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崔华建:浅谈高效电机的政策、技术及经济效益问题

人物对话2020.10.30
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众所周知,全球气候变化深刻影响人类生存和发展,是各国共同面临的重大挑战。气候变化成为当今世界最关注的问题之一,可以说,持续推进节能减排是应对气候变化的关键。近年来,国家财政充分发挥对国民经济和社会发展的重要调控和管理手段的作用,不断加大投入,支持节能减排应对气候变化。工业是节能减排的重点领域,而电机是工业领域最广泛的配套设备。在我国,电机系统的用电量约占总用电量的60%。因此,电机的高效节能是促进工业节能的关键


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随着国家节能减排政策的大力实施,普通电机相对于高效电机而言已不再具备竞争优势。为使得电机系统的生产和应用企业效率的提升,达到更好的节能效果,一直以来,国家通过各种手段鼓励高效电机的生产、强制淘汰低效电机。提高电机能效标准也是各个国家的重要政策引导和强制执行的手段之一。然而,高效电机的推广却并不顺利。大家都知道高效电机节能、环保、高效等具有一系列的优点,但却因为价格问题而迟迟不被接受。因此,高效电机领跑者编辑部邀请了上海电气液压气动有限公司崔华建高工,请他就当前国际国内高效电机相关政策引导、技术经验,以及应用高效电机所带来的经济效益和社会效益等问题谈一谈他的看法。


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崔华建高工


崔华建,教授级高级工程师,曾任上海跃进电机厂总工程师,上海先锋电机厂总工程师、厂长,上海电机(集团)公司、上海联合电机(集团)公司、上海电气先锋电机有限公司总工程师,现工作于上海电气液压气动有限公司。

问 1

请介绍一下当前国际与国内电机能效标准和高效电机相关政策的现状。

:现在我们浅谈一下世界上颁发电动机能效标准和高效电机的一些政策法规问题。目前,国际上电机能效标准领先的有美国、欧盟、国际电工委员会等国家和团体标准。早在80年代,美国就提出了高效电机的概念。自1992年10月24日起,NEMA标准MG1-1993的EPACT(E+)高效电机标准成为强制性执行标准。1997年,美国执行E+2标准。随后又推出E+3超高效电机标准并于2010年12月17日强制性执行。加拿大、澳大利亚等一些国家也相继跟进。欧盟于1999年推出高效电机效能标准(即EU-CEMEP协议),EU-CEMEP协议对电机的效率水平进行了分级和标识,即Eff1、Eff2、Eff3三个等级,该协议规定了制造商在产品铭牌和样本数据表上列出效率档次的标识及效率数值。并于2005年底起实施IE1标准效率,2011年起实施IE2高效标准效率,于2015和2021年分阶段实施IE3标准效率


为统一全球的电机效率标准,国际电工委员会IEC组织于2008年10月颁布了IEC 60034-30单速、三相笼型感应电机的能效分级标准。根据各国不同的情况,IEC 60034-30统一将电机能效标准分为IE1、IE2、IE3、IE4四个等级,并制定了50Hz和60Hz两套标准体系,分别用于电源频率50Hz和60Hz的国家和地区。对50Hz电源,IE1的能效水平相当于欧盟的Eff2;IE2的能效水平相当于欧盟的Eff1。对60Hz电源IE2与美国EAPACT能效水平相同,IE3与美国的NEMA PRIMIER水平相同。2016年IEC组织又发布了IEC 60034-30-2:2016,首次正式发布IE5效率标称限定值


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跟随国际上有关电动机效率标准的发展趋势,配合我国节能减排政策的落实,进入21世纪后,我国开始制订国家标准GB 18613《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》。该标准于2007年7月1日正式实施,并规定自2011年7月1日起,凡是能效标准达不到国标强制要求IE2的产品不能生产和销售。2012年9月1日起,将电机目标能效限定值作为推荐性建议,要求在额定输出功率的电机效率不应低于国家2级(IE3)能效标准。今年,更是发布新版标准GB18613-2020《电动机能效限定值及能效等级》,宣布自2021年6月1日起实施IE3强制性最低能效标准。此外,2008年6月1日,我国还颁布了《能源效率标识管理办法》,规定了电机必须标识能效等级。关于我国老的电机系列产品的政策法规,这里就不细谈了。


问 1

技术是推动一个行业发展的关键。您在电机领域深耕多年,能否给大家分享一些技术干货?


