高效節能電機技術(shù)與行業(yè)發(fā)展意義

2017-9-14 2:11:22點(diǎn)擊: 編輯:湘潭電機廠(chǎng)

從節能環(huán)保角度出發(fā),高效率電動(dòng)機是現今國際發(fā)展趨勢,美國、加拿大、歐洲相繼頒布了有關(guān)法規。歐洲根據電動(dòng)機的運行時(shí)間,制定的CEMEP標準將效率分為eff1(最高)、eff2、eff3(最低)三個(gè)等級,從2003-2006年間分步實(shí)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(gè)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(yè)能耗約占總能耗的70%,其中電機能耗約占工業(yè)能耗的60%~70%,加上非工業(yè)電機能耗,電機實(shí)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(zhì)量監督檢驗中心對國內重點(diǎn)企業(yè)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(gè)社會(huì )資源產(chǎn)生了極大的浪費。

  有機構做過(guò)計算,如果將所有電動(dòng)機效率提高5%,則全年可節約電量達765億千瓦時(shí),這個(gè)數字接近三峽2008年全年發(fā)電量。所以說(shuō)節能電機行業(yè)的發(fā)展空間大、需求性強。政策方面,國家標準化管理委員會(huì )于2012年發(fā)布了強制性標準《GB18613-2012中小型三相異步電動(dòng)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(dòng)機的全壽命周期,從電動(dòng)機的設計、制造到電動(dòng)機的選型、運行、調節、檢修、報廢,要從電動(dòng)機的整個(gè)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(gè)方面改進(jìn)提高效率。

  節能電動(dòng)機的設計是指運用優(yōu)化設計技術(shù)、新材料技術(shù)、控制技術(shù)、集成技術(shù)、試驗檢測技術(shù)等現代設計手段,減小電動(dòng)機的功率損耗,提高電動(dòng)機的效率,設計出高效的電動(dòng)機。

  電動(dòng)機在將電能轉換為機械能的同時(shí),本身也損耗一部分能量,典型交流電動(dòng)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(wú)關(guān),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(fēng)扇、轉子等由于旋轉引起的風(fēng)阻損耗。

  高效電機的特點(diǎn)

  1、節約能源、降低長(cháng)期運行成本,非常適合紡織、風(fēng)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(dòng)、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(wǎng)品質(zhì)因數,無(wú)需加功率因數補償器;

  5、電機電流小,節約輸配電容量、延長(cháng)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(yōu)點(diǎn)

  • 直接啟動(dòng),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(wǎng)品質(zhì)因數,無(wú)需加功率因數補償器。
  • 電機電流小,節約輸配電容量、延長(cháng)系統整體運行壽命。
  • 加驅動(dòng)器可實(shí)現軟起、軟停、無(wú)級調速,節電效果進(jìn)一步提高。

  高效電機的五大損耗

  定子損耗

  降低電動(dòng)機定子I^2R損耗的主要手段實(shí)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(huì )減少磁路面積,增加齒部磁密;

  2、增加定子槽滿(mǎn)槽率,這對低壓小電動(dòng)機效果較好,應用最佳繞線(xiàn)和絕緣尺寸、大導線(xiàn)截面積可增加定子的滿(mǎn)槽率;

  3、盡量縮短定子繞組端部長(cháng)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(cháng)度,可提高電動(dòng)機效率。實(shí)驗表明,端部長(cháng)度減少20%,損耗下降10%。

  轉子損耗

  電動(dòng)機轉子I^2R損耗主要與轉子電流和轉子電阻有關(guān),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(xiàn)和電阻低的材料,這對小電動(dòng)機較有意義,因為小電動(dòng)機一般為鑄鋁轉子,若采用鑄銅轉子,電動(dòng)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(shù)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(cháng)度以降低磁通密度,但電動(dòng)機用鐵量隨之增加;

  2、減少鐵芯片的厚度來(lái)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(huì )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(shù),鐵芯片加工后的剩余應力會(huì )嚴重影響電動(dòng)機的損耗,硅鋼片加工時(shí),裁剪方向、沖剪應力對鐵芯損耗的影響較大。順著(zhù)硅鋼片的碾軋方向裁剪,并對硅鋼沖片進(jìn)行熱處理,可降低10%~20%的損耗。

  雜散損耗

  如今對電動(dòng)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(guò)改進(jìn)定子繞組設計減少諧波;

  4、改進(jìn)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(dòng)機定子鐵芯槽口,是減少附加雜散損耗的有效方法。

  風(fēng)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(mǎn)足輸出扭矩和轉子動(dòng)力學(xué)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(jìn)的密封技術(shù)。

