Войти
Повышенный КПД - это класс КПД двигателя. В рамках согласованных во всем мире усилий по снижению энергопотребления, CO2выбросов и воздействия промышленных производств на окружающую среду, различные регулирующие органы многих стран приняли или планируют законодательные акты, поощряющие производство и использование двигателей с более высоким КПД . В этой статье рассматривается развитие двигателей с повышенным КПД (IE3) и с повышенным КПД до (PEM), а также связанные с ними экологические, правовые и энергетические темы.
Нефтяной кризис и потребность во всем мире в увеличении мощности и, как следствие, увеличили количество электростанций энергосбережение осведомленность.
В 1992 г. США Конгресс в рамках Закона об энергетической политике (EPAct) установил минимальные уровни эффективности (см. Таблицу B-1) для электродвигателей.
. В 1998 году Европейский комитет производителей электрооборудования Машины и энергетические системы (CEMEP) выпустили добровольное соглашение между производителями двигателей о классификации эффективности с тремя классами эффективности:
Обсуждаемый здесь термин «повышенный КПД» относится к классу КПД двигателя. Считается необходимым ввести этот термин, связанный с двигателями, в связи с предстоящим законодательством ЕС, США и других стран относительно будущего обязательного использования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором повышенного КПД в определенное оборудование.
Было сделано несколько заявлений относительно использования двигателя и преимуществ использования двигателей с повышенным или более высоким КПД. К ним относятся:
На основании США. По данным Министерства энергетики, согласно оценке Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) программа двигателей с повышенным КПД сэкономит 5,8 тераватт электроэнергии и предотвратит выброс почти 80 миллионов метрических тонн углерода в атмосферу в течение следующих десяти лет. Это эквивалентно удержанию 16 миллионов автомобилей от дорог.
Ежегодно для промышленных целей продается около 30 миллионов новых электродвигателей. Около 300 миллионов двигателей используются в промышленности, инфраструктуре и крупных зданиях. На эти электродвигатели приходится 40% мировой электроэнергии, используемой для привода насосов, вентиляторов, компрессоров и другого механического тягового оборудования. Моторные технологии эволюционировали за последние несколько десятилетий. Теперь доступны так называемые «премиальные» продукты высшего качества, готовые изменить рынок в сторону энергоэффективности и внести свой вклад в сокращение выбросов парниковых газов во всем мире.
С использованием передовой опыт энергоэффективность электродвигателей можно повысить в среднем на 20-30%. Срок окупаемости большинства улучшений составляет от 1 до 3 лет. Кроме того, это означает большое потенциальное влияние на сокращение глобальных выбросов парниковых газов.
Системы электродвигателей потребляют большое количество электроэнергии и могут обеспечить возможность значительной экономии энергии. Энергия составляет более 97 процентов общих эксплуатационных расходов двигателя в течение срока его службы. Однако покупка нового двигателя часто зависит от цены, а не от количества потребляемой электроэнергии. Даже небольшое повышение эффективности может привести к значительной экономии энергии и затрат. Вложение немного больше денег вперед для более эффективного двигателя часто окупается за счет экономии энергии. Повышение энергоэффективности снижает выбросы парниковых газов, которые способствуют изменению климата.
КПД электродвигателя определяется как отношение полезной мощности на валу к входной электрической мощности.
mot = shaft÷ in
mot= КПД двигателя [%]
shaft= Мощность на валу [кВт] (в США л.с. с коэффициентом 1.34)
in= электрическая мощность от источника питания [кВт]
Мощность на валу передается на приводную машину; входная электрическая мощность - это то, за что измеряется и взимается плата. Снижение КПД двигателя определяется разницей между входной мощностью и выходной мощностью на валу.
потери= in- вал
потери= потери электродвигателя [кВт]
электродвигатель потери энергии в основном связаны с теплом, вызванным многими факторами, включая потери в обмотке катушки (сопротивление), потери в стержнях ротора и контактных кольцах , потери из-за намагничивания сердечника из железа и потери из-за трения подшипников.
логотип NEMA 19 декабря 2007 г. президент Буш подписал Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 (EISA) в качестве закона (Public Закон 140-110). Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) активно участвовала в разработке основных положений EISA. Важнейшим условием, на котором сосредоточилось внимание NEMA, было повышение эффективности двигателей. Секция «Мотор-генераторы» NEMA объединила усилия с Американским советом по энергоэффективной экономике для разработки и рекомендации новых нормативов эффективности двигателей, охватывающих как электродвигатели общего назначения, так и некоторые категории определенных и специальных электродвигателей.
Секция двигателей и генераторов NEMA учредила программу NEMA Premium по четырем основным причинам:
Посетите NEMA Premium Motors для получения дополнительной информации.
