Анализ преимущественных эффектов применения асинхронных электродвигателей в промышленном секторе

Галина С. Армашова-Тельник 1        о 0000-0001-9370-5875Татьяна А. Бобович          1    о 0000-0001-6803-415X

Galina S. Armashova-Telnik 1        5 0000-0001-9370-5875Tatyana A. Bobovich       1    © 0000-0001-6803-415X

Скоротечность технического прогресса требует актуальной и глобальной автоматизации и унификации производственных процессов. Стандартизация и типизация изготовления асинхронных электрических двигателей минимизирует трудоемкость производства, тем самым делая его экономически привлекательным для потребителей. Следовательно, интерес к асинхронным машинам, работающим на переменном токе, для регулируемых электрических приводов очень высок. Это обусловлено тем, что в недалёком прошлом, практически во всём мире начал проводиться обширный комплекс работ по разработке электрических машин разнообразных конфигураций. Сейчас электрические машины эксплуатируются в разнообразных регулируемых

This is an open access article distributed under the terms of the © 2022, Армашова-Тельник Г.С. и др. / Armashova-Telnik G.S. et al.       Creative Commons Attribution 4.0 International License

приводах, которые используются в сельском хозяйстве, транспорте, промышленных насосах, буровых установках, на строительной технике и т. д.

Большое распространение асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором получили в результате существенных преимуществ по сравнению с двигателями постоянного тока или асинхронными двигателями с фазным ротором. К достоинствам данного электродвигателя относится: простота конструкции, хорошая надежность, низкие требования к уходу, долгий срок службы и отсутствие искрящих частей, что упрощает их эксплуатацию в горной промышленности. При повышении качества производимого эклектического двигателя производитель может регулировать стоимость готовой продукции с целью повышения уровня конкурентоспособности.

Обсуждение

На сегодняшний день в продаже существует огромное множество разнообразных электродвигателей, обладающих своими отличительными свойствами, обуславливающими область их применения. Конструирование электрического двигателя, это сложный и кропотливый процесс, который представляет собой проектирование основных размеров электрической машины, всех её частей и деталей, механических характеристик и оценку различных показателей. Рынок асинхронных двигателей в России на данный момент представляет собой широкий спектр разнообразных моделей. Для выбора производимой серии необходимо учитывать разнообразные факторы: имеющиеся оборудование на предприятии, квалификацию сотрудников, производственные мощности, открытость к инновационной деятельности, гибкость руководства и экономический потенциал.

Одним из главных требований при конструировании электродвигателя является минимальная материалоёмкость. Следовательно, при проектировании электрической машины, важнейшей задачей является создание электродвигателя, удовлетворяющего требованиям заказчика при максимальной экономии электротехнической стали, меди, алюминия и конструкционных материалов. Также необходимо учитывать экологические стандарты региона как при производстве двигателя, так и при его непосредственном использовании.

Чаще всего электродвигатели большой мощности исполняют с закрытым корпусом со встроенным воздушным или водяным охлаждением. Так же существует возможность спроектировать электродвигатель в продуваемом корпусе без внутреннего охлаждения. Данный способ защиты имеет обозначение IР23.

Характерными особенностями электродвигателя, исполненного данным способом защиты, является дешевизна и более компактные габариты при идентичных параметрах двигателя.

Асинхронный двигатель по праву считается основополагающей нынешних электромеханических систем. Данное положение ему обеспечивают несколько отличительных особенностей: простота конструкции, надежность, долговечность, лёгкость обслуживания, отсутствие скользящих контактов, низкая стоимость и простота изготовления.

На сегодняшний день развитие государства активно стремятся сократить использование двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В Норвегии с 2025 года запрещена продажа автомобилей с ДВС, а с 2040 года в европейских странах и США вступает в силу запрет на продажу грузового транспорта с использованием традиционных силовых установок. Китай, Япония также идут по пути отказа от ДВС в пользу более экологических и экономически выгодных аналогов. Для обеспечения данного перехода в странах создаются новые станции зарядки электромобилей. Доля продаж электродвигателей с каждым годом непрерывно растет. По данным Росстата за 2019 год показатель покупки электромобилей составляет 2,5 %, в 2020 – 4,6 %, а в 2021 – 6,4 %.

Электрическая машина обеспечивает высокую надежность, длительный срок эксплуатации без капитальных ремонтов, который значительно превосходит срок эксплуатации других типов электрических машин. Благодаря неоспоримому набору положительных характеристик, использование асинхронного электродвигателя на предприятии значительно сказывается на модернизации экономии во всех этапах производства в лучшую сторону.

Но даже асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором недостаточно просто купить. Также необходимо учитывать климатические условия при эксплуатации данного электродвигателя. К примеру, для северного климата с экстремально низкими температурами необходим электродвигатель с повышенной степенью защиты, который имеет температурную защиту, что несет в себе дополнительные финансовые затраты. В жарком климате наоборот, уместнее использовать двигатель с пониженной степенью защиты с прорезями в корпусе для лучшей циркуляции воздуха внутри корпуса, для охлаждения сильно греющихся частей электрической машины.

