ما هي كمية الكهرباء التي يمكن للمحركات الموفرة للطاقة توفيرها حقًا？

مقدمة:

يشير المحرك عالي الكفاءة (محرك عالي الكفاءة) إلى المحرك عالي الكفاءة، ويمكن أن تصل قيمة كفاءته إلى المستوى القياسي GB18613-2012 الثاني. يعتمد المحرك عالي الكفاءة تصميمًا جديدًا للمحرك وتكنولوجيا جديدة ومواد جديدة لتحسين كفاءة الإخراج عن طريق تقليل فقدان الطاقة الكهرومغناطيسية والطاقة الحرارية والطاقة الميكانيكية. بالمقارنة مع المحرك القياسي، يتم زيادة كفاءته بنسبة 4% في المتوسط.

In May 2020, China announced the latest motor energy-efficiency standard "GB18613-2020 motor energy-efficiency limits and energy-efficiency levels", the standard was formally implemented on June 1, 2021, IE3 (international standards) below the energy-efficiency motors will be mandatory discontinued, and the domestic motor industry has fully entered the era of IE3 high-efficiency.

وينص المعيار الوطني الجديد أيضًا على أنه منذ تاريخ تنفيذ المعيار، ستصبح كفاءة IE3 أقل قيمة حدية لكفاءة المحرك غير المتزامن ثلاثي الطور في الصين (كفاءة الطاقة ثلاثية المستويات)، أقل من القيمة الحدية لكفاءة الطاقة IE3 ذات الثلاث مراحل لا يُسمح للمحرك غير المتزامن (مثل محركات سلسلة IE2، وما إلى ذلك) بإعادة الإنتاج والمبيعات، مما يشير إلى أن مستوى كفاءة المحرك غير المتزامن ثلاثي الطور الصغير والمتوسط ​​في الصين مرة أخرى لتعزيز مستوى الدرجة. يدرج المعيار الوطني الجديد أيضًا كفاءة IE4 كمؤشر تقييم ثانوي لتوفير الطاقة.

GB 18613-2020 بعد تطبيق الفرق الوطني الجديد في وضع العلامات على كفاءة استخدام الطاقة في المحرك، يظهر أدناه:

تدابير توفير الطاقة للمحركات عالية الكفاءة

تدابير لتحسين كفاءة المحركات الكهربائية. يعد توفير الطاقة للمحرك الكهربائي مشروعًا منهجيًا يشمل دورة الحياة الكاملة للمحرك الكهربائي، بدءًا من تصميم وتصنيع المحرك الكهربائي وحتى اختيار المحرك الكهربائي وتشغيله وتنظيمه وإصلاحه وتخريده، ويجب أن نأخذ في الاعتبار تأثيره. تدابير توفير الطاقة من دورة الحياة الكاملة للمحرك الكهربائي، وتنظر الدول المحلية والأجنبية بشكل أساسي في الجوانب التالية لتحسين كفاءة المحرك الكهربائي في هذا الصدد.

يشير تصميم المحرك الموفر للطاقة إلى استخدام تقنية التصميم الأمثل ، وتكنولوجيا المواد الجديدة ، وتكنولوجيا التحكم ، وتكنولوجيا التكامل ، وتكنولوجيا الاختبار والفحص وغيرها من وسائل التصميم الحديثة لتقليل فقد طاقة المحرك ، وتحسين كفاءة المحرك ، وتصميم محرك عالي الكفاءة.

المحرك في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية في نفس الوقت، يفقد أيضًا جزءًا من الطاقة، ويمكن تقسيم خسارة محرك التيار المتردد النموذجي عمومًا إلى خسارة ثابتة، وخسارة متغيرة، وخسارة طائشة من ثلاثة أجزاء.

يتم تغيير الخسارة المتغيرة مع الحمل، بما في ذلك فقدان مقاومة الجزء الثابت (فقد النحاس)، وفقدان مقاومة الدوار، وفقدان مقاومة الفرشاة؛ الخسارة الثابتة ليس لها علاقة بالحمل، بما في ذلك خسارة قلب الحديد والخسارة الميكانيكية. يتكون فقدان الحديد من فقدان التباطؤ وفقدان التيار الدوامي، والذي يتناسب مع مربع الجهد، والذي يتناسب فقدان التباطؤ أيضًا عكسيًا مع التردد؛ الخسائر الطائشة الأخرى هي الخسائر الميكانيكية والخسائر الأخرى، بما في ذلك فقدان الاحتكاك للمحامل والمروحة والدوار وما إلى ذلك بسبب دوران فقدان مقاومة الرياح.

