Какие отрасли получают наибольшую выгоду от использования синхронных двигателей переменного тока?

Генерация электроэнергии и стабильность электросети: обеспечение точности и управление реактивной мощностью

Феномен: синхронные двигатели как источники инерции, синхронизированные с сетью

АС синхронные двигатели естественным образом синхронизируются с частотой сети, обеспечивая им своего рода вращательную инерцию, которая фактически помогает поддерживать стабильность энергосетей при резких изменениях спроса на нагрузку. Масса роторов этих двигателей действует как маховик, накапливая кинетическую энергию, которая автоматически высвобождается при любом падении частоты. Это по сути замедляет скорость изменений в системе, что способствует общей устойчивости сети. По мере того как всё больше и больше электроэнергетических систем во всём мире переходят на возобновляемые источники энергии и отказываются от традиционных вращающихся генераторов, такая встроенная инерция становится особенно важной. Без устаревших вращающихся машин современные сети больше не обладают тем же естественным стабилизирующим эффектом.

Принцип: возбуждение ротора для точной коррекции коэффициента мощности и поддержки реактивной мощности

В отличие от асинхронных двигателей, синхронные двигатели обеспечивают динамическое управление реактивной мощностью за счет регулируемого постоянного тока возбуждения ротора. Путем точной настройки тока возбуждения операторы могут:

• Достигать единичного коэффициента мощности, избегая штрафов энергоснабжающих организаций, которые могут превышать 740 000 долларов США ежегодно на объект
• Вводить или поглощать реактивную мощность (ВАР) для регулирования напряжения в периоды пиковых нагрузок
• Компенсировать отстающие ВАР трансформаторов и линий электропередачи

Это превращает двигатели в программируемые активы сети, повышающие эффективность передачи электроэнергии и помогающие предотвратить падение напряжения, особенно в слабых или удалённых сетях.

Нефть, газ и химическая переработка: высокая эффективность и постоянная скорость вращения для критически важных применений

Феномен: устранение потерь скольжения в центробежных компрессорах и насосах

Центробежные компрессоры и насосы, используемые в процессах переработки углеводородов, традиционно теряли около 3–7 процентов своей входной энергии из-за надоедливых потерь скольжения в обычных асинхронных двигателях. Синхронные двигатели переменного тока устраняют эту проблему, поскольку поддерживают идеальную синхронизацию ротора и статора на протяжении всего периода работы, что позволяет им соответствовать классу эффективности IE4 согласно стандартам IEC 60034. Недавние исследования, опубликованные в прошлом году в журналах по гидродинамике, показывают, что использование таких двигателей может сократить потребление энергии до 40% в системах газовой компрессии. Это означает реальную экономию эксплуатационных расходов и снижение выбросов углекислого газа без потери производительности — особенно важно при работе с непредсказуемыми изменениями давления, которые постоянно происходят в трубопроводах.

Принцип: Стабильный расход при переменных условиях на входе с приводами синхронных двигателей переменного тока

Синхронные двигатели сохраняют почти постоянную скорость вращения при перекачке сырой нефти с изменяющейся вязкостью или при работе с реакционноспособными химикатами. Эти двигатели поддерживают скорость с отклонением не более чем на полпроцента от заданного значения даже при изменении нагрузки. Их отличительная особенность — мгновенная реакция электромагнитной системы на изменения давления на входе. Такая быстрая реакция предотвращает нежелательные нарушения потока, которые могут привести к расслоению различных фаз в трубопроводах, транспортирующих несколько веществ одновременно. Для насосов-усилителей, работающих с кислым газом, это обеспечивает стабильность расхода на уровне около двух процентов. И, честно говоря, такая стабильность имеет огромное значение, поскольку незапланированные остановки стоят миллионов на НПЗ, где ежедневно перерабатываются различные коррозионно-активные материалы.

