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高效節能電機技術與行業發展意義

2017-9-14 2:11:22點擊: 編輯:湘潭電機廠

從節能環保角度出發,高效率電動機是現今國際發展趨勢,美國、加拿大、歐洲相繼頒布了有關法規。歐洲根據電動機的運行時間,制定的CEMEP標準將效率分為eff1(最高)、eff2、eff3(最低)三個等級,從2003-2006年間分步實施。最新出臺的IEC60034-30標準將電機效率分為IE1(對應eff2)、IE2(對應eff1)、IE3、IE4(最高)四個等級。我國承諾從2011年7月1日起執行IE2及以上標準。

  目前我國工業能耗約占總能耗的70%,其中電機能耗約占工業能耗的60%~70%,加上非工業電機能耗,電機實際能耗約占總能耗的50%以上,而現今高效節能電機應用比例低。根據國家中小電機質量監督檢驗中心對國內重點企業198臺電機的抽樣調查,其中達到2級以上的高效節能電機比例只有8%,這對整個社會資源產生了極大的浪費。

  有機構做過計算,如果將所有電動機效率提高5%,則全年可節約電量達765億千瓦時,這個數字接近三峽2008年全年發電量。所以說節能電機行業的發展空間大、需求性強。政策方面,國家標準化管理委員會于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

  電機節能是一項系統工程,涉及電動機的全壽命周期,從電動機的設計、制造到電動機的選型、運行、調節、檢修、報廢,要從電動機的整個壽命周期考慮其節能措施的效果,國內外在這方面主要考慮從以下幾個方面改進提高效率。

  節能電動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、試驗檢測技術等現代設計手段,減小電動機的功率損耗,提高電動機的效率,設計出高效的電動機。

  電動機在將電能轉換為機械能的同時,本身也損耗一部分能量,典型交流電動機損耗一般可分為固定損耗、可變損耗和雜散損耗三部分?勺儞p耗是隨負荷變化的,包括定子電阻損耗(銅損)、轉子電阻損耗和電刷電阻損耗;固定損耗與負荷無關,包括鐵芯損耗和機械損耗。鐵損又由磁滯損耗和渦流損耗所組成,與電壓的平方成正比,其中磁滯損耗還與頻率成反比;其它雜散損耗是機械損耗和其它損耗,包括軸承的摩擦損耗和風扇、轉子等由于旋轉引起的風阻損耗。

  高效電機的特點

  1、節約能源、降低長期運行成本,非常適合紡織、風機、水泵、壓縮機使用,靠節電一年可收回電機購置成本;

  2、直接啟動、或用變頻器調速,可全面更換異步電機;

  3、稀土永磁高效節能電機本身可比普通電機節約電能15℅以上;

  4、電機功率因數接近1,提高電網品質因數,無需加功率因數補償器;

  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。

  高效電機的五大損耗

  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,應用最佳繞線和絕緣尺寸、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

  高效電機鐵耗可以由以下措施減。

  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。

  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,并最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;鶖敌,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。

  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。從全球角度來看,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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