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Dal punto di vista del risparmio energetico e della protezione ambientale, i motori ad alta efficienza e a risparmio energetico sono l'attuale tendenza di sviluppo internazionale. Gli Stati Uniti, il Canada e l’Europa hanno successivamente promulgato regolamenti pertinenti. Lo standard CEMEP formulato dall'Europa divide l'efficienza in tre livelli: eff1 (massimo), eff2 ed eff3 (minimo) in base al tempo di funzionamento del motore, che sarà implementato passo dopo passo dal 2003 al 2006. L'ultima IEC60034-30 lo standard divide l'efficienza del motore in quattro livelli: IE1 (corrispondente a eff2), IE2 (corrispondente a eff1), IE3 e IE4 (il più alto). Il nostro Paese promette di implementare gli standard IE2 e superiori a partire dal 1 luglio 2011.
Attualmente, il consumo di energia industriale del mio paese rappresenta circa il 70% del consumo energetico totale, di cui il consumo di energia del motore rappresenta circa il 60-70% del consumo di energia industriale. Aggiungendo il consumo energetico del motore non industriale, il consumo energetico effettivo del motore rappresenta circa il 50% del consumo energetico totale. Al di sopra, tuttavia, la percentuale di applicazione di motori ad alta efficienza e a risparmio energetico è attualmente bassa. Secondo un’indagine campionaria condotta dal Centro nazionale di supervisione e ispezione della qualità dei motori per le piccole e medie imprese su 198 motori di importanti imprese nazionali, solo l’8% di essi sono motori ad alta efficienza e a risparmio energetico che hanno raggiunto il livello 2 o superiore, che ha causato un enorme spreco di risorse per l’intera società.
Alcune organizzazioni hanno calcolato che se l’efficienza di tutti i motori elettrici aumentasse del 5%, si potrebbero risparmiare 76.5 miliardi di kilowattora di elettricità durante l’anno. Questo numero è vicino alla produzione annua di energia delle Tre Gole nel 2008. Pertanto, l'industria automobilistica a risparmio energetico ha un ampio spazio di sviluppo e una forte domanda. In termini di politica, nel 18613 la National Standardization Administration ha emesso lo standard obbligatorio “Valori limite di efficienza energetica GB2012-2012 e livelli di efficienza energetica dei motori asincroni trifase di piccole e medie dimensioni”.
Misure di risparmio energetico per motori ad alta efficienza
Il risparmio energetico del motore è un progetto sistematico che coinvolge l'intero ciclo di vita del motore, dalla progettazione e produzione del motore alla selezione, funzionamento, regolazione, manutenzione e rottamazione. L'effetto delle misure di risparmio energetico deve essere considerato sull'intero ciclo di vita del motore. Domestico Esternamente, consideriamo principalmente il miglioramento dell'efficienza dai seguenti aspetti.
La progettazione di motori a risparmio energetico si riferisce all'uso di metodi di progettazione moderni come tecnologia di progettazione ottimizzata, tecnologia di nuovi materiali, tecnologia di controllo, tecnologia di integrazione e tecnologia di test e rilevamento per ridurre la perdita di potenza del motore, migliorare l'efficienza del motore e progettare un motore efficiente.
Mentre il motore converte l'energia elettrica in energia meccanica, perde anche una parte della sua energia. Le perdite tipiche dei motori CA possono generalmente essere suddivise in tre parti: perdite fisse, perdite variabili e perdite parassite. Le perdite variabili variano con il carico e includono perdite di resistenza dello statore (perdite di rame), perdite di resistenza del rotore e perdite di resistenza delle spazzole; le perdite fisse non hanno nulla a che fare con il carico e comprendono le perdite del nucleo di ferro e le perdite meccaniche. La perdita di ferro è composta da perdita di isteresi e perdita di corrente parassita, che è proporzionale al quadrato della tensione, e anche la perdita di isteresi è inversamente proporzionale alla frequenza; altre perdite vaganti sono perdite meccaniche e altre perdite, comprese le perdite per attrito di cuscinetti, ventole e rotori. ecc. Perdite al vento dovute alla rotazione.
Caratteristiche dei motori ad alta efficienza
Risparmia energia e riduci i costi operativi a lungo termine. È molto adatto per l'uso in prodotti tessili, ventilatori, pompe dell'acqua e compressori. Il costo di acquisto del motore può essere recuperato risparmiando energia elettrica in un anno;
Avvia direttamente o utilizza un convertitore di frequenza per regolare la velocità e il motore asincrono può essere completamente sostituito;
Lo stesso motore a risparmio energetico ad alta efficienza a magneti permanenti in terre rare può risparmiare più di 15℅ di energia elettrica rispetto ai motori normali;
Il fattore di potenza del motore è vicino a 1, il che migliora il fattore di qualità della rete elettrica senza aggiungere un compensatore del fattore di potenza;
La corrente del motore è ridotta, consentendo di risparmiare capacità di trasmissione e distribuzione di potenza e di prolungare la vita operativa complessiva del sistema;
Budget per il risparmio energetico: prendendo come esempio un motore da 55 kilowatt, un motore ad alta efficienza risparmia il 15% in più di energia rispetto a un motore normale. Il costo dell'elettricità è calcolato a 0.5 yuan per kilowattora. Il costo della sostituzione del motore può essere recuperato risparmiando energia elettrica entro un anno dall'utilizzo di un motore a risparmio energetico.
Vantaggi dei motori ad alta efficienza
Avviamento diretto, sostituzione completa del motore asincrono.
Lo stesso motore a risparmio energetico ad alta efficienza a magneti permanenti in terre rare può risparmiare più del 3% di energia elettrica rispetto ai motori normali.