Краткое изложение стандартов EISA для двигатели:
В июне 2005 года Европейский Союз принял Директиву об установлении рамок для установки Эко-дизайн требований (таких как требования к энергоэффективности) для всех энергопотребляющих продуктов в жилом, третичном и промышленном секторах. Единые общеевропейские правила экологического проектирования гарантируют, что различия между национальными правилами не станут препятствием для торговли внутри ЕС. Директива не вводит прямых обязательных требований для конкретных продуктов, но определяет условия и критерии для установления требований в отношении экологически значимых характеристик продукта (таких как потребление энергии) и позволяет быстро и эффективно их улучшать. За этим последуют меры по установлению требований экологического дизайна. В принципе, Директива применяется ко всем продуктам, потребляющим энергию (кроме транспортных средств), и охватывает все источники энергии.
IEC 60034-30 определяет электрический КПД классы для односкоростных, трехфазных, 50 Гц и 60 Гц, асинхронных двигателей с клеткой, которые:
В таблице ниже показаны классы эффективности IEC 60034-30 (2008) и сопоставимые уровни эффективности.
| Уровни КПД | Сравнение | |
|---|---|---|
| IE1 | Стандартный КПД | |
| IE2 | Высокий КПД | Для 50 Гц значительно выше, чем EFF2 CEMEP и идентичен US EPAct для 60 Гц |
| IE3 | Повышенная эффективность | Новый класс эффективности в Европе для 50 Гц, выше, чем EFF1 на CEMEP, и с некоторыми исключениями идентичен NEMA Premium в США на 60 Гц. |
Стандарт также оставляет за собой класс IE4 (Super Premium Efficiency) на будущее. Следующие двигатели исключены из нового стандарта эффективности:
На графике в качестве примера показаны 4-полюсные двигатели с частотой 50 Гц
Для работы с частотой 60 Гц минимальные значения КПД IE2 и IE3 при полной нагрузке практически идентичны значениям Североамериканской национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA). Стандарты двигателей Efficient и Premium Efficiency соответственно. (NEMA указывает разные значения эффективности при полной нагрузке для двигателей с полностью закрытыми корпусами с вентиляторным охлаждением и открытыми каплезащищенными корпусами, а эффективность IEC IE3 от 200 л.с. немного выше, чем эффективность NEMA Premium). Минимальные стандарты эффективности при полной нагрузке МЭК для двигателей 60 Гц выше, чем для двигателей 50 Гц. Это связано с тем, что до тех пор, пока крутящий момент двигателя постоянен, потери сопротивления IR или обмотки одинаковы при 50 Гц и 60 Гц. Однако выходная мощность двигателя линейно увеличивается со скоростью, увеличиваясь на 20% при увеличении частоты с 50 Гц до 60 Гц. Как правило, эффективность при 60 Гц примерно на 2,5–0,5% больше, чем при 50 Гц. Прирост эффективности больше для двигателей меньшей мощности.
Чтобы продемонстрировать соответствие этим новым стандартам эффективности, двигатели должны быть испытаны в соответствии с недавно принятым протоколом испытаний. Эта процедура обеспечивает результаты испытаний, которые в значительной степени совместимы с результатами, полученными североамериканскими методами и методами испытаний. Новый стандарт также требует, чтобы класс эффективности двигателя и номинальный КПД двигателя были указаны на паспортной табличке двигателя и указаны в документации по продукции и каталогах двигателей в следующем формате:
IE3 94,5%
22 июля 2009 г. Постановление Комиссии (ЕС) № 640/2009 о применении Директивы 2005/32 / ЕС гласит, что в ЕС, за исключением некоторых специальных применений, двигатели не должны быть менее эффективным, чем уровень эффективности IE3 с 1 января 2015 года.
Подробно:
EC 60034–30, IE3 Premium Efficiency (%) представлен в таблице.
IE3 Premium КПД
| кВт | 2-полюсный | 4-полюсный | 6-полюсный | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 Гц | 60 Гц | 50 Гц | 60 Гц | 50 Гц | 60 Гц | |
| 0,75 | 80,7 | 77,0 | 82,5 | 85,5 | 78,9 | 82,5 |
| 1,1 | 82,7 | 84,0 | 84,1 | 86,5 | 81,0 | 87,5 |
| 1,5 | 84,2 | 85,5 | 85,3 | 86,5 | 82,5 | 88,5 |
| 2,2 | 85,9 | 86,5 | 86,7 | 89,5 | 84,3 | 89,5 |
| 3 | 87,1 | – | 87,7 | – | 85,6 | – |
| 3,7 | – | 88,5 | – | 89,5 | – | 89,5 |
| 4 | 88,1 | – | 88,6 | – | 86,8 | – |
| 5,5 | 89,2 | 89,5 | 89,6 | 91,7 | 88,0 | 91,0 |
| 7,5 | 90,1 | 90,2 | 90,4 | 91,7 | 89,1 | 91,0 |
| 11 | 91.2 | 90,0 | 91,4 | 92,4 | 90,3 | 91,7 |
| 15 | 91,9 | 91,0 | 92,1 | 93,0 | 91,2 | 91,7 |
| 18,5 | 92,4 | 91,7 | 92,6 | 93,6 | 91,7 | 93. 0 |
| 22 | 92,7 | 91,7 | 93,0 | 93,6 | 92,2 | 93,0 |
| 30 | 93,3 | 92,4 | 93,6 | 94,1 | 92,9 | 94,1 |
| 37 | 93,7 | 93,0 | 93,9 | 94,5 | 93,3 | 94,1 |
| 45 | 94,0 | 93,6 | 94,2 | 95,0 | 93,7 | 94,5 |
| 55 | 94,3 | 93,6 | 94,6 | 94,4 | 94,1 | 94,5 |
| 75 | 94,7 | 94,1 | 95,0 | 95,4 | 94,6 | 95,0 |
