0引言
    目前，中國(guó)能源消耗占世界消耗總量的20%，溫室氣體排放居世界首位，節(jié)能減排刻不容緩，“十二五”規(guī)劃綱要中將節(jié)能減排放在首位。電機(jī)作為重要的工業(yè)能耗設(shè)備，廣泛應(yīng)用于流體機(jī)械領(lǐng)域，其產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度直接反映國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度。電機(jī)系統(tǒng)具有巨大的市場(chǎng)空間和節(jié)能潛力，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程已被列為“十二五”十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一，是國(guó)家實(shí)施節(jié)能減排既定工作的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。

1國(guó)內(nèi)電機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀
    目前，中國(guó)生產(chǎn)和在用的電機(jī)以Y系列為主，占據(jù)了近90%以上的市場(chǎng)份額，效率平均值為87.3%左右，中國(guó)在用高效電機(jī)比例僅占3%。近年來(lái)，中國(guó)電機(jī)能效水平不斷提高，但總體水平仍然較低，從電機(jī)自身效率看，中國(guó)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低3%~5%;從電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率看，因匹配不合理、調(diào)節(jié)方式落后等原因，中國(guó)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的80%~90%
    普通電機(jī)的大量使用造成巨大用電浪費(fèi)。若電機(jī)能效水平提高2%，可在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)節(jié)電200 x 10⁸kW·h，相當(dāng)于1 x 10⁴ MW裝機(jī)容量的火力發(fā)電廠的年發(fā)電量。因此，工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)能效水平的提高，不僅直接關(guān)系到工業(yè)能耗水平，而且對(duì)社會(huì)整體用電效率具有很大影響。通過(guò)大力推廣高效電機(jī)，淘汰在用普通電機(jī)，對(duì)現(xiàn)有普通電機(jī)進(jìn)行改造等方式能夠促進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)效率的提高，對(duì)節(jié)約電能意義非常重大。推廣使用高效電機(jī)既可節(jié)約大量電能，還可帶動(dòng)壓縮機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備提高能效水平，進(jìn)而提高中國(guó)整個(gè)裝備制造業(yè)的能效水平。

2高效節(jié)能電機(jī)的原理及效率分析
    高效節(jié)能電機(jī)，是采用新型電機(jī)設(shè)計(jì)、新工藝及新材料，通過(guò)降低電磁能、熱能和機(jī)械能的損耗，提高輸出效率。
    提高電機(jī)的效率主要是降低電機(jī)的五種損耗，即定子繞組損耗、轉(zhuǎn)子繞組損耗、鐵心損耗、風(fēng)摩損耗和雜散損耗。因此，電機(jī)效率的提高主要從減少損耗入手，高效電機(jī)對(duì)降低5種損耗的主要措施有:

a)更換磁性槽楔，可使磁性槽楔氣隙密度分布趨于均勻，縮短有效氣隙長(zhǎng)度，減少空載電流，改善功率因數(shù);

b)降低鐵心損耗，使用低損耗、高磁感的冷軋無(wú)取向電工鋼替代高損耗的熱軋電工鋼，損耗降低幅度能夠達(dá)到20%;

c)增加定子和轉(zhuǎn)子的有效材料用量，改進(jìn)線圈結(jié)構(gòu)，增加銅線截面，減少銅耗，提高制造精度，降低雜質(zhì)損耗;

d)降低機(jī)械損耗，通常包括通風(fēng)系統(tǒng)損耗及軸承摩擦損耗，隨著電機(jī)容量的增加，其在總損耗中比重也隨之增大通過(guò)改善通風(fēng)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、減小風(fēng)扇尺寸等措施，損耗降低幅度能夠達(dá)到35%;

e)降低雜散損耗，包括雜散鐵損和雜散銅損，能耗量占總損耗的10%~15%。
    與普通電機(jī)相比，高效節(jié)能電機(jī)的節(jié)能效果非常明顯，通常情況下效率可平均提高4%，總損耗比普通系列電機(jī)降低20%以上，節(jié)約電能15%電機(jī)的節(jié)能效果如圖1所示，隨著高效電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)電效果越明顯。

中國(guó)目前大批量生產(chǎn)的Y, Y2, Y3系列及J02系列三相異步電機(jī)為普通效率的電機(jī)產(chǎn)品;YE2, YX3系列為高效率三相異步電機(jī)產(chǎn)品，YE3系列等為超高效率產(chǎn)品，如表1所示

以某電機(jī)廠的Y系列普通電機(jī)、YE2系列高效電機(jī)、YE3系列超電機(jī)為例，詳細(xì)介紹其功率及各項(xiàng)技術(shù)數(shù)，如表2所示，并分析其各類電機(jī)的效率。

