高效節能電機-其發展意義重大 需要趕上歐美國際標準
- 發布時間:??2021-03-24
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從節能環保的角度來看,高效電機是國際發展趨勢,美國、加拿大和歐洲都頒布了相關法律法規。CEMEP標準根據歐洲電機的運行時間,將效率分為eff1(高)、eff2和eff3(低)三個等級,從2003年到2006年逐步實施。新的IEC60034-30標準將電機效率分為四個級別:IE1(對應于eff2)、IE2(對應于eff1)、IE3和IE4(高)。中國承諾從2011年7月1日起實施IE2及以上標準。
目前,我國工業能耗約占總能耗的70%,其中電機能耗約占60%~70%。此外,電機的實際能耗占總能耗的50%以上,而如今高效節能電機的應用比例較低。國家中小電機質量監督檢驗中心對國內重點企業的198臺電機進行抽樣調查,只有8%的高效節能電機達到二級以上,造成了社會資源的極大浪費。
有機構測算,如果所有電機效率提高5%,每年節電將達到765億千瓦時,接近2008年三峽年發電量。因此,節能電機行業發展空間大,需求強。政策方面,國家標準化管理局于2012年發布了強制性標準《GB18613-2012中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》。
高效電機的節能措施
電機節能是一個系統工程,涉及電機的整個生命周期。從電機的設計制造到電機的選擇、運行、調整、檢修、報廢,節能措施的效果要從電機的整個生命周期來考慮。在這方面,要提高國內外的效率,應該考慮以下幾個方面。節能電機的設計是指運用優化設計技術、新材料技術、控制技術、集成技術、測試檢測技術等現代設計方法。以減少電機的功率損耗,提高電機的效率,并設計出高效的電機。
當電機將電能轉化為機械能時,也損失了一些能量。典型的交流電機損耗可分為三部分:固定損耗、可變損耗和雜散損耗。可變損耗隨負載變化,包括定子電阻損耗(銅損耗)、轉子電阻損耗和電刷電阻損耗;固定損耗與負載無關,包括鐵心損耗和機械損耗。鐵損由磁滯損耗和渦流損耗組成,磁滯損耗與電壓的平方成正比,磁滯損耗也與頻率成反比。其他雜散損耗是機械損耗和其他損耗,包括軸承的摩擦損耗和風扇和轉子旋轉引起的風阻損耗。
高效電機電機的特點
1.節約能源,降低長期運行成本。非常適合紡織、風機、水泵、壓縮機。電機購置費可通過節電一年回收;2.異步電動機可以直接起動或用變頻器調速完全替代;
3.稀土永磁高效節能電機本身比普通電機節約電能15%以上;
4.電機的功率因數接近1,在不增加功率因數補償器的情況下,提高了電網的品質因數;
>5、電機電流小,節約輸配電容量、延長系統整體運行壽命;
6、節電預算:以55千瓦電機為例,高效電機比一般電機節電15%,電費每度按0.5元計算,使用節能電機一年內靠節電可收回更換電機的費用。
高效電機的優點
·直接啟動,可全面更換異步電機。
·稀土永磁高效節能電機本身可比普通電機節約電能3%以上。
·電機功率因數一般高于0.90,提高電網品質因數,無需加功率因數補償器。
·電機電流小,節約輸配電容量、延長系統整體運行壽命。
·加驅動器可實現軟起、軟停、無級調速,節電效果進一步提高。
當前電機的五大損耗
定子損耗:
降低電動機定子I^2R損耗的主要手段實踐中采用較多的方法是:
1、增加定子槽截面積,在同樣定子外徑的情況下,增加定子槽截面積會減少磁路面積,增加齒部磁密;
2、增加定子槽滿槽率,這對低壓小電動機效果較好,應用繞線和絕緣尺寸、大導線截面積可增加定子的滿槽率;
3、盡量縮短定子繞組端部長度,定子繞組端部損耗占繞組總損耗的1/4~1/2,減少繞組端部長度,可提高電動機效率。實驗表明,端部長度減少20%,損耗下降10%。
轉子損耗
電動機轉子I^2R損耗主要與轉子電流和轉子電阻有關,相應的節能方法主要有:
1、減小轉子電流,這可從提高電壓和電機功率因素兩方面考慮;
2、增加轉子槽截面積;
3、減小轉子繞組的電阻,如采用粗的導線和電阻低的材料,這對小電動機較有意義,因為小電動機一般為鑄鋁轉子,若采用鑄銅轉子,電動機總損失可減少10%~15%,但現今的鑄銅轉子所需制造溫度高且技術尚未普及,其成本高于鑄鋁轉子15%~20%。
鐵耗
電動機鐵耗可以由以下措施減小:
1、減小磁密度,增加鐵芯的長度以降低磁通密度,但電動機用鐵量隨之增加;
2、減少鐵芯片的厚度來減少感應電流的損失,如用冷軋硅鋼片代替熱軋硅鋼片可減小硅鋼片的厚度,但薄鐵芯片會增加鐵芯片數目和電機制造成本;
3、采用導磁性能良好的冷軋硅鋼片降低磁滯損耗;
