高效电机将是“双碳”目标的领跑者

时间：2021-11-30 点击：2801

众所周知，全球气候变化深刻影响人类的生存与发展，是各国共同面临的重大挑战。持续推进节能减排是应对气候变化的关键，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驱动设备。在我国，电机系统的用电量约占总用电量的60%，电机的高效节能则会是促进工业节能的一把金钥匙。

一直以来，国家通过各种政策鼓励推广高效电机的生产、使用。目前高效电机的推广形式如何？高效电机能否节能？未来高效电机的发展趋势是什么？另外在电力供应紧张背景下，对电机生产又会有什么影响？

电机能效提升一直是广大电机科研人员追求的目标，从目前的技术来看，电机能效提升主要是从提升单机和系统效率两个方面着手。

单机能效提升是通过不断优化电机设计，结合新材料应用、工艺能力提升等提高效率

一是通过优化电磁设计提高效率，如采用更加合理的槽配合、槽型，更好的线圈和铁芯结构，优化电磁方案，降低损耗、提升功率因数、降低电磁噪声；

二是采用更好的绝缘材料和结构，提高绝缘强度减薄绝缘，提升槽满率、功率密度，降低定子电阻，减少定子铜耗；

三是提升铁芯叠压、制造能力，提高关键零部件的加工制造精度；

四是在材料方面，采用低损耗、高导磁率的无取向冷轧硅钢片、优质铜材降低定转子铜耗，目前在超高效电机中甚至使用高导电率的无氧铜来进一步提升电机性能；

五是借助高精度的仿真分析手段，优化电机机械结构、内外风路设计，并通过试验验证不断反复迭代，提升设计精确度，降低电机的机械损耗和通风噪声。

系统能效提升是通过系统节能的方式，从电机驱动系统整体工况应用方面提升效率。从目前的电机技术发展趋势来看，单机能效提升已经达到了很高的高度，总有天花板。单纯的追求单机效率提升，已经无法满足当前广大客户对节能的要求了，国内很多用户已经开始尝试通过系统能效提升的方式来达到节能的目的。现在通用的方式是通过采用高速或低速直驱系统，减少传动链条，从整体上降低系统的能量损耗。这种节能方式可以降低电机单机效率提升的局限性，节能效果非常显著，国内高耗能行业，如石化、矿山、钢铁等行业已有大量应用。另外，变频技术随着科技迅速发展日趋成熟，高压变频元器件成本在逐步降低，在工业电机驱动领域获得长足发展与应用。

高效电机的推广对国内电机产业的发展影响巨大

一是增强了国内企业用户节能意识。通过高效电机的推广，高效节能的效应逐步扎根在广大企业用户心中，对节能电机的需求也在逐步扩大；

二是促进了国内电机技术的整体提升。有专家指出，我国电机能效水平整体上与欧美等发达国家有3-5个点的差距，近年来随着我国高效电机的大力推广，有力的促进了国内电机技术的提升，我国电机能效水平与欧美等发达国家的差距在进一步缩小，甚至在某些领域，关键指标达到甚至超过了欧美发达国家的水平；

三是推动了国内电机产业的整体发展。随着国内电机技术的不断提升，在高效电机市场需求的推动下，国内电机产业在技术研发、仿真实验、生产制造等方面也有进一步的提升。

为了达成“双碳”目标，我国用能设备必然会朝着绿色、低碳、节能、环保方向发展，这些发展趋势为电机产业的发展提供了无限可能。

电机产业会朝着四个方面发展。

一是用电设备的全电化，随着我国经济社会的发展和技术的不断进步，电能将成为取代所有动力驱动（机械传动）的发展趋势，如工业驱动的全电化、船舶驱动的全电化、交通工具驱动的全电化等；

二是电机设备的直驱化，传统的驱动系统是动力设备通过变速传动系统带动负载运转，通过设备的直驱化，直接减少中间的传动系统，达到节能的目的，如低速直驱系统，可以减少减速器，高速直驱系统可以减少增速箱，进而达到系统整体节能的效果；

三是电机设备的高效节能化，根据统计，在工业用电领域，75%左右的电能是通过电动机消耗的，电动机的高效节能，是我国工业节能乃至达到“3060”目标的重要一环，用电设备的高效节能是我国工业节能发展的必然方向；

四是设备的智能化，主要是设备本身的智能化，如实现远程监控、智能运维、故障诊断等。