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高效电机:政府加大补贴 实现电机革命

作者:www.cechina.cn2011.03.21阅读 7003

       2011年3月19日,在全国高效电机推广工作会议上,财政部、国家发改委联合宣布,我国将抓紧建立以财政补贴政策为核心的高效电机推广机制,其中财政补贴力度将进一步加大,鼓励用户大规模采购高效电机,并加快淘汰高能耗老旧电机,推动高效节能电机在国内市场的应用。2011年全国高效电机的推广任务是3177万千瓦,约占全国国内电机销售量的30%,其中,低压高效电机2000万千瓦、高压高效电机1000万千瓦、稀土永磁电机177万千瓦。这些推广任务分别由湘潭电机、卧龙电气、南阳防爆等50家电机生产企业承担。
        根据会议确定的补贴标准,2011年我国将对购买使用低压高效电机的用户,根据功率档次每千瓦分别补贴58元和31元;对购买使用高压高效电机的用户,每千瓦时补贴26元;对购买使用稀土永磁电机的用户,每千瓦补贴100元。
        财政部、国家发改委提出,为加大推广力度,我国将严格能评制度CONTROL ENGINEERING China版权所有,新上项目必须全部使用高效电机等节能设备和产品;中央财政将采取以奖代补方式,鼓励通过实施节能技术改造、合同能源管理等项目,推广使用高效电机;同时,加大能效节能电机技术研发和产业化示范,完善能效标准,继续做好电机能效标识和节能认证工作。
        国家标准化管理委员会于2006年发布了强制性标准《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价》,文件规定2011年7月1日以后将禁止销售3级能效电机,意味着2012年以后高效节能电机将全面取代传统高能耗电机。
        2010年6月2日,财政部、国家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。

        高效电机小知识
        高效电机(high efficiency motor)是指通用标准型电动机具有高效率的电机。


        高效电机从设计、材料和工艺上采取措施,例如采用合理的定、转子槽数、风扇参数和正弦绕组等措施,降低损耗,效率可提高2%——8%,平均提高4%。
        从节约能源、保护环境出发,高效率电动机是目前的国际发展趋势,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IEC 60034-30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。

        高效率电机:节能降耗的关键
        国家权威专家曾说:能源浪费和较低的能源利用率是造成中国目前能源短缺的主要原因www.cechina.cn,而目前在我们中国大量使用低效率的电机是普遍存在的现象。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。数据显示,我国电机系统总容量约7亿千瓦,但高效电机占比尚不足3%。我国约有10亿台电动机在运营,约有6成的电动机在低于设计额定负荷60%的状态下运行,导致高达30%的用电被浪费掉。这是一个什么概念呢?也就是说,100千瓦的电能应该输出100度的电,因为被电动机耗掉了,才能输出40度电,在我国可能才能输出20度电,其他60-80%电被低效能的电动机白白耗掉了。据专家测算,如果将我国在用的普通电机全部更换为高效电机,每年至少可节电600亿千瓦时,接近三峡电站全年的发电量,可节能2500多万吨标准煤,减少二氧化碳排放5000多万吨,将为社会节约很多能源,将给社会带来无法估量的直接或间接经济效益,可见使用高效电机和提高能源利用率之间的关系非常重要。
        高效电机其实是在普通永磁伺服电机的基础上,通过优化电机生产工艺、采用先进的转子结构及优化的电磁场设计,使电机的工作效率比普通电机提高5~7个百分点。高效电机通常工作电流很小,可节约输配电容量并延长系统运行寿命。以55 kW电机为例,高效电机比一般电机节能15%,电费按0.5元/度计算,其一年内节约的能源费用即可将更换高效电机的费用收回。由于高效电机采用了优化的工艺设计,使得其在机械结构方面,可灵活变化控制工程网版权所有,根据用户的要求制成有框架、无框架和空心轴等多种结构形式。特别在传统行业中代替高速电机+齿轮箱的方案,可大大提高整机效率,减少能耗。
        国家发展改革委副主任解振华指出,目前我国电机年用电量超过2万亿千瓦时,约占全国用电量的60%。大力推广高效节能电机、推进节能减排,对于完成“十二五”期间单位GDP能耗下降目标,保障国家能源安全意义重大。
        第二批高效电机推广目录公布
          2011年3月,“节能产品惠民工程”高效电机推广目录(第二批)已在国家发展改革委网站(www.sdpc.gov.cn)和财政部网站(www.mof.gov.cn)上发布。第二批高效电机推广目录入围的企业和型号数量都比第一批有大幅增加,表明政府对节能电机的补贴支持逐渐落到实处,48家企业从中受益,分别为:

