高效節(jié)能電機技術(shù)行業(yè)發(fā)展的意義

        從節(jié)能環(huán)保角度出發(fā)，高效率電動機是現(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)電動機的運行時間，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年間分步實施。最新出臺的IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)將電機效率分為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，電機實際能耗約占總能耗的50%以上，而現(xiàn)今高效節(jié)能電機應(yīng)用比例低。根據(jù)國家中小電機質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對國內(nèi)重點企業(yè)198臺電機的抽樣調(diào)查，其中達(dá)到2級以上的高效節(jié)能電機比例只有8%，這對整個社會資源產(chǎn)生了極大的浪費。

        有機構(gòu)做過計算，如果將所有電動機效率提高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)能電機行業(yè)的發(fā)展空間大、需求性強。政策方面，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2012年發(fā)布了強制性標(biāo)準(zhǔn)《GB18613-2012中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》。

一、高效節(jié)能電機的節(jié)能措施

        電機節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，涉及電動機的全壽命周期，從電動機的設(shè)計、制造到電動機的選型、運行、調(diào)節(jié)、檢修、報廢，要從電動機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)能電動機的設(shè)計是指運用優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、新材料技術(shù)、控制技術(shù)、集成技術(shù)、試驗檢測技術(shù)等現(xiàn)代設(shè)計手段，減小電動機的功率損耗，提高電動機的效率，設(shè)計出高效的電動機。

        電動機在將電能轉(zhuǎn)換為機械能的同時，本身也損耗一部分能量，典型交流電動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(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(zhuǎn)子等由于旋轉(zhuǎn)引起的風(fēng)阻損耗。

二、高效節(jié)能電機的特點

        1、節(jié)約能源、降低長期運行成本，非常適合紡織、風(fēng)機、水泵、壓縮機使用，靠節(jié)電一年可收回電機購置成本；

        2、直接啟動、或用變頻器調(diào)速，可全面更換異步電機；

        3、稀土永磁高效節(jié)能電機本身可比普通電機節(jié)約電能15℅以上；

        4、電機功率因數(shù)接近1，提高電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)，無需加功率因數(shù)補償器；

        5、電機電流小，節(jié)約輸配電容量、延長系統(tǒng)整體運行壽命；

        6、節(jié)電預(yù)算：以55千瓦電機為例，高效電機比一般電機節(jié)電15%，電費每度按0.5元計算，使用節(jié)能電機一年內(nèi)靠節(jié)電可收回更換電機的費用。

三、電機的五大損耗

定子損耗

        降低電動機定子I^2R損耗的主要手段實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，可提高電動機效率。實驗表明，端部長度減少20%，損耗下降10%。

轉(zhuǎn)子損耗

        電動機轉(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，這對小電動機較有意義，因為小電動機一般為鑄鋁轉(zhuǎn)子，若采用鑄銅轉(zhuǎn)子，電動機總損失可減少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

        電動機鐵耗可以由以下措施減小：

        1、減小磁密度，增加鐵芯的長度以降低磁通密度，但電動機用鐵量隨之增加；

        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)。

四、高效節(jié)能電機行業(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)一步推動中型電機產(chǎn)品的需求和發(fā)展。國家節(jié)能減排政策的深入落實，對電機系統(tǒng)節(jié)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(tǒng)運行的高效率轉(zhuǎn)變，并最終促進(jìn)電機產(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貼方式推廣中小型節(jié)能高效電機等產(chǎn)品。預(yù)計未來五年中小型節(jié)能高效電機產(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)能高效電機產(chǎn)量大幅增長的趨勢，2016年中小型節(jié)能高效電機產(chǎn)量將增長到21840萬千瓦。

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推廣實施細(xì)則的通知》，將高效電機納入節(jié)能產(chǎn)品惠民工程實施范圍，采取財政補貼方式進(jìn)行推廣。

        為貫徹落實國務(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)能減排工作實際，工業(yè)和信息化部于2013年2月21日發(fā)布了《節(jié)能機電設(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)展專項行動實施方案》通知提出，2013年將重點推進(jìn)實施電機能效提升專項計劃。專項行動實施的目標(biāo)為：實現(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)展的模式和實現(xiàn)途徑，實現(xiàn)以點帶面，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(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造等6個方面入手，推廣、淘汰和節(jié)能改造電機及電機系統(tǒng)1億千瓦，擴(kuò)大高效電機市場份額，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，實施電機系統(tǒng)節(jié)能技改1億千瓦，實施淘汰電機高效再制造2000萬千瓦。

五、東莞電機總結(jié)

        電機產(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，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)能電機產(chǎn)品，緊跟國家產(chǎn)業(yè)政策是重點。從全球角度來看，電機行業(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的能效標(biāo)準(zhǔn)。歐美等發(fā)達(dá)國家不斷提高電機能效準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，基本已經(jīng)全部使用高效節(jié)能電機，部分地區(qū)已經(jīng)開始使用超高效節(jié)能電機。