关于高效电机那些事

    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

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情况

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。

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。

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。