:从技术上来说,NEMA高效电机和IEC高效电机都是值得借鉴的。其中,由上海电器科学研究所(集团)有限公司牵头行业内主要骨干企业参与开发的YX3、YE3系列IEC标准高效、超高效电机,已经由研发企业做过深入的研究,并且已经批产销售,所以这里就先不探讨IEC高效电机了。本人原就职于上海电机集团公司,公司于1996年开始开发符合NEMA标准的E+高效电机和后来开发的E+3超高效电机,因此对于NEMA高效电机有一些心得体会与大家分享。


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1)NEMA高效、超高效电机的效率采用IEEE112-B标准测试。电机要考虑TEFC和ODP二个系列设计。需要注意的是,ODP系列产品的应用十分广泛,应尽量把铁芯外圆设计到最大;而对于TEFC电机,为提升产品的效率,哪怕牺牲散热筋的散热面积也是值得的。


2)大规格电机(比如440机座,500机座及以上)温升难达标,需注重风扇、导风圈、风罩的设计,此外有些规格还要考虑定子铁芯外圆与机座配合的特殊工艺问题。小规格电机(如140机座、180机座)效率难达标,需要全面平衡各项损耗。如硅钢片的选型、冲片和铁芯的加工工艺等,这些因素会直接影响铁耗、杂散损耗和散热效果。对于ODP大规格电机,可以考虑在定子铁芯加几道(哪怕是1道)径向通风道。在保证功率因数的情况下,尽量放大气隙,降低杂散损耗。


3)在电磁设计方面,要尽量进行优化设计。一方面,E+电机,特别是E+3电机的材料成本较高,因此应设计合适的铜铁比,以更好的加工工艺来控制材料成本。对于较大规格的电机,企业的工艺尽量采用软绕组。另一方面,产品设计过程中使用好的开发软件也是十分重要的,比如在设计时能比较准确地计算绕组温升、效率曲线、噪声等指标,可以尝试比较不同的槽配合的计算结果等。


4)用户对电机的选型十分重要。只有根据负载特性和效率曲线精确计算后,选择合适的功率等级才能使高效电机的运行效率更高。对NEMA电机来说,需要充分考虑额定功率下和使用系数下的效率


问 1

您认为应用高效电机能够为行业带来多大的经济效益?如何衡量经济效益与社会效益之间的关系?


:很多人认为高效、超高效电机制造成本相比较普通电机有较大幅度的提高,影响了经济效益,制造商和用户都比较难接受。根据统计,普通Y系列电机的效率平均值为87.3%,YX3系列高效电机的效率平均值为90.3%,YE3系列超高效电机效率平均值为91.7%。高效电机相比较普通电机损耗降低了约20%,超高效电机相比较高效电机来说,其损耗又降低了约15%。对于年运行时间超过8000小时的电机来说,如果负荷率超过60%,根据目前峰时段、平时段以及谷时段的不同电价,取平均值按0.7元/千瓦时粗算,基本上在一年半的时间内可以收回使用超高效电机额外增加的直接成本。所以说,使用高效和超高效电机的直接经济效益是可以预期的。


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我们认为,社会总是在不停地进步,电动机从最初发明到现在,效率不知提高了多少。随着新设计、新材料、新工艺不断进步,电机效率今后必然将继续提高,提高的难度也会相应地越来越大。但只有不断提高电机效率,才能推动系统节能效果的提升,才能带来更高的社会效益。当然,这个过程中也要注意遵守国际公约和国家法律法规。节能减排是现阶段人类共同面对的问题,企业和企业家都应该有责任担当,企业应当具有在追求经济效益的同时以社会效益为最高准则的意识。



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来源:高效电机领跑者

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