ОВК и крупномасштабные системы зданий: Соответствие энергетическим стандартам с эффективностью IE4

Феномен: Применение синхронных двигателей переменного тока в чиллерах и системах заслонок с регулируемой частотой вращения (VFD)

В настоящее время все больше инженеров отдают предпочтение синхронным двигателям переменного тока для крупных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, таким как приводы чиллеров с регулируемой частотой и исполнительные механизмы заслонок, которые повсеместно используются. Эти двигатели выделяются тем, что обеспечивают точное регулирование скорости даже при работе на низких оборотах. Это означает, что система охлаждения может плавно регулироваться без раздражающих скачков, характерных для других типов двигателей. Также нельзя забывать и об энергосбережении. Асинхронные двигатели обычно теряют около 3–7 процентов энергии, когда работают не на полную мощность, тогда как синхронные двигатели значительно снижают эти потери. Например, воздушные установки. Согласно исследованию, опубликованному в прошлом году в журнале ASHRAE, при использовании синхронных двигателей в таких системах колебания давления в воздуховодах сокращаются примерно на 22 процента. Результат — более стабильный воздушный поток по всему зданию и повышенный комфорт для людей в помещениях.

Тренд: ASHRAE 90.1-2022 стимулирует модернизацию асинхронных двигателей на синхронные двигатели класса IE4

Обновлённый стандарт ASHRAE 90.1-2022 требует повышения эффективности приводов коммерческих систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на 15 %, что ускоряет замену устаревших асинхронных двигателей. Синхронные двигатели переменного тока класса IE4 соответствуют этому требованию благодаря:

• Роторам с постоянными магнитами, которые исключают потери в роторе
• пиковому КПД 97 % при нагрузке 25 % по сравнению с 89 % у асинхронных аналогов
• Коэффициенту мощности выше 0,95 в широком диапазоне скоростей

По данным руководителей объектов, срок окупаемости после модернизации составляет всего 18 месяцев, поскольку такие двигатели ежегодно снижают энергопотребление холодильных установок на 31 % — способствуя соблюдению нормативов по вентиляции и глобальных инициатив по достижению нулевых выбросов.

Морские и судовые применения: надёжный привод с использованием синхронных двигателей с постоянными магнитами

Стратегия: внедрение PMSM в гибридные электрические судовые силовые установки для повышения эффективности и долговечности

Морской привод претерпевает изменения благодаря тому, что синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) всё чаще применяются в гибридно-электрических системах судов. Когда они заменяют традиционные асинхронные двигатели в силовых передачах кораблей, устраняются нежелательные потери от скольжения и достигаются показатели эффективности выше 95% в большинстве случаев. Результат? Заметное снижение расхода топлива во время длительных морских переходов. Ещё одно важное преимущество PMSM — их бесщёточная конструкция, что означает меньшее количество деталей, требующих обслуживания, особенно важно при наличии проблем с коррозией из-за солёной морской воды. Кроме того, возможность точной настройки крутящего момента делает переключение между электрической и дизельной тягой гораздо более плавным, чем раньше. Особенно хорошо это работает на судах обеспечения морских платформ, эксплуатируемых в районе нефтяных вышек. Даже несмотря на постоянные вибрации от работы двигателей, высокую влажность и необходимость функционирования в экстремальных температурных диапазонах — от арктических вод до тропического климата — эти двигатели продолжают надёжно работать.

Преимущество: высокая плотность крутящего момента и устойчивость в суровых морских условиях

Синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) могут генерировать примерно на 30% больше пусковой тяги по сравнению с двигателями аналогичного размера, поскольку они выполнены по компактной конструкции, обеспечивающей высокий крутящий момент. Неодимовые магниты внутри этих двигателей отлично справляются с ударными нагрузками, когда суда сталкиваются с тяжелыми океанскими условиями. Кроме того, двигатели оснащены специальными покрытиями, устойчивыми к коррозии, которые защищают их от соленого воздуха и влаги, разрушающих обычные компоненты двигателей со временем. По этой причине PMSM отлично работают в азимутальных подруливающих устройствах и системах динамического позиционирования судов. Когда судну необходимо сохранять позицию или точно маневрировать в сложных условиях, наличие надежных двигателей, которые не выйдут из строя в критический момент, является решающим фактором между успешной эксплуатацией и возможными авариями в море.