4、采用高性能鐵芯片絕緣涂層;
5、熱處理及制造技術,鐵芯片加工后的剩余應力會嚴重影響電動機的損耗,硅鋼片加工時,裁剪方向、沖剪應力對鐵芯損耗的影響較大。順著硅鋼片的碾軋方向裁剪,并對硅鋼沖片進行熱處理,可降低10%~20%的損耗。
雜散損耗
如今對電動機雜散損耗的認識仍然處于研究階段,現今一些降低雜散損失的主要方法有:
1、采用熱處理及精加工降低轉子表面短路;
2、轉子槽內表面絕緣處理;
3、通過改進定子繞組設計減少諧波;
4、改進轉子槽配合設計和配合減少諧波,增加定、轉子齒槽、把轉子槽形設計成斜槽、采用串接的正弦繞組、散布繞組和短距繞組可大大降低高次諧波;采用磁性槽泥或磁性槽楔替代傳統的絕緣槽楔、用磁性槽泥填平電動機定子鐵芯槽口,是減少附加雜散損耗的有效方法。
風摩損耗
應得到人們應有的重視,它占電機總損失的25%左右。摩擦損失主要有軸承和密封引起,可由以下措施減小:
1、盡量減小軸的尺寸,但需滿足輸出扭矩和轉子動力學的要求;
2、使用高效軸承;
3、使用高效潤滑系統及潤滑劑;
4、采用先進的密封技術。
高效電機行業發展情況
產量預測
國家在煤炭、礦業、裝備制造等行業的整合、重組,將進一步推動中型電機產品的需求和發展。國家節能減排政策的深入落實,對電機系統節能提出了新的、更高的要求。由單純追求電機的高效率正在向系統運行的高效率轉變,并終促進電機產品市場的進一步細分,推動特殊、專用產品和成套系統的發展。這不僅對中小型電機的設計、生產提出了更高的要求,同時也提供了更廣闊的產品應用空間、經濟利潤空間和行業發展空間。未來五年國家將采用財政補貼方式推廣中小型節能高效電機等產品。預計未來五年中小型節能高效電機產量將得到爆發性增長,年均增長率為58.07%。中小型節能高效電機產量經過2013年的高速發展,到2014年增長趨勢趨于穩定,增長率小幅下降,但難以改變中小型節能高效電機產量大幅增長的趨勢,2016年中小型節能高效電機產量將增長到21840萬千瓦。
規模增長
2007-2011年中小型節能高效電機市場規模年均增長率達到50.8%。未來在國家政策及下游需求的影響下,中小型節能高效電機行業市場規模將得到大幅度的增長,綜合各種影響因素,我們認為2012-2016年中小型節能高效電機市場規模年均增長率在69.36%,預計到2016年中國中小型節能高效電機行業市場規模將達到1092億元,占中小型電機市場規模的61%。中小型節能高效電機市場規模基數小,導致市場規模增長率遠遠高于中小型電機規模增長率,并將長期維持此高增長態勢。經過2013年爆發性增長后,中小型節能高效電機市場規模仍保持高速發展,但增長速度開始趨穩。
國內動態
2010年6月2日,財政部、國家發展改革委聯合出臺《關于印發節能產品惠民工程高效電機推廣實施細則的通知》,將高效電機納入節能產品惠民工程實施范圍,采取財政補貼方式進行推廣。
為貫徹落實國務院《“十二五”節能減排綜合性工作方案》和《“十二五”節能環保產業發展規劃》,促進高效節能機電設備(產品)的推廣應用,結合工業、通信業節能減排工作實際,工業和信息化部于2013年2月21日發布了《節能機電設備(產品)推薦目錄(第四批)》。
工信部2013年3月26日印發的《2013年工業節能與綠色發展專項行動實施方案》通知提出,2013年將重點推進實施電機能效提升專項計劃。專項行動實施的目標為:實現全國工業用電節約1%(300億度左右),探索工業節能與綠色發展的模式和實現途徑,實現以點帶面,帶動工業節能與綜合利用整體工作取得進展。根據實施方案,2013年工信部將從推廣高效電機、淘汰低效電機以及既有電機系統節能技術改造等6個方面入手,推廣、淘汰和節能改造電機及電機系統1億千瓦,擴大高效電機市場份額,促進電機產品升級換代和產業升級。
工信部和國家質檢總局6月21日聯合印發《電機能效提升計劃(2013-2015年)》,計劃提出到2015年累計推廣高效電機1.7億千瓦,淘汰在用低效電機1.6億千瓦,實施電機系統節能技改1億千瓦,實施淘汰電機高效再制造2000萬千瓦。
本文總結:
電機產品作為工業動力,對國家的發展速度和產業政策依賴較大,因此如何搶占市場先機,及時調整產品結構,研制適銷對路的產品,選擇好差異化的節能電機產品,緊跟國家產業政策是重點。從角度來看,電機行業正向高效節能方向發展,發展潛力巨大。各發達國家都相繼制定了電機的能效標準。歐美等發達國家不斷提高電機能效準入標準,基本已經全部使用高效節能電機,部分地區已經開始使用超高效節能電機。
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