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高效節(jié)能電機(jī)技術(shù)與行業(yè)發(fā)展意義

作者: 2016年07月11日 來源: 瀏覽量:
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從節(jié)能環(huán)保角度出發(fā),高效率電動機(jī)是現(xiàn)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(guī)。歐洲根據(jù)電動機(jī)的運(yùn)行時間,制定的CEMEP標(biāo)準(zhǔn)將效率分為eff1(最高)、eff2、eff3(最低)三個等級,從2003-2006年間分
  從節(jié)能環(huán)保角度出發(fā),高效率電動機(jī)是現(xiàn)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(guī)。歐洲根據(jù)電動機(jī)的運(yùn)行時間,制定的CEMEP標(biāo)準(zhǔn)將效率分為eff1(最高)、eff2、eff3(最低)三個等級,從2003-2006年間分步實(shí)施。最新出臺的IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)將電機(jī)效率分為IE1(對應(yīng)eff2)、IE2(對應(yīng)eff1)、IE3、IE4(最高)四個等級。我國承諾從2011年7月1日起執(zhí)行IE2及以上標(biāo)準(zhǔn)。
  
  目前我國工業(yè)能耗約占總能耗的70%,其中電機(jī)能耗約占工業(yè)能耗的60%~70%,加上非工業(yè)電機(jī)能耗,電機(jī)實(shí)際能耗約占總能耗的50%以上,而現(xiàn)今高效節(jié)能電機(jī)應(yīng)用比例低。根據(jù)國家中小電機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對國內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)198臺電機(jī)的抽樣調(diào)查,其中達(dá)到2級以上的高效節(jié)能電機(jī)比例只有8%,這對整個社會資源產(chǎn)生了極大的浪費(fèi)。
  
  有機(jī)構(gòu)做過計算,如果將所有電動機(jī)效率提高5%,則全年可節(jié)約電量達(dá)765億千瓦時,這個數(shù)字接近三峽2008年全年發(fā)電量。所以說節(jié)能電機(jī)行業(yè)的發(fā)展空間大、需求性強(qiáng)。政策方面,國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2012年發(fā)布了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《GB18613-2012中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級》。
  
  高效電機(jī)的節(jié)能措施
  
  電機(jī)節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,涉及電動機(jī)的全壽命周期,從電動機(jī)的設(shè)計、制造到電動機(jī)的選型、運(yùn)行、調(diào)節(jié)、檢修、報廢,要從電動機(jī)的整個壽命周期考慮其節(jié)能措施的效果,國內(nèi)外在這方面主要考慮從以下幾個方面改進(jìn)提高效率。
  
  節(jié)能電動機(jī)的設(shè)計是指運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、新材料技術(shù)、控制技術(shù)、集成技術(shù)、試驗(yàn)檢測技術(shù)等現(xiàn)代設(shè)計手段,減小電動機(jī)的功率損耗,提高電動機(jī)的效率,設(shè)計出高效的電動機(jī)。
  
  電動機(jī)在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的同時,本身也損耗一部分能量,典型交流電動機(jī)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(fù)荷變化的,包括定子電阻損耗(銅損)、轉(zhuǎn)子電阻損耗和電刷電阻損耗;固定損耗與負(fù)荷無關(guān),包括鐵芯損耗和機(jī)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(jī)械損耗和其它損耗,包括軸承的摩擦損耗和風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子等由于旋轉(zhuǎn)引起的風(fēng)阻損耗。
  
  高效電機(jī)的特點(diǎn)
  
  1、節(jié)約能源、降低長期運(yùn)行成本,非常適合紡織、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)使用,靠節(jié)電一年可收回電機(jī)購置成本;
  
  2、直接啟動、或用變頻器調(diào)速,可全面更換異步電機(jī);
  
  3、稀土永磁高效節(jié)能電機(jī)本身可比普通電機(jī)節(jié)約電能15℅以上;
  
  4、電機(jī)功率因數(shù)接近1,提高電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù),無需加功率因數(shù)補(bǔ)償器;
  
  5、電機(jī)電流小,節(jié)約輸配電容量、延長系統(tǒng)整體運(yùn)行壽命;
  
  6、節(jié)電預(yù)算:以55千瓦電機(jī)為例,高效電機(jī)比一般電機(jī)節(jié)電15%,電費(fèi)每度按0.5元計算,使用節(jié)能電機(jī)一年內(nèi)靠節(jié)電可收回更換電機(jī)的費(fèi)用。
  
