Размер:
AAA
Цвет: CCC
Изображения Вкл.Выкл.
Обычная версия сайта

Сушим мотор. Челябинские ученые придумали «бесфазную технологию» сохранения электродвигателей

23.01.2018
Сушим мотор. Челябинские ученые придумали «бесфазную технологию» сохранения электродвигателей

Источник: https://up74.ru/articles/obshchestvo/100112/ 

Опубликовано в газете «Южноуральская панорама». Автор: Евгений Аникиенко Фото: Вячеслав Шишкоедов

Одна из давних проблем техарсенала АПК — износ электродвигателей, применяемых в птицеводстве, животноводстве и других отраслях. И зачастую к отключению 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 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-м, 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 ЮУрГАУ. 

На холостом ходу

— Насколько серьезна «мокрая проблема»?

Банин-Роман_ЮУрГАУ.jpg— 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. Сушить электродвигатели 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 использовали 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 четыре 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.

«Чумовое» динамо

— 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. 

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.

Импульсный проект

— 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».

С прицелом на электромобиль?

— 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.

— 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.