Информационное агентство "Светич". Сайт о сельском хозяйстве. 16+

Энергия «нуля»? Челябинские ученые придумали «бесфазную технологию» продления жизни электромоторов

Энергия «нуля»? Челябинские ученые придумали «бесфазную технологию» продления жизни электромоторов
В преддверии посевной крайне важно обеспечить надежность работы ее «тяговой силы». В том числе, и самой экологичной, работающей на электричестве. Сегодня «полевые трактора» в России, в основном, «на бензиново-солярочном» ходу, но, по прогнозам экспертов, уже скоро на смену дизелям, загрязняющим природную среду ядовитыми выхлопами, придут экологически безвредные электромоторы. Но, при этом, придется решить свои вопросы, сдерживающие развитие агроэлектротранспорта. Одна из давних проблем техарсенала АПК — износ электродвигателей техники, применяемой не только на полевых работах, но и в птицеводстве, животноводстве и других отраслях. И зачастую к «отключке» электромотора ведет короткое замыкание — следствие намокания изоляции обмотки. Как избавиться от этой напасти?
 
За создание инновационной «бесфазной технологии» сушки асинхронных электродвигателей с использованием так называемых токов нулевой последовательности в 2016-м году ее авторы награждены золотой медалью областной сельхозвыставки «Агро» и серебряной – на всероссийском агровернисаже «Золотая осень». Эта уникальная технология уже запатентована, ее аналогов нет ни в России, ни за рубежом. А в 2017-ом, когда ученые для ее «обкатки» создали экспериментальный прибор, он «взял серебро» на региональной и окружной агровыставках. Что ноу-хау может дать АПК, другим отраслям? Об этом – наш разговор с одним из его авторов, кандидатом технических наук Романом Баниным, заведующим кафедрой «Электрооборудование и электротехнологии» Института агроинженерии Южно-Уральского государственного аграрного университета.
 
– Насколько серьезна «мокрая проблема»?
 
– Асинхронные электродвигатели занимают 95% от количества моторов АПК. Они используются в навозоуборочных траспортерах ферм, для раздачи кормов, вентиляции, зерноочистки… Особенно много хлопот намокание техники доставляет птицеводам. При забое птиц, когда клетки дезинфицируют моющим раствором, он попадает на электромоторы, что ведет к их выходу из строя. Как-то на одной из птицефаб-рик вода в градирне пошла через верх, попала на электромотор, и его пришлось снимать, транспортировать в ремонтный цех.

Электродвигатели часто намокают и на улице, под дождем, во влажном воздухе. Сушить их в полевых условиях невозможно, приходится демонтировать и везти на ремонт, а это масса времени, большие издержки. И мы нашли решение – научили электродвигатель «сушить себя самому», на холостом ходу.
 
– А как работает ваше устройство?
 
– Мы применили математический прием разделения тока на три составляющие – прямой, обратный и нулевой последовательности, во времени и пространстве совпадающие во всех трех фазах, и «запрягли» последнюю. Это своего рода аналог интегрирования электрического сигнала – так называемого «ряда Фурье». Таким током в нашем вузе раньше в виде эксперимента пытались сушить обмотку трансформаторов, а мы применили для электродвигателей. Они сушатся без демонтажа, при работе на малых оборотах, за счет собственного нагрева. Причем, в обмотке происходит выравнивание температур, и локального перегрева, из-за которого случаются поломки, не происходит. Фазное напряжение в 4 раза меньше номинального, а скорость магнитного поля – втрое! При традиционном способе сушки ротор неподвижен, и есть опасность появления «точек перегрева», что чревато повреждением обмотки. А у нас ротор равномерно вращается, и этой угрозы нет.
 
– Какие способы применялись раньше для сушки электромоторов? И что дает ваш?
 
– Традиционно их сушат в конвекционных печах, токами короткого замыкания, а также электроосмотическим способом, когда под воздействием высокого напряжения молекулы воды вытесняются «из тела» обмотки (разработка ученых ЮУрГАУ под руководством профессора А.Е. Немировского). Но это долгий и затратный процесс, причем, влага из межфазной изоляции удаляется не полностью. Этих минусов у нашего способа нет: он прост и надежен, ведет к большой экономии. «Нулевая технология» даже позволяет подключаться к однофазному источнику питания. Такие «динамо-машины» могут выручить фермеров, геологов, оленеводов Заполярья, к чумам которых не подведены ЛЭП.
 
Мало того, мы применяем компьютерное моделирование процесса сушки, и, выявив возможные точки перегрева, изменяем ее режим. К слову, так прогнозируем и износ электромоторов, чтобы ставить их на «превентивный ремонт» – тогда, когда нужно, избегая излишних затрат.
 
– Какую оценку «нулевая сушка» получила у экспертов?
 