  高效電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
  
  ˙直接啟動,可全面更換異步電機(jī)。
  
  ˙稀土永磁高效節(jié)能電機(jī)本身可比普通電機(jī)節(jié)約電能3%以上。
  
  ˙電機(jī)功率因數(shù)一般高于0.90,提高電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù),無需加功率因數(shù)補(bǔ)償器。
  
  ˙電機(jī)電流小,節(jié)約輸配電容量、延長系統(tǒng)整體運(yùn)行壽命。
  
  ˙加驅(qū)動器可實(shí)現(xiàn)軟起、軟停、無級調(diào)速,節(jié)電效果進(jìn)一步提高。
  
  電機(jī)的五大損耗
  
  定子損耗
  
  降低電動機(jī)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(jī)效果較好,應(yīng)用最佳繞線和絕緣尺寸、大導(dǎo)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(jī)效率。實(shí)驗(yàn)表明,端部長度減少20%,損耗下降10%。
  轉(zhuǎn)子損耗
  
  電動機(jī)轉(zhuǎn)子I^2R損耗主要與轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電阻有關(guān),相應(yīng)的節(jié)能方法主要有:
  
  1、減小轉(zhuǎn)子電流,這可從提高電壓和電機(jī)功率因素兩方面考慮;
  
  2、增加轉(zhuǎn)子槽截面積;
  
  3、減小轉(zhuǎn)子繞組的電阻,如采用粗的導(dǎo)線和電阻低的材料,這對小電動機(jī)較有意義,因?yàn)樾‰妱訖C(jī)一般為鑄鋁轉(zhuǎn)子,若采用鑄銅轉(zhuǎn)子,電動機(jī)總損失可減少10%~15%,但現(xiàn)今的鑄銅轉(zhuǎn)子所需制造溫度高且技術(shù)尚未普及,其成本高于鑄鋁轉(zhuǎn)子15%~20%。
  
  鐵耗
  
  電動機(jī)鐵耗可以由以下措施減?。?/div>
  
  1、減小磁密度,增加鐵芯的長度以降低磁通密度,但電動機(jī)用鐵量隨之增加;
  
  2、減少鐵芯片的厚度來減少感應(yīng)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(shù)目和電機(jī)制造成本;
  
  3、采用導(dǎo)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(yīng)力會嚴(yán)重影響電動機(jī)的損耗,硅鋼片加工時,裁剪方向、沖剪應(yīng)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(jìn)行熱處理,可降低10%~20%的損耗。
  
  雜散損耗
  
  如今對電動機(jī)雜散損耗的認(rèn)識仍然處于研究階段,現(xiàn)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(zhuǎn)子表面短路;
  
  2、轉(zhuǎn)子槽內(nèi)表面絕緣處理;
  
  3、通過改進(jìn)定子繞組設(shè)計減少諧波;
  
  4、改進(jìn)轉(zhuǎn)子槽配合設(shè)計和配合減少諧波,增加定、轉(zhuǎn)子齒槽、把轉(zhuǎn)子槽形設(shè)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(tǒng)的絕緣槽楔、用磁性槽泥填平電動機(jī)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(yīng)得到人們應(yīng)有的重視,它占電機(jī)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(zhuǎn)子動力學(xué)的要求;
  
  2、使用高效軸承;
  
  3、使用高效潤滑系統(tǒng)及潤滑劑;
  
