高效節能電機技術行業發展的意義

        從節能環保角度出發，高效率電動機是現今國際發展趨勢，美國、加拿大、歐洲相繼頒布了有關法規。歐洲根據電動機的運行時間，制定的CEMEP標準將效率分為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標準將電機效率分為IE1（對應eff2）、IE2（對應eff1）、IE3、IE4（最高）四個等級。我國承諾從2011年7月1日起執行IE2及以上標準。

        目前我國工業能耗約占總能耗的70%，其中電機能耗約占工業能耗的60%~70%，加上非工業電機能耗，電機實際能耗約占總能耗的50%以上，而現今高效節能電機應用比例低。根據國家中小電機質量監督檢驗中心對國內重點企業198臺電機的抽樣調查，其中達到2級以上的高效節能電機比例只有8%，這對整個社會資源產生了極大的浪費。

        有機構做過計算，如果將所有電動機效率提高5%，則全年可節約電量達765億千瓦時，這個數字接近三峽2008年全年發電量。所以說節能電機行業的發展空間大、需求性強。政策方面，國家標準化管理委員會于2012年發布了強制性標準《GB18613-2012中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》。

一、高效節能電機的節能措施

        電機節能是一項系統工程，涉及電動機的全壽命周期，從電動機的設計、制造到電動機的選型、運行、調節、檢修、報廢，要從電動機的整個壽命周期考慮其節能措施的效果，國內外在這方面主要考慮從以下幾個方面改進提高效率。

節能電動機的設計是指運用優化設計技術、新材料技術、控制技術、集成技術、試驗檢測技術等現代設計手段，減小電動機的功率損耗，提高電動機的效率，設計出高效的電動機。

        電動機在將電能轉換為機械能的同時，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。可變損耗是隨負荷變化的，包括定子電阻損耗（銅損）、轉子電阻損耗和電刷電阻損耗；固定損耗與負荷無關，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扇、轉子等由于旋轉引起的風阻損耗。

二、高效節能電機的特點

        1、節約能源、降低長期運行成本，非常適合紡織、風機、水泵、壓縮機使用，靠節電一年可收回電機購置成本；

        2、直接啟動、或用變頻器調速，可全面更換異步電機；

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

        4、電機功率因數接近1，提高電網品質因數，無需加功率因數補償器；

        5、電機電流小，節約輸配電容量、延長系統整體運行壽命；

        6、節電預算：以55千瓦電機為例，高效電機比一般電機節電15%，電費每度按0.5元計算，使用節能電機一年內靠節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，應用最佳繞線和絕緣尺寸、大導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%。

轉子損耗

        電動機轉子I^2R損耗主要與轉子電流和轉子電阻有關，相應的節能方法主要有：

        1、減小轉子電流，這可從提高電壓和電機功率因素兩方面考慮；

        2、增加轉子槽截面積；

        3、減小轉子繞組的電阻，如采用粗的導線和電阻低的材料，這對小電動機較有意義，因為小電動機一般為鑄鋁轉子，若采用鑄銅轉子，電動機總損失可減少10%～15%，但現今的鑄銅轉子所需制造溫度高且技術尚未普及，其成本高于鑄鋁轉子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目和電機制造成本；

        3、采用導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，鐵芯片加工后的剩余應力會嚴重影響電動機的損耗，硅鋼片加工時，裁剪方向、沖剪應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識仍然處于研究階段，現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子表面短路；

        2、轉子槽內表面絕緣處理；

        3、通過改進定子繞組設計減少諧波；

        4、改進轉子槽配合設計和配合減少諧波，增加定、轉子齒槽、把轉子槽形設計成斜槽、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。

風摩損耗

        應得到人們應有的重視，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子動力學的要求；

        2、使用高效軸承；

        3、使用高效潤滑系統及潤滑劑；

        4、采用先進的密封技術。

四、高效節能電機行業發展情況

產量預測

        國家在煤炭、礦業、裝備制造等行業的整合、重組，將進一步推動中型電機產品的需求和發展。國家節能減排政策的深入落實，對電機系統節能提出了新的、更高的要求。由單純, 追求電機的高效率正在向系統運行的高效率轉變，并最終促進電機產品市場的進一步細分，推動特殊、專用產品和成套系統的發展。這不僅對中小型電機的設計、生產提出了更高的要求，同時也提供了更廣闊的產品應用空間、經濟利潤空間和行業發展空間。未來五年國家將采用財政補貼方式推廣中小型節能高效電機等產品。預計未來五年中小型節能高效電機產量將得到爆發性增長，年均增長率為58.07%。中小型節能高效電機產量經過2013年的高速發展，到2014年增長趨勢趨于穩定，增長率小幅下降，但難以改變中小型節能高效電機產量大幅增長的趨勢，2016年中小型節能高效電機產量將增長到21840萬千瓦。

國內動態

        2010年6月2日，財政部、國家發展改革委聯合出臺《關于印發節能產品惠民工程高效電機推廣實施細則的通知》，將高效電機納入節能產品惠民工程實施范圍，采取財政補貼方式進行推廣。

        為貫徹落實國務院《“十二五”節能減排綜合性工作方案》和《“十二五”節能環保產業發展規劃》，促進高效節能機電設備（產品）的推廣應用，結合工業、通信業節能減排工作實際，工業和信息化部于2013年2月21日發布了《節能機電設備（產品）推薦目錄（第四批）》。

        工信部2013年3月26日印發的《2013年工業節能與綠色發展專項行動實施方案》通知提出，2013年將重點推進實施電機能效提升專項計劃。專項行動實施的目標為：實現全國工業用電節約1%（300億度左右），探索工業節能與綠色發展的模式和實現途徑，實現以點帶面，帶動工業節能與綜合利用整體工作取得進展。根據實施方案，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節能技術改造等6個方面入手，推廣、淘汰和節能改造電機及電機系統1億千瓦，擴大高效電機市場份額，促進電機產品升級換代和產業升級。

        工信部和國家質檢總局6月21日聯合印發《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，實施電機系統節能技改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

        電機產品作為工業動力，對國家的發展速度和產業政策依賴較大，因此如何搶占市場先機，及時調整產品結構，研制適銷對路的產品，選擇好差異化的節能電機產品，緊跟國家產業政策是重點。從全球角度來看，電機行業正向高效節能方向發展，發展潛力巨大。各發達國家都相繼制定了電機的能效標準。歐美等發達國家不斷提高電機能效準入標準，基本已經全部使用高效節能電機，部分地區已經開始使用超高效節能電機。