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高效节能电机五大损耗及节能措施

时间:2016-09-07 11:21:48 来源:三昌泵业 点击:0

        高效电机(High Efficiency Motor)是指效率较高的电机,其效率值能到达GB18613-2012标准二。高效电机采用新型电机设计、新工艺及新材料,通过降低电磁能、热能和机械能的损耗,提高输出效率。与标准电机相比,其效率平均提高4%。
高效节能电机
        从节约能源、保护环境出发,高效率电动机是现今际发展趋势,美、加拿大、欧洲相继颁布了有关法规。欧洲根据电动机的运行时间,制定的CEMEP标准将效率分为eff1(高)、eff2、eff3(低)三个等,从2003-2006年间分步实施。新出台的IEC60034-30标准将电机效率分为IE1(对应eff2)、IE2(对应eff1)、IE3、IE4(高)四个等。我承诺从2011年7月1日起执行IE2及以上标准。
        目前我工业能耗约占总能耗的70%,其中电机能耗约占工业能耗的60%~70%,加上非工业电机能耗,电机实际能耗约占总能耗的50%以上。而现今高效节能电机应用比例低。根据中小电机质量监督检验中心对内重点企业198台电机的抽样调查,其中达到2以上的高效节能电机比例只有8%,这对整个社会资源产生了大的浪费。
高效节能电机
        有机构做过计算,如果将所有电动机效率提高5%,则全年可节约电量达765亿千瓦时,这个数字接近三峡2008年全年发电量。所以说节能电机行业的发展空间大、需求性强。政策方面,标准化管理委员会于2012年发布了强制性标准《GB18613-2012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等》。

      1、高效电机的节能措施

        电动机提高效率的措施。电机的节能是项系统工程,涉及电动机的全寿命周期,从电动机的设计、制造到电动机的选型、运行、调节、检修、报废,要从电动机的整个寿命周期考虑其节能措施的效果,内外在这方面主要考虑从以下几个方面提高电机的效率。
        节能电动机的设计是指运用化设计技术、新材料技术、控制技术、集成技术、试验检测技术等现代设计手段,减小电动机的功率损耗,提高电动机的效率,设计出高效的电动机。
        电动机在将电能转换为机械能的同时,本身也损耗部分能量,典型交流电动机损耗般可分为固定损耗、可变损耗和杂散损耗三部分。可变损耗是随负荷变化的,包括定子电阻损耗(铜损)、转子电阻损耗和电刷电阻损耗;固定损耗与负荷无关,包括铁芯损耗和机械损耗。铁损又由磁滞损耗和涡流损耗所组成,与电压的平方成正比,其中磁滞损耗还与频率成反比;其他杂散损耗是机械损耗和其他损耗,包括轴承的摩擦损耗和风扇、转子等由于旋转引起的风阻损耗。
高效节能电机

      2、高效电机的特点

        1)节约能源、降低长期运行成本,非常适合纺织、风机、水泵、压缩机使用,靠节电年可收回电机购置成本;
        2)直接启动、或用变频器调速,可全面更换异步电机;
        3)稀土永磁高效节能电机本身可比普通电机节约电能15℅以上;
        4)电机功率因数接近1,提高电网品质因数,无需加功率因数补偿器;
        5)电机电流小,节约输配电容量、延长系统整体运行寿命;
        6)节电预算:以55千瓦电机为例,高效电机比般电机节电15℅,电费每度按0.5元计算,使用节能电机年内靠节电可收回更换电机的费用。

      3、高效电机的点

        直接启动,可全面更换异步电机。
        稀土永磁高效节能电机本身可比普通电机节约电能3℅以上。
        电机功率因数般高于0.90,提高电网品质因数,无需加功率因数补偿器。
        电机电流小,节约输配电容量、延长系统整体运行寿命。
        加驱动器可实现软起、软停、无调速,节电效果进步提高。

      4、电机的五大损耗

        1)定子损耗

        降低电动机定子I^2R损耗的主要手段实践中采用较多的方法是:
        (1)增加定子槽截面积,在同样定子外径的情况下,增加定子槽截面积会减少磁路面积,增加齿部磁密;
        (2)增加定子槽满槽率,这对低压小电动机效果较好,应用佳绕线和缘尺寸、大导线截面积可增加定子的满槽率;
        (3)尽量缩短定子绕组端部长度,定子绕组端部损耗占绕组总损耗的1/4~1/2,减少绕组端部长度,可提高电动机效率。实验表明,端部长度减少20%,损耗下降10%。

        2)转子损耗

        电动机转子I^2R损耗主要与转子电流和转子电阻有关,相应的节能方法主要有:
        1)减小转子电流,这可从提高电压和电机功率因素两方面考虑;
        2)增加转子槽截面积;
        3)减小转子绕组的电阻,如采用粗的导线和电阻低的材料,这对小电动机较有意义,因为小电动机般为铸铝转子,若采用铸铜转子,电动机总损失可减少10%~15%,但现今的铸铜转子所需制造温度高且技术尚未普及,其成本高于铸铝转子15%~20%.

