка ¡"Материалы IX междунар. конф. Кшв, 2006. - Час. 3. - С. 59-62.

72. Муравлева O.O., Тютева П.В. Особенности проектирования асинхронных двигателей в современных условиях // Проблемы Энергетики (Казань), 2008.-№7-8/1.-С. 173 183.

73. Акулич И. Л. Математическое программирование в примерах и задачах : учебное пособие / И. Л. Акулич. М.: Высшая школа, 1993. — 335 с.

74. Гилл Ф. Практическая оптимизация : пер. с англ. / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт. М.: Мир, 1985. - 509 с.

75. Тютева П.В. Выбор метода оптимизации энергоэффективных асинхронных двигателей // Современные техника и технологии: Труды XV междунар.научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 2009. - Т. 1. - С. 488-490.

76. Сипайлов Г.А., Санников Д.И., Жадан В.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах. — М.: Высшая школа, 1989.-239 с.

77. Проектирование электрических машин: учебник для, вузов / О.1 Д. Гольдберг, Я. С. Турин, И. С. Свириденко. 2-е изд., перераб. - М.:I

78. Высшая школа, 2001. 430 с.

79. Тютева П.В., Муравлева О.О. Пути модернизации асинхронных двигателей при изменении геометрии поперечного сечения //Электромеханические преобразователи энергии: Труды IV междунар. научно-практ. конф. -Томск, 2009.-С. 114-117.

80. Приказ №69/508 от 27.11.2007. РЭК Томской области. О тарифах наэлектрическую энергию, поставляемую потребителям Томской области. t

81. URL: http://rec.tomsk.gov.ru/document/docto/12992.html (дата обращения 10.06.2009).

82. Прейскурант на эмаль-провод с 01.07.2009 г. // ЗАО «ТИМ». URL: http://vvww.teemkabel.ru/downloadprice/teemkabel price.xls (дата обращения 10.06.2009).

83. Ермолин Н.П. Надежность электрических машин / Н. П. Ермолин, И: П. Жерихин. JI.: Энергия, 1976. — 248'с.

84. Котеленец Н.Ф. Испытания и надежность электрических машин / Н. Ф. Котеленец, Н. Л. Кузнецов. М.: Высшая школа, 1988. - 231 с.

85. Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин / И. Г. Шубов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. — 208 с.

86. Тютева П.В. Программа расчета энергоэффективных асинхронных двигателей средней мощности. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2008611552 от 26 марта 2008 г.

87. Абрамов Б.И., Иванов Г.М., Лезнов Б.С. Энергосбережение средствами электропривода« в коммунальном хозяйстве города // Электротехника. -2001.-№1.-С. 59-63.

88. Пурусова И.Ю., Помогаева В.В. Рациональное использование энергоресурсов на водоподъемных станциях // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2006. — №1. — С. 62-63.

89. Залуцкий Э.В. Критерии рационального использования энергии в насосных станциях // Электронный журнал энергосервисной компании «Энергетические системы» — №11. 2004. URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2004 11/art39.htm (дата обращения 10.06.2009).

90. Муравлева О.О., Тютева П.В. Энергосбережение насосного агрегата прииспользовании асинхронного регулируемого электропривода //f

91. Автоматизированный электропривод: Труды V междунар (16 Всерос) конференции по автоматизированному электроприводу. — Санкт-Петербург, 2007. С. 467^70.

92. Чернышев А. Ю. Расчет характеристик электроприводов переменного тока : учебное пособие / А. Ю. Чернышев, И. А. Чернышев ; Томский политехнический университет. Томск, 2005. - 136 с.

93. ЮЗ.Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями / Учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. - 94 с.

94. Tyuteva P.V., Muravleva O.O. Operation features of the improved induction motors in the variable speed drive of pump units // IEEE EUROCON2009: Proceedings of the International conference. Saint-Petersburg, 2009. - P. 716— 721.

95. Тютева П.В., Муравлева О.О. Оценка экономической эффективности асинхронного регулируемого электропривода насосных агрегатов // Известия вузов. Электромеханика, 2009. №2. — с. 61—64.

96. Муравлева О.О., Тютева П.В. Использование энергетически эффективных двигателей в регулируемом приводе насосов // Водоснабжение и санитарная техника. — 2008. № 5. — С. 29-33 .

97. Гурин Я.С., Кузнецов Б.И: Проектирование серий электрических машин. -М.: Энергия, 1978. 480 с.

98. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов. М.: Высшая школа, 2001. - 327 с.

99. Информационное сообщение, о тарифах на. 2008 год. Региональная энергетическая комиссия Томской? области. Томская область. 2007. URL: http://rec.tomsk.gov.ru/news-5766.html (дата обращения 10:06.2009).

100. Пёсковская П. Правительство готовит бум тарифов // Газета «Коммерсантъ», №70 (3887).— 2008: — 24 апреля.

101. Electricity prices by type of user // EUROSTAT. URL: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/tgm/reiTeshTableAction.do?tab=table&plugin=0 &init= 1 &pcode=tsier040&language=en (дата обращения 10.06.2009).

102. Пб.Тютева П.В. Алгоритм оценки эффективности работы асинхронных двигателей в насосных агрегатах // Известия Томского политехнического университета. 2009. - Т.315. - №.4 - С.74-79.

103. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам : учебное пособие / М. М. Кацман. М:: Академия, 2005. - 479 с.

104. Ильинский Н.Ф. Общий курс электропривода: учебное пособие / Н. Ф. Ильинский, В. Ф. Козаченко. -М.: Энергоатомиздат, 1992. 544 с.

105. Тютева П.В., Муравлева О.О. Оценка стоимости модернизацииасинхронных двигателей при изменении геометрии поперечного сечения //

106. Известия Томского политехнического университета. 2010. - Т.316. - №.4 -С. 184-186.

107. Панфилов В.А. Электрические измерения: учебник для студ. сред. проф. образования / В.А.Панфилов. — 3-е изд., испр. М1: Издательский центр Академия, 2006. - 288 с.

108. Хромоин П.К. Электротехнические измерения: учебное пособие / П.К. Хромоин. -М.: Форум, 2008 -288'с.

109. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин / Г. К. Жерве. 4-е изд., сокр. и перераб. — Л.: Энергоатомиздат, 1984. — 407 с.

110. КотеленецН.Ф. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин : учебник / Н. Ф. Котеленец, Н. А. Акимова, М. В. Антонов ; Под ред. Н. Ф. Котеленца. -М.: Академия, 2003. -384 с.

111. ГОСТ 11828-86 (2003) Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний,

112. ГОСТ 25941-83 (2003) Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия

113. ГОСТ 183-74 (2001) Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования

114. Батоврин, В.К. Обработка экспериментальных данных: учебное пособие / В. К. Батоврин, Е. А. Сандлер; МИРЭА. М. : Изд-во МИРЭА, 1992. - 60 с.