  4、采用先進(jìn)的密封技術(shù)。
  高效電機(jī)行業(yè)發(fā)展情況
  
  產(chǎn)量預(yù)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)一步推動中型電機(jī)產(chǎn)品的需求和發(fā)展。國家節(jié)能減排政策的深入落實(shí),對電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能提出了新的、更高的要求。由單純追求電機(jī)的高效率正在向系統(tǒng)運(yùn)行的高效率轉(zhuǎn)變,并最終促進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品市場的進(jìn)一步細(xì)分,推動特殊、專用產(chǎn)品和成套系統(tǒng)的發(fā)展。這不僅對中小型電機(jī)的設(shè)計、生產(chǎn)提出了更高的要求,同時也提供了更廣闊的產(chǎn)品應(yīng)用空間、經(jīng)濟(jì)利潤空間和行業(yè)發(fā)展空間。未來五年國家將采用財政補(bǔ)貼方式推廣中小型節(jié)能高效電機(jī)等產(chǎn)品。預(yù)計未來五年中小型節(jié)能高效電機(jī)產(chǎn)量將得到爆發(fā)性增長,年均增長率為58.07%。中小型節(jié)能高效電機(jī)產(chǎn)量經(jīng)過2013年的高速發(fā)展,到2014年增長趨勢趨于穩(wěn)定,增長率小幅下降,但難以改變中小型節(jié)能高效電機(jī)產(chǎn)量大幅增長的趨勢,2016年中小型節(jié)能高效電機(jī)產(chǎn)量將增長到21840萬千瓦。
  
  規(guī)模增長
  
  2007-2011年中小型節(jié)能高效電機(jī)市場規(guī)模年均增長率達(dá)到50.8%。未來在國家政策及下游需求的影響下,中小型節(jié)能高效電機(jī)行業(yè)市場規(guī)模將得到大幅度的增長,綜合各種影響因素,我們認(rèn)為2012-2016年中小型節(jié)能高效電機(jī)市場規(guī)模年均增長率在69.36%,預(yù)計到2016年中國中小型節(jié)能高效電機(jī)行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到1092億元,占中小型電機(jī)市場規(guī)模的61%。中小型節(jié)能高效電機(jī)市場規(guī)?;鶖?shù)小,導(dǎo)致市場規(guī)模增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中小型電機(jī)規(guī)模增長率,并將長期維持此高增長態(tài)勢。經(jīng)過2013年爆發(fā)性增長后,中小型節(jié)能高效電機(jī)市場規(guī)模仍保持高速發(fā)展,但增長速度開始趨穩(wěn)。
  
  國內(nèi)動態(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(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效電機(jī)推廣實(shí)施細(xì)則的通知》,將高效電機(jī)納入節(jié)能產(chǎn)品惠民工程實(shí)施范圍,采取財政補(bǔ)貼方式進(jìn)行推廣。
  
  為貫徹落實(shí)國務(wù)院《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》和《“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,促進(jìn)高效節(jié)能機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)的推廣應(yīng)用,結(jié)合工業(yè)、通信業(yè)節(jié)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(jié)能機(jī)電設(shè)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(jié)能與綠色發(fā)展專項(xiàng)行動實(shí)施方案》通知提出,2013年將重點(diǎn)推進(jìn)實(shí)施電機(jī)能效提升專項(xiàng)計劃。專項(xiàng)行動實(shí)施的目標(biāo)為:實(shí)現(xiàn)全國工業(yè)用電節(jié)約1%(300億度左右),探索工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展的模式和實(shí)現(xiàn)途徑,實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面,帶動工業(yè)節(jié)能與綜合利用整體工作取得進(jìn)展。根據(jù)實(shí)施方案,2013年工信部將從推廣高效電機(jī)、淘汰低效電機(jī)以及既有電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造等6個方面入手,推廣、淘汰和節(jié)能改造電機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)1億千瓦,擴(kuò)大高效電機(jī)市場份額,促進(jìn)電機(jī)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(jī)能效提升計劃(2013-2015年)》,計劃提出到2015年累計推廣高效電機(jī)1.7億千瓦,淘汰在用低效電機(jī)1.6億千瓦,實(shí)施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技改1億千瓦,實(shí)施淘汰電機(jī)高效再制造2000萬千瓦。
  
  總結(jié)
  
  電機(jī)產(chǎn)品作為工業(yè)動力,對國家的發(fā)展速度和產(chǎn)業(yè)政策依賴較大,因此如何搶占市場先機(jī),及時調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),研制適銷對路的產(chǎn)品,選擇好差異化的節(jié)能電機(jī)產(chǎn)品,緊跟國家產(chǎn)業(yè)政策是重點(diǎn)。從全球角度來看,電機(jī)行業(yè)正向高效節(jié)能方向發(fā)展,發(fā)展?jié)摿薮?。各發(fā)達(dá)國家都相繼制定了電機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)。歐美等發(fā)達(dá)國家不斷提高電機(jī)能效準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn),基本已經(jīng)全部使用高效節(jié)能電機(jī),部分地區(qū)已經(jīng)開始使用超高效節(jié)能電機(jī)。
  
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