Асинхронные электрические машины нашли свое применение практически во всех производственных сферах деятельности. Однофазные электродвигатели (220В) применяются в системах малой мощности, в которых не требуется существенная регулировка скорости вращения вала: в различных холодильниках, в бетономешалках, вентиляторах, электробритвах, газонокосилках, стиральных машинах.

Трёхфазные асинхронные электродвигатели в основном применяются в сложных механизмах промышленных предприятиях, таких как: промышленные насосные станции, краны, лебёдки, вентиляторы крупных вентиляционные шахты, компрессоры, буровые установки в горнодобывающей и нефтехимической промышленности, деревообрабатывающие станки.

Электродвигатели, подключающиеся к трехфазной сети переменного тока, бывают совершенно различными по особенностям их конструкции и их назначению. Трёхфазные электродвигатели подразделяются на 3 группы:

• общепромышленные (могут подразделятся на большое количество всевозможных исполнений изначальной модели);

• крановые (подразделяются по типу ротора: с фазными короткозамкнутым);

взрывозащищенные (делится на 2 главных подразделения: нефтехимические и рудничные).

Для предупреждения поломок электродвигателей, необходимо проводить своевременные технические обслуживания согласно регламенту, определённым производителем. Это обусловлено тем, что своевременно проводить мероприятия по техническому обслуживанию электродвигателей значительно выгодно и дешево, чем покупать дорогостоящие детали.

Перед покупкой электродвигателя необходимо учитывать условия, в которых он будет работать. К примеру, в строительстве и горнодобывающей промышленности достаточно агрессивные условия и высокие нагрузки, которые мешают нормальной работе электродвигателя, поэтому в этих промышленных секторах необходимо использовать электрические машины с повышенной степенью защиты, хоть они и значительно дороже. А в машиностроении и химической промышленности, электродвигатели в основном работают в закрытых помещениях, где минимизировано количество пыли и влаги, следовательно, в этих промышленных секторах можно использовать двигатели с пониженной степенью защиты, которые стоят дешевле. Таким образом, корректный выбор электрической машины позволит уменьшить процент поломок и расход средств на ремонт и покупку оборудования.

В некоторых случаях при высокой мощности электродвигателя, его обороты и присоединительные размеры электродвигателей IР23 АМН могут совпадать с электромоторами АИР. В таком случае существует возможность замены общепромышленного двигателя АИР на двигатель АМН для повышения экономической эффективности.

Очевидно, что при одинаковой мощности агрегатов, электродвигатель IР23 выигрывает за счет своих меньших размеров, из-за более низкой степени защиты и, как соответствие своей более низкой цены. К примеру, электродвигатель серии АИР 355 S2 IМ1001 на 3000 оборотов, мощностью 250кВт со степенью защиты IР54 стоит от 1025170 р. А схожий с идентичными характеристиками AMH 315 М2 со степенью защиты IР23 стоит 697882 р. Сфера эксплуатации асинхронных электрических машин в наши дни очень широка. Их используют в транспорте, промышленных станках, вентиляторах, насосах и в другом различном оборудовании, где нагрузка относительно стабильна или снижение количества оборотов не сильно влияет на рабочий процесс.

Одним из основных достоинств асинхронных электродвигателей является возможность частых пусков, что весьма желательно в условиях работы энергетических систем, где эксплуатируются мощные промышленные насосы. Возможность повторных пусков определяется повышенными требованиями к обмотке статора, нагревание которой определяет длительность перерыва между запусками и общим количеством запусков за определённый период времени.

Такой электродвигатель отлично подходит для подключения к промышленным насосам водоканалов, так как он обладает большой мощностью. Также данный электродвигатель выделяется своей компактностью конструкции. Он обладает достаточно простым соединением с насосом, легкой автоматизацией управления и относительно низкими эксплуатационными затратами. Использование асинхронных двигателей заметно повысит экономическую выгоду предприятия благодаря относительно низкой стоимости данного вида электродвигателя.

Производство электродвигателей в России непрерывно росло с 2016 по 2019 благодаря импорту готовой продукции, однако в 2020 году из-за мировой пандемии коронавирусной инфекции покупательская способность зарубежных партнеров снизилась. Из-за осложнения внешнеторговых операций производство асинхронных электродвигателей впервые с 2016 года упало на 2 %. На данный момент производство сократилось на 1,3 % по сравнению в 2021 годом, однако эксперты прогнозируют умеренный рост спроса в 2023–2025 гг. на 1,9 % или 44,16 млн штук в год.

Заключение

Производство асинхронных электродвигателей способствует повышению экономической и экологической ситуации в стране, повышает уровень конкурентоспособности российской промышленности в мире, поддерживает развитие научно-технического прогресса, содействует внедрению инновационных технологий.