    由表2和圖2可看出，此電機(jī)廠的Y系列普通電機(jī)平均效率為89.2%, YE2系列高效電機(jī)平均效率可達(dá)91.2% , YE3系列超高效電機(jī)平均效率可達(dá)92.6%，高于國(guó)內(nèi)目前的平均水平。普通電機(jī)更換為超高效電機(jī)，效率可提高3.4%，運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能效果越好。

    另外，高效電機(jī)的效率明顯比普通電機(jī)的效率高。電機(jī)額定功率越低，其效率提高的幅度越大;反之，電機(jī)額定功率越高，其效率提高幅度越小，主要原因是低功率電機(jī)損耗所占比例較高，所以額定功率越低的電機(jī)，更換為高效電機(jī)越好。
3高效節(jié)能電機(jī)的應(yīng)用
    目前，首都航天機(jī)械公司動(dòng)力供應(yīng)車間供冷工段低壓電機(jī)型號(hào)主要Y2系列，該工段主要廠房的供冷工作，目前有8臺(tái)電機(jī)，3臺(tái)Y-315M-4的電機(jī)，運(yùn)行時(shí)2用1備，5臺(tái)Y-250M-4的電機(jī)，運(yùn)行時(shí)4用1備，每年供冷時(shí)間為120 d，每天24 h，年耗電量達(dá)到120 x 10⁴kW·h按照《工業(yè)和信息化部國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局關(guān)于組織實(shí)施電機(jī)能效提升計(jì)劃(2013年至2015)的通知》，該系列電機(jī)屬于普通淘汰電機(jī)。

    針對(duì)上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)調(diào)研、比較，對(duì)供冷工段原有電機(jī)進(jìn)行一對(duì)一更換電機(jī)改造方案如表3所示

    超高效電機(jī)發(fā)展較為成熟，改造方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，完全適合長(zhǎng)期運(yùn)行的工況電機(jī)。安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，與原系列電機(jī)相同。

4應(yīng)用效果分析
4.1工程項(xiàng)目投資
    工程項(xiàng)目總費(fèi)用為16 x 10⁴元，主要包括YE3-250M-4購(gòu)置費(fèi)用7x10⁴元，YE3-315M-4購(gòu)置費(fèi)用9x10⁴元，生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)安裝、調(diào)試。

4.2經(jīng)濟(jì)效益
4.2.1節(jié)電量理論計(jì)算
    選用超高效電機(jī)比普通電機(jī)1 a的節(jié)電量、電費(fèi)如式(1)所示:

式(1)和式(2)中，W表示年節(jié)電量，kW·h;T表示年運(yùn)行時(shí)間，h；P_n表示電機(jī)額定功率，kW;F表示電機(jī)平均負(fù)載率，F(xiàn)≦1;η_L表示普通電機(jī)效率，%；η_H表示高效電機(jī)效率，%；Ce表示電機(jī)，元/（KW·h）_;M_Y表示年節(jié)電費(fèi)，元。

    根據(jù)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)計(jì)算，55 kW電機(jī)每年可節(jié)電14 466 kW·h , 132 kW電機(jī)每年可節(jié)電17 863 kW·h，改造項(xiàng)目每年可節(jié)省總電量32 392kW·h。首都航天機(jī)械公司現(xiàn)用電價(jià)為1.47元//(kW·h) ,經(jīng)計(jì)算年節(jié)電費(fèi)為47 523元，結(jié)合國(guó)家的財(cái)政補(bǔ)貼政策及原電機(jī)折舊費(fèi)，可使投資回收期控制在3a以內(nèi)。
4.2.2年耗電量的實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比

    根據(jù)改造前后的實(shí)際耗電量，每年可節(jié)省電量30780 kW·h.其數(shù)據(jù)如表4所示

    通過(guò)對(duì)改造后理論耗電量和實(shí)際耗電量的對(duì)比可知，兩種計(jì)算方法的節(jié)電價(jià)值大體相當(dāng)，超高效電機(jī)可提高效率2.6%左右，達(dá)到了節(jié)約能源的目的。
5結(jié)語(yǔ)
    推廣使用高效電機(jī)對(duì)于中國(guó)當(dāng)前的節(jié)能減排具有重要意義。通過(guò)對(duì)普通電機(jī)進(jìn)行改造，能夠有效地降低能源消耗，提高能源利用效率，有利于改善環(huán)境，這對(duì)于貫徹節(jié)能減排國(guó)策，減少企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義

作者:李超   來(lái)源：《能源與節(jié)能》第112期

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