        高效电机:实现电机革命
        节能是电机行业一个永恒的主题,电机行业量大、面广且种类繁多,在各行各业都有广泛应用。据统计我国总发电量70%都被各类电机所消耗,而其中绝大部分又是驱动风机、气压机和泵类流体负载,可以说电动机是“用电大户”,也是节能潜力最大的产业。实现高效电机,将带来节能领域的革命。
        1、提高电机自身效率
        提高电机效率最直接、最简单的办法是增加材料用量,但这样势必会导致制造成本大量增加,使产品失去市场竞争力。沈阳远大根据近几年电磁线用铜和铁心用硅钢片市场价格波动幅度非常大的状况,采用不同的设计理念,在保持材料成本基本不变的前提下,通过合理使用材料提高电机效率。例如,当铜的价格较高而硅刚片价格降低时,通过增加硅钢片的用量,减少电磁线的用铜量,也就是在选用合理电流密度的前提下www.cechina.cn,选用较低的线负荷,这样实际材料用量增加了,但和当前的制造成本相比并没有增加,而电机效率却能有效提高。反之当铜的价格降低而硅刚片价格较高时,采取相应措施也可达到同样效果。
        在改善绕组结构方面主要是大量采用了三角形—星形混合接法绕组,在一般三相电机的每个60°相带内,将其线圈分为两部分,其中一部分三相间按星形联接,另一部分则按三角形联接,而星形与三角形之间一般采用串联连接,称为三角形—星形混合绕组,如图所示:


         采用三角形—星形混合绕组有如下优点:可以消除大部分5次和7次谐波,降低杂散损耗;提高基波绕组系数,提高电机有效材料利用率;显著减少转子表面损耗,降低转子的表面温升;允许采用较小的气隙,使每极所需要的励磁安匝减少,从而减少电机的励磁损耗和发热,同时电机功率因数也有较大幅度的提高,在相同的功率输出情况下,定、转子额定电流减小,定、转子铜耗也随之降低。
        降低杂散损耗主要是选用少槽—近槽配合,同时适当增加定、转子槽数;如上所述采用谐波含量小的绕组形式;在铸铝工艺没有解决横向电流过大的情况下,优先选用铜条转子;加工转子表面时尽量不使片间短路,定子内表面则不予加工。
        由于高效率电机减少了损耗,降低了热负荷www.cechina.cn,在满足电机温升的前提下,可减少冷却风量。试验显示,当冷却风速在一定范围内增加较大时,带走的热量变化并不显著,因此,适当减小风扇外径对电机的温升影响不大,因为风扇的损耗与风扇直径的4次方成正比,所以对降低电机的机械损耗却有明显效果。另外,选择有方向的轴流风扇在2极、4极和6极电机上使用,不仅降低了噪声,而且也大大减少了损耗。传统4极和6极电机一般都使用离心风扇,通风损耗较大,实践证明,只要设计合理,在4极和6极电机上采用轴流风扇完全可以满足冷却要求,降低机械损耗的效果也非常明显。
        通过以上措施,大中型高压节能高压电机产品的平均效率指标可比普通电机高出1.5%以上,节能效果显著。
        2、提高电机使用效率
        电动机只有在额定负载下运行效率才较高,出于安全等方面的考虑,电机常常处于低效运行状态。因此,电机调速节能一直被广泛关注。风机和泵类负载采用电动机调速装置来代替阀门和挡板调节流量有明显的节电效果。这是因为由交流电动机驱动的风机和泵类都是平方转矩负载,它们的流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,功率与转速的立方成正比。即电机转速降低1/2时,所需功率可降至原来的1/8。由此可见调速节能的重要意义。目前,电机调速主要包括变频调速、串级调速和变极调速等3种方式。
        3、采用永磁电机提高效率
        稀土材料的永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、损耗小和效率高等显著优点,与感应电机相比,不需要无功励磁电流,可以显著提高功率因数,不但无转子电流及转子电阻损耗,而且减少了定子电流及定子电阻损耗,从而使其效率大幅提高。而且,稀土永磁同步电动机在25%~120%额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数,使轻载运行时的节能效果更为显著。例如,电机应用于风机类负载,当风门开小时,电机功率下降,由于普通感应电机的无功励磁电流基本不变,所以电机功率因数也将下降,效率随之降低;而稀土永磁同步电机则不同,在功率下降时仍可保持较高的功率因数和效率。沈阳远大机电装备公司根据市场需求,针对风机和泵类负载需要频繁调节流量的工况,开发了高、低压系列稀土永磁同步电机,可满足广大客户节能的需求。
        由于目前高效电机均采用高性能高耐热的磁钢和漆包线,材料成本比普通效率的电机要高出20%,而且高效电机需要比普通电机使用更多的材料,这也使得高效电机价格较高。此外,高效率电机都需要伺服驱动器来控制,而伺服驱动器的价格往往也很高。以高速电机+齿轮箱为例,一套高效电机的控制方案,其成本基本是前者的2倍,甚至更高。所以在传统机械行业,多数企业很难接受初始成本翻倍的现实,这对高效电机的推广有很大弊端,需要政府政策支持和福利补贴。

        葆德超高效电机
        葆德电气(上海)有限公司拥有SUPER-E 系列高效率电动机。

        

        根据最新的国际IE3测试方法,超越IEC34-I及NEMA MG-1标准,满足国标一级能效标准先进设计特点,绝缘为“F”级或更高,环境温度50℃时“B”级运行温升,使用系数为1.0, 长期高效的运行寿命。防护等级IP55。3年质保期。
              

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