高效节能电机技术行业发展的意义

        从节能环保角度出发，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、高效节能电机的节能措施

        电机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改进提高效率。

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；其它杂散损耗是机械损耗和其它损耗，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、高效节能电机的特点

        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。

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成本；

        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。

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

        应得到人们应有的重视，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、高效节能电机行业发展情况

产量预测

        国家在煤炭、矿业、装备制造等行业的整合、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。

国内动态

        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。

        为贯彻落实国务院《“十二五”节能减排综合性工作方案》和《“十二五”节能环保产业发展规划》，促进高效节能机电设备（产品）的推广应用，结合工业、通信业节能减排工作实际，工业和信息化部于2013年2月21日发布了《节能机电设备（产品）推荐目录（第四批）》。

        工信部2013年3月26日印发的《2013年工业节能与绿色发展专项行动实施方案》通知提出，2013年将重点推进实施电机能效提升专项计划。专项行动实施的目标为：实现全国工业用电节约1%（300亿度左右），探索工业节能与绿色发展的模式和实现途径，实现以点带面，带动工业节能与综合利用整体工作取得进展。根据实施方案，2013年工信部将从推广高效电机、淘汰低效电机以及既有电机系统节能技术改造等6个方面入手，推广、淘汰和节能改造电机及电机系统1亿千瓦，扩大高效电机市场份额，促进电机产品升级换代和产业升级。

        工信部和国家质检总局6月21日联合印发《电机能效提升计划（2013-2015年）》，计划提出到2015年累计推广高效电机1.7亿千瓦，淘汰在用低效电机1.6亿千瓦，实施电机系统节能技改1亿千瓦，实施淘汰电机高效再制造2000万千瓦。

五、东莞电机总结

        电机产品作为工业动力，对国家的发展速度和产业政策依赖较大，因此如何抢占市场先机，及时调整产品结构，研制适销对路的产品，选择好差异化的节能电机产品，紧跟国家产业政策是重点。从全球角度来看，电机行业正向高效节能方向发展，发展潜力巨大。各发达国家都相继制定了电机的能效标准。欧美等发达国家不断提高电机能效准入标准，基本已经全部使用高效节能电机，部分地区已经开始使用超高效节能电机。