        3)铁耗

        电动机铁耗可以由以下措施减小:
        1)减小磁密度,增加铁芯的长度以降低磁通密度,但电动机用铁量随之增加;
        2)减少铁芯片的厚度来减少感应电流的损失,如用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片可减小硅钢片的厚度,但薄铁芯片会增加铁芯片数目和电机制造陈本;
        3)采用导磁性能良好的冷轧硅钢片降低磁滞损耗;
        4)采用高性能铁芯片缘涂层;
        5)热处理及制造技术,铁芯片加工后的剩余应力会严重影响电动机的损耗,硅钢片加工时,裁剪方向、冲剪应力对铁芯损耗的影响较大。顺着硅钢片的碾轧方向裁剪、并对硅钢冲片进行热处理,可降低10%~20%的损耗等方法来实现。

        4)杂散损耗

        如今对电动机杂散损耗的认识仍然处于研究阶段,现今些降低杂散损失的主要方法有:
        (1)采用热处理及精加工降低转子表面短路;
        (2)转子槽内表面缘处理;
        (3)通过改进定子绕组设计减少谐波;
        (4)改进转子槽配合设计和配合减少谐波,增加定、转子齿槽、把转子槽形设计成斜槽、采用串接的正弦绕组、散布绕组和短距绕组可大大降低高次谐波;采用磁性槽泥或磁性槽楔替代传统的缘槽楔、用磁性槽泥填平电动机定子铁芯槽口,是减少附加杂散损耗的有效方法。

        5)风摩损耗

        到人们应有的重视,它占电机总损失的25%左右。摩擦损失主要有轴承和密封引起,可由以下措施减小:
        (1)尽量减小轴的尺寸,但需满足输出扭矩和转子动力学的要求;
        (2)使用高效轴承;
        (3)使用高效润滑系统及润滑剂;
        (4)采用先进的密封技术。

      5、高效电机行业发展情况

        1)产量预测

        在煤炭、矿业、装备制造等行业整合、重组,将进步推动中型电机产品的需求和发展。节能减排政策的深入落实,对电机系统节能提出了新的、更高的要求。由单纯追求电机的高效率正在向系统运行的高效率转变,并终促进电机产品市场的进步细分,推动特殊、专用产品和成套系统的发展。这不仅对中小型电机的设计、生产提出了更高的要求,同时也提供了更广阔的产品应用空间、经济利润空间和行业发展空间。未来五年将采用财政补贴方式推广中小型节能高效电机等产品,预计未来五年中小型节能高效电机产量将得到爆发性增长,年均增长率为58.07%。中小型节能高效电机产量经过2013年的高速发展,到2014年增长趋势趋于稳定,增长率小幅下降,但难以改变中小型节能高效电机产量大幅增长的趋势,2016年中小型节能高效电机产量将增长到21840万千瓦。

        2)规模增长

        2007-2011年中小型节能高效电机市场规模年均增长率达到50.8%。未来在政策及下游需求的影响下,中小型节能高效电机行业市场规模将得到大幅度的增长,综合各种影响因素,我们认为2012-2016年中小型节能高效电机市场规模年均增长率在69.36%,预计到2016年中中小型节能高效电机行业市场规模将达到1092亿元,占中小型电机市场规模的61%。中小型节能高效电机市场规模基数小,导致市场规模增长率远远高于中小型电机规模增长率,并将长期维持此高增长态势。经过2013年爆发性增长后,中小型节能高效电机市场规模仍保持高速发展,但增长速度开始趋稳。

        3)内动态

        2010年6月2日,财政部、发展改革委联合出台《关于印发节能产品惠民工程高效电机推广实施细则的通知》,将高效电机纳入节能产品惠民工程实施范围,采取财政补贴方式进行推广。
        为贯彻落实务院《“十二五”节能减排综合性工作方案》和《“十二五”节能环保产业发展规划》,促进高效节能机电设备(产品)的推广应用,结合工业、通信业节能减排工作实际,工业和信息化部于2013年2月21日发布了《节能机电设备(产品)推荐目录(第四批)》。
        工信部2013年3月26日印发的《2013年工业节能与绿色发展专项行动实施方案》通知提出,2013年将重点推进实施电机能效提升专项计划。专项行动实施的目标为:实现全工业用电节约1%(300亿度左右),探索工业节能与绿色发展的模式和实现途径,实现以点带面,带动工业节能与综合利用整体工作取得进展。根据实施方案,2013年工信部将从推广高效电机、淘汰低效电机以及既有电机系统节能技术改造等6个方面入手,推广、淘汰和节能改造电机及电机系统1亿千瓦,扩大高效电机市场份额,促进电机产品升换代和产业升。
        工信部和质检总局6月21日联合印发《电机能效提升计划(2013-2015年)》,计划提出到2015年累计推广高效电机1.7亿千瓦,淘汰在用低效电机1.6亿千瓦,实施电机系统节能技改1亿千瓦,实施淘汰电机高效再制造2000万千瓦。

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