– В советские годы предпринимались попытки создания таких устройств, но они были громоздкими, требовали больших энергозатрат. Родоначальник этого направления – профессор нашей кафедры Геннадий Петров. А мы продолжили эту работу на основе современной элементной базы – микроконтроллеров, транзисторов… И в итоге создали прибор, который разместился в компактной, удобной для переноски «коробочке». Он прошел испытания, презентован на агровыставках. За его разработку один из авторов, ассистент нашей кафедры Илья Новик, победил во всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди молодых ученых. На эту тему он теперь пишет кандидатскую диссертацию.
 
По отзывам экспертов, этот способ сушки выигрывает даже по сравнению с зарубежными экспериментами по «самонагреву» обмотки двигателя: дополнительные слои снижают рабочий объем основной обмотки, уменьшают КПД, а у «нулевки» этих минусов нет.
 
– А будет ли у ваших исследований свое продолжение?
 
– Мы продолжаем их, и уже есть реальный результат. Кроме «нулевой» технологии, для сушки изоляции обмотки предлагаем использовать импульсный ток. Он способен работать в любом диапазоне, даже при высокой мощности! Особенность этого метода в том, что используется не переменный, а постоянный ток. На это изобретение сейчас оформляем патент, и оно станет еще одной составляющей моей докторской диссертации.
 
Внутри прибора мы поставили источник питания с широтной импульсной модуляцией. Уже изготовили образец, испытали в лабораторных условиях методом тепловизионной съемки. Двигатель прошел увлажнение в климатической камере, имитирующей условия эксплуатации, и первые результаты обнадеживают. КПД такого устройства намного выше, чем у его предшественников.
 
Напряжение, подведенное к фазе двигателя, в 10 раз меньше номинального, фазы обмотки нагреваются равномерно и опасности перегрева участков обмотки и пробоя изоляции нет. Если же возникнет аварийная ситуация, устройство автоматически переходит «в режим стабилизации».
 
– Теперь дело за внедрением в производство...
 
– Хотелось бы запустить линейку устройств, в автоматическом режиме поддерживающих рабочее состояние изоляции двигателей. Много и других задумок, идей, планов. Но в одиночку вузу эту проблему не решить, и мы подыскиваем инвесторов. В их роли, например, могли бы выступить наши агрохолдинги, птицефабрики.
 
– В каких сферах, кроме АПК, ваши наработки могут найти применение?
 
– Спектр их использования очень широк. К примеру, если асинхронные двигатели применяются в АПК, ЖКХ, деревообработке, строительстве и машиностроении, то синхронные – в энергетике, горнорудной промышленности, газо- и нефтепереработке. Причем, дальнейшее направление наших исследований – «перенос» высоких технологий и на синхронные моторы: обмотка статора у них такая же, как у асинхронных.
 
Сушку обмотки двигателей, надеюсь, поможет ускорить возможный «заход» нашего инновационного устройства и в железнодорожную сферу. Электромоторы локомотивов, двигатели привода стрелочных механизмов работают по схожей схеме, и их демонтаж пока требует больших затрат времени и сил. А в металлургии, для прокатных станов, где используется постоянный ток, вполне можно будет применять наши импульсные установки.
 
– А какие возможности эти ноу-хау открывают для автопрома, судостроения?
 
– В электромобилях, куда более экологичных, чем традиционные «бензиновые», применяются инверторные двигатели, использующие принцип преобразования постоянного тока в переменный. Но есть опасность повреждения обмотки, и наши исследования вполне могут пригодиться и в этой сфере.
 
Думаю, не исключение и судостроение. В свое время мы делали инверторы-преобразователи напряжения для насосов систем отопления морских судов. Но как в автономном плавании произвести сушку электродвигателя? Наши ноу-хау, надеюсь, позволят сушить обмотку прямо в рейсе, не заходя в ремонтный док.
 
– Какие еще сбои могут привести к отказу в работе электродвигателя? И как его «излечить»?
 
– Одна из главных проблем – износ подшипниковых узлов. Мы в климатической камере исследовали его причины – одностороннее магнитное тяжение, повышенная запыленность, влажность, агрессивная газовая среда. И составили «уравнение надежности», выдали рекомендации по продлению жизни электромоторов. А математическое моделирование электрической эрозии контактов позволяет прогнозировать степень износа магнитного пускателя.
 
– А возможно ли совместить ваши высокие технологии с популярными сегодня возобновляемыми источниками энергии?
 
– Почему бы и нет? В свое время мы спроектировали инновационную ветроэнергетическую установку с вертикальной осью и накопителем энергии для вибрационного насоса, качающего воду из скважины. Я для нее разработал инвертор напряжения, на который получен патент. Возможно, наши исследования найдут применение и в проектах солнечных батарей. И хотя это разные изобретения, но цель у них одна – снизить себестоимость электрооэнергии, обеспечить качество и надежность энергоснабжения АПК.

 
Евгений АНИКЕНКО
Информационное агентство «Светич»
Журнал «Нивы России» №3 (158), апрель2018
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

Яндекс Директ