Il fattore di potenza del motore è generalmente superiore a 0.90, il che migliora il fattore di qualità della rete elettrica senza l'aggiunta di un compensatore del fattore di potenza.
La corrente del motore è ridotta, il che consente di risparmiare capacità di trasmissione e distribuzione di potenza e di prolungare la vita operativa complessiva del sistema.
L'aggiunta di un driver può realizzare l'avvio graduale, l'arresto graduale e la regolazione continua della velocità, migliorando ulteriormente l'effetto di risparmio energetico.
Cinque grandi perdite per i motori
Perdite statoriche
Il mezzo principale per ridurre la perdita I^2R dello statore del motore. I metodi più comunemente utilizzati nella pratica sono:
Aumentare l'area della sezione trasversale della fessura dello statore. Con lo stesso diametro esterno dello statore, l'aumento dell'area della sezione trasversale della cava dello statore ridurrà l'area del circuito magnetico e aumenterà la densità magnetica dei denti;
Aumentare la velocità massima dello slot dello statore, che è più efficace per i piccoli motori a bassa tensione. L'applicazione di dimensioni ottimali dell'avvolgimento e dell'isolamento e di un'ampia sezione trasversale del conduttore può aumentare la velocità di piena cava dello statore;
Ridurre al minimo la lunghezza dell'estremità dell'avvolgimento dello statore. La perdita finale dell'avvolgimento dello statore rappresenta da 1/4 a 1/2 della perdita totale dell'avvolgimento. La riduzione della lunghezza dell'estremità dell'avvolgimento può migliorare l'efficienza del motore. Gli esperimenti dimostrano che la lunghezza finale è ridotta del 20% e la perdita è ridotta del 10%.
Perdite del rotore
La perdita I^2R del rotore del motore è principalmente correlata alla corrente del rotore e alla resistenza del rotore. I metodi di risparmio energetico corrispondenti includono principalmente:
Ridurre la corrente del rotore, che può essere considerata sotto due aspetti: aumento della tensione e del fattore di potenza del motore;
Aumentare l'area della sezione trasversale della fessura del rotore;
Ridurre la resistenza dell'avvolgimento del rotore, ad esempio utilizzando fili spessi e materiali a bassa resistenza. Ciò è più significativo per i motori di piccole dimensioni perché i motori di piccole dimensioni generalmente hanno rotori in alluminio pressofuso. Se si utilizza un rotore in rame fuso, la perdita totale del motore può essere ridotta del 10% ~ 15%, ma i rotori in rame fuso di oggi richiedono temperature di produzione elevate. La tecnologia non è ancora stata resa popolare e i suoi costi sono dal 15% al 20% più alti rispetto a quelli dei rotori in alluminio pressofuso.
Perdita di ferro
Le seguenti misure possono ridurre la perdita di ferro nel motore:
Ridurre la densità magnetica e aumentare la lunghezza del nucleo di ferro per ridurre la densità del flusso magnetico, ma aumenterà la quantità di ferro utilizzata nel motore;
Ridurre lo spessore dei trucioli di ferro per ridurre la perdita di corrente indotta. Ad esempio, l'utilizzo di fogli di acciaio al silicio laminati a freddo invece di fogli di acciaio al silicio laminati a caldo può ridurre lo spessore dei fogli di acciaio al silicio, ma i trucioli di ferro sottili aumenteranno il numero di trucioli di ferro e il costo di produzione del motore;
Utilizzare lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo con buona permeabilità magnetica per ridurre la perdita di isteresi;
Utilizzare un rivestimento isolante in trucioli di ferro ad alte prestazioni;
Trattamento termico e tecnologia di produzione. Lo stress residuo dopo la lavorazione della lamiera inciderà gravemente sulla perdita del motore. Nella lavorazione di lamiere di acciaio al silicio, la direzione di taglio e lo sforzo di taglio di punzonatura hanno un impatto maggiore sulla perdita del nucleo di ferro. Il taglio lungo la direzione di laminazione delle lamiere di acciaio al silicio e l'esecuzione del trattamento termico sulle lamiere perforate di acciaio al silicio possono ridurre la perdita dal 10% al 20%.
Perdite vaganti
La comprensione odierna delle perdite dovute al vagabondaggio dei motori è ancora in fase di ricerca. Alcuni dei metodi principali per ridurre le perdite vaganti sono:
Utilizzare trattamenti termici e finiture per ridurre i cortocircuiti sulla superficie del rotore;
Trattamento di isolamento sulla superficie interna della cava del rotore;
Ridurre le armoniche migliorando il design dell'avvolgimento dello statore;
Migliorare la progettazione e la cooperazione delle fessure del rotore per ridurre le armoniche, aumentare le fessure dei denti dello statore e del rotore, progettare la forma delle fessure del rotore in fessure inclinate e utilizzare avvolgimenti sinusoidali collegati in serie, avvolgimenti sparsi e avvolgimenti a breve distanza per ridurre notevolmente le armoniche di ordine elevato ; L'utilizzo di fango per fessura magnetica o cunei per fessura magnetica per sostituire i tradizionali cunei per fessura isolante e riempire le fessure del nucleo dello statore del motore con fango per fessura magnetica è un metodo efficace per ridurre ulteriori perdite vaganti.
Perdita di attrito del vento
Merita la dovuta attenzione, rappresenta circa il 25% della perdita totale del motore. Le perdite per attrito sono causate principalmente da cuscinetti e guarnizioni, che possono essere ridotte adottando le seguenti misure:
Ridurre il più possibile le dimensioni dell'albero, ma deve soddisfare i requisiti di coppia di uscita e dinamica del rotore;
Utilizzare cuscinetti ad alta efficienza;
Utilizzare sistemi di lubrificazione e lubrificanti efficienti;
Adottare una tecnologia di tenuta avanzata.