  高效電機行業(yè)發(fā)展情況

  產(chǎn)量預測

  國家在煤炭、礦業(yè)、裝備制造等行業(yè)的整合、重組,將進(jìn)一步推動(dòng)中型電機產(chǎn)品的需求和發(fā)展。國家節能減排政策的深入落實(shí),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(jìn)電機產(chǎn)品市場(chǎng)的進(jìn)一步細分,推動(dòng)特殊、專(zhuān)用產(chǎn)品和成套系統的發(fā)展。這不僅對中小型電機的設計、生產(chǎn)提出了更高的要求,同時(shí)也提供了更廣闊的產(chǎn)品應用空間、經(jīng)濟利潤空間和行業(yè)發(fā)展空間。未來(lái)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(chǎn)品。預計未來(lái)五年中小型節能高效電機產(chǎn)量將得到爆發(fā)性增長(cháng),年均增長(cháng)率為58.07%。中小型節能高效電機產(chǎn)量經(jīng)過(guò)2013年的高速發(fā)展,到2014年增長(cháng)趨勢趨于穩定,增長(cháng)率小幅下降,但難以改變中小型節能高效電機產(chǎn)量大幅增長(cháng)的趨勢,2016年中小型節能高效電機產(chǎn)量將增長(cháng)到21840萬(wàn)千瓦。

  規模增長(cháng)

  2007-2011年中小型節能高效電機市場(chǎng)規模年均增長(cháng)率達到50.8%。未來(lái)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(yè)市場(chǎng)規模將得到大幅度的增長(cháng),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(chǎng)規模年均增長(cháng)率在69.36%,預計到2016年中國中小型節能高效電機行業(yè)市場(chǎng)規模將達到1092億元,占中小型電機市場(chǎng)規模的61%。中小型節能高效電機市場(chǎng)規;鶖敌,導致市場(chǎng)規模增長(cháng)率遠遠高于中小型電機規模增長(cháng)率,并將長(cháng)期維持此高增長(cháng)態(tài)勢。經(jīng)過(guò)2013年爆發(fā)性增長(cháng)后,中小型節能高效電機市場(chǎng)規模仍保持高速發(fā)展,但增長(cháng)速度開(kāi)始趨穩。

  國內動(dòng)態(tài)

  2010年6月2日,財政部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合出臺《關(guān)于印發(fā)節能產(chǎn)品惠民工程高效電機推廣實(shí)施細則的通知》,將高效電機納入節能產(chǎn)品惠民工程實(shí)施范圍,采取財政補貼方式進(jìn)行推廣。

  為貫徹落實(shí)國務(wù)院《“十二五”節能減排綜合性工作方案》和《“十二五”節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》,促進(jìn)高效節能機電設備(產(chǎn)品)的推廣應用,結合工業(yè)、通信業(yè)節能減排工作實(shí)際,工業(yè)和信息化部于2013年2月21日發(fā)布了《節能機電設備(產(chǎn)品)推薦目錄(第四批)》。

  工信部2013年3月26日印發(fā)的《2013年工業(yè)節能與綠色發(fā)展專(zhuān)項行動(dòng)實(shí)施方案》通知提出,2013年將重點(diǎn)推進(jìn)實(shí)施電機能效提升專(zhuān)項計劃。專(zhuān)項行動(dòng)實(shí)施的目標為:實(shí)現全國工業(yè)用電節約1%(300億度左右),探索工業(yè)節能與綠色發(fā)展的模式和實(shí)現途徑,實(shí)現以點(diǎn)帶面,帶動(dòng)工業(yè)節能與綜合利用整體工作取得進(jìn)展。根據實(shí)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(shù)改造等6個(gè)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(chǎng)份額,促進(jìn)電機產(chǎn)品升級換代和產(chǎn)業(yè)升級。

  工信部和國家質(zhì)檢總局6月21日聯(lián)合印發(fā)《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(shí)施電機系統節能技改1億千瓦,實(shí)施淘汰電機高效再制造2000萬(wàn)千瓦。

  總結

  電機產(chǎn)品作為工業(yè)動(dòng)力,對國家的發(fā)展速度和產(chǎn)業(yè)政策依賴(lài)較大,因此如何搶占市場(chǎng)先機,及時(shí)調整產(chǎn)品結構,研制適銷(xiāo)對路的產(chǎn)品,選擇好差異化的節能電機產(chǎn)品,緊跟國家產(chǎn)業(yè)政策是重點(diǎn)。從全球角度來(lái)看,電機行業(yè)正向高效節能方向發(fā)展,發(fā)展潛力巨大。各發(fā)達國家都相繼制定了電機的能效標準。歐美等發(fā)達國家不斷提高電機能效準入標準,基本已經(jīng)全部使用高效節能電機,部分地區已經(jīng)開(kāi)始使用超高效節能電機。

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