| 90 | 95,0 | 95,0 | 95,2 | 95,4 | 94.9 | 95,0 |
| 110 | 95,2 | 95,0 | 95,4 | 95,8 | 95,1 | 95,8 |
| 132 | 95,4 | – | 95,6 | – | 95,4 | – |
| 150 | – | 95,4 | – | 96,2 | – | 95,8 |
| 160 | 95,6 | – | 95,8 | – | 95,6 | – |
| 185 | – | 95,8 | – | 96,2 | – | 95,8 |
| 200 | 95,8 | – | 96,0 | – | 95,8 | – |
| 220 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
| 250 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
| 300 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
| 330 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
| 375 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
Для проектирования двигателей с повышенным КПД требуются специальные знания, опыт и испытательное оборудование, оснащенное прецизионными приборами. Задача проектирования состоит в том, чтобы повысить эффективность за счет минимизации и уравновешивания отдельных потерь, особенно тех, которые возникают в катушках статора, в железе статора (намагничивание) и потерь внутри ротора из-за скольжения. По сравнению со стандартными электродвигателями (например, IE1) используется больше железа и меди. Двигатели IE3 тяжелее и физически больше двигателей IE1.
Как правило, использование более высокого заполнения паза в медной обмотке, использование более тонких пластин с улучшенными свойствами стали, уменьшение воздушного зазора, улучшенная конструкция охлаждающего вентилятора, использование специальных и улучшенных подшипников и т. Д. Может обеспечить более высокую эффективность в двигатели.
Высокая электрическая проводимость у меди по сравнению с другими металлическими проводниками повышает энергоэффективность двигателей. Увеличение массы и поперечного сечения проводников в катушке катушки увеличивает эффективность использования электрической энергии двигателя. Если экономия энергии является первоочередной задачей проектирования, асинхронные двигатели могут быть спроектированы таким образом, чтобы соответствовать и превосходить стандарты эффективности Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA).
США Сенат Комитет по энергетике и природным ресурсам принял отстаиваемое NEMA положение, согласно которому, согласно Национальной ассоциации производителей электротехники (NEMA), была создана программа скидок на энергоэффективные двигатели премиум-класса. Программа предусматривала скидку 25 долларов за каждую лошадиную силу и скидку 5 долларов за каждую лошадиную силу за утилизацию старого двигателя. Последняя программа была необходима, чтобы компенсировать разницу в стоимости между новыми, более дорогими и эффективными двигателями и меньшую стоимость ремонта старых, более неэффективных двигателей, сообщает NEMA. Эта программа позволила федеральному правительству потратить 350 миллионов долларов на стимулирование широкого внедрения двигателей NEMA Premium.
Положение «Влюбленность в кредит», содержащееся в сенатской версии «Закона о политике и энергосбережении» (EPCA), действовало в течение пяти лет и включало следующее предлагаемое финансирование:
В странах ЕС различные схемы выплаты капитала побуждают компании покупать оборудование с двигателями с повышенным КПД. Например, в Великобритании Программа расширенных льгот на капитал предоставляет налоговые льготы для предприятий, инвестирующих в оборудование, отвечающее опубликованным критериям энергосбережения. Список энергетических технологий (ETL) подробно описывает критерии для каждого типа технологии и перечисляет те продукты в каждой категории, которые им соответствуют. Он управляется Carbon Trust от имени правительства и состоит из двух частей:
ETPL также содержит подробную информацию о максимальных суммах требований для квалифицируемых продуктов, которые включают компонент в более крупную единицу оборудования и оборудования, которая сама по себе не соответствует требованиям ECA.
Ключевые особенности схемы ECA:
Аналогичная схема в Ирландии, Accelerated Capital Allowance (ACA), проводимая Sustainable Energy Ireland (SEI), позволяет компании сократить свой налогооблагаемый доход на 100% капитальных затрат на соответствующее энергоэффективное оборудование в первый год покупки. Это сопоставимо с 12,5% для неприемлемых машин и оборудования.
С существующей налоговой структурой отчислений на капитал, когда деньги тратятся на «капитальное оборудование», компании могут вычитать стоимость этого оборудования из своей прибыли пропорционально в течение 8 лет, т.е. годовая налогооблагаемая прибыль только уменьшается. на 1/8 от общей стоимости оборудования.
С новым ACA, когда деньги тратятся на «Соответствующее требованиям энергоэффективное капитальное оборудование», компания может вычесть полную стоимость этого оборудования из своей прибыли в год покупки, т.е. налогооблагаемая прибыль в первом году составляет снижена на полную стоимость оборудования.
