超高效节能电机的发展趋势 


中易和节能汇[导读]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标准二级。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%。从节约能源、保护环境出发，高效率电动机是现今国际发展趋势，美国、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（最高）、eff2、eff3（最低）三个等级，从2003-2006年间分步实施。最新出台的IEC60034-30标准将电机效率分为IE1（对应eff2）、IE2（对应eff1）、IE3、IE4（最高）四个等级。我国承诺从2011年7月1日起执行IE2及以上标准。目前我国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。根据国家中小电机质量监督检验中心对国内重点企业198台电机的抽样调查，其中达到2级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极大的浪费。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，国家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级》。一、高效电机的节能措施电动机提高效率的措施。电机的节能是一项系统工程，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，国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优化设计技术、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,本身也损耗一部分能量,典型交流电动机损耗一般可分为固定损耗、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。二、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，靠节电一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，高效电机比一般电机节电15℅，电费每度按0.5元计算，使用节能电机一年内靠节电可收回更换电机的费用。高效电机的优点是直接启动，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。电机功率因数一般高于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、无级调速，节电效果进一步提高。三、电机的五大损耗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，应用最佳绕线和绝缘尺寸、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%。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，因为小电动机一般为铸铝转子，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%.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、采用高性能铁芯片绝缘涂层；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。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，现今一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、转子槽内表面绝缘处理；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绝缘槽楔、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。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。四、高效电机行业发展状况产量预测国家在煤炭、矿业、装备制造等行业整合、重组，将进一步推动中型电机产品的需求和发展。国家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，并最终促进电机产品市场的进一步细分，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。未来五年国家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。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%。未来在国家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年中国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。