ميزات المحرك عالية الكفاءة

1، توفير الطاقة، تقليل تكاليف التشغيل على المدى الطويل، مناسب جدًا للمنسوجات والمراوح والمضخات والضواغط، والاعتماد على توفير الطاقة لمدة عام واحد يمكنه استرداد تكلفة شراء المحرك؛
2، البدء المباشر، أو تنظيم السرعة باستخدام محول التردد، يمكن استبداله بالكامل بمحركات غير متزامنة؛
3، يمكن للمحرك الموفر للطاقة ذو المغناطيس الدائم الأرضي النادر نفسه توفير الطاقة من المحركات العادية التي تزيد عن 15℅؛
4، عامل قوة المحرك قريب من 1، تحسين عامل جودة الشبكة، دون إضافة معوض عامل الطاقة؛
5، تيار المحرك صغير، مما يوفر قدرة نقل وتوزيع الطاقة، ويطيل عمر التشغيل الإجمالي للنظام؛
6، ميزانية توفير الطاقة: 55 كيلووات من المحرك، على سبيل المثال، محركات عالية الكفاءة من المحرك العام لتوفير 15℅، تكاليف الكهرباء لكل كيلووات في الساعة محسوبة بـ 0.5 يوان، استخدام المحركات الموفرة للطاقة خلال عام بواسطة يمكن استرداد توفير الكهرباء عن طريق استبدال تكلفة المحرك.

مزايا المحركات عالية الكفاءة:
البدء المباشر، يمكن أن يحل محل المحرك غير المتزامن بالكامل.
يمكن للمحرك ذو المغناطيس الدائم الأرضي النادر الموفر للطاقة أن يوفر أكثر من 3℅ من الكهرباء مقارنة بالمحرك العادي.
عامل قوة المحرك أعلى بشكل عام من 0.90، مما يحسن عامل جودة الشبكة، دون إضافة معوض عامل الطاقة.
تيار المحرك صغير، مما يوفر قدرة نقل وتوزيع الطاقة، مما يطيل عمر التشغيل الإجمالي للنظام.
يمكن للمحرك الإضافي أن يحقق بداية سلسة، وتوقفًا ناعمًا، وتنظيم السرعة بدون خطوات، وتحسين تأثير توفير الطاقة بشكل أكبر.

الخسائر الخمس الكبرى في المحركات

خسارة الجزء الثابت

تقليل الوسائل الرئيسية لفقد الجزء الثابت للمحرك I ^ 2R عمليًا، الطرق الأكثر استخدامًا هي:
1، زيادة مساحة المقطع العرضي لفتحة الجزء الثابت، في حالة نفس القطر الخارجي للجزء الثابت، فإن زيادة مساحة المقطع العرضي لفتحة الجزء الثابت ستقلل من مساحة الدائرة المغناطيسية، وزيادة كثافة الأسنان المغناطيسية؛
2، زيادة معدل الفتحة الكاملة لفتحة الجزء الثابت، وهو أكثر فعالية للمحركات الصغيرة ذات الجهد المنخفض، وتطبيق أفضل حجم لللف والعزل، يمكن أن تزيد مساحة المقطع العرضي للسلك الكبير من معدل الفتحة الكاملة للجزء الثابت؛
3، حاول تقصير طول نهاية لف الجزء الثابت، حيث تمثل خسارة نهاية لف الجزء الثابت الخسارة الإجمالية لللف 1/4 ~ 1/2، مما يقلل من طول نهاية اللف، ويمكن أن يحسن كفاءة المحرك. تظهر التجارب أن طول النهاية انخفض بنسبة 20٪، وانخفض الخسارة بنسبة 10٪.

فقدان الدوار

يرتبط فقدان دوار المحرك I^2R بشكل أساسي بتيار الدوار ومقاومة الدوار، وطرق توفير الطاقة المقابلة هي بشكل أساسي:
1، تقليل تيار الدوار، والذي يمكن اعتباره من تحسين الجهد وعامل قوة المحرك؛
2، زيادة مساحة المقطع العرضي لفتحة الدوار؛
3، تقليل مقاومة لف الدوار، مثل استخدام الأسلاك السميكة والمواد منخفضة المقاومة، وهو أكثر أهمية بالنسبة للمحركات الصغيرة، لأن المحركات الصغيرة عادة ما تكون عبارة عن دوار من الألومنيوم المصبوب، إذا تم استخدام دوار النحاس المصبوب، فإن الخسارة الإجمالية يمكن تقليل تكلفة المحرك بنسبة 10% إلى 15%، ولكن الدوار النحاسي المصبوب المطلوب لتصنيع درجات الحرارة العالية والتكنولوجيا لم يتم نشره بعد، وتكلفته أعلى من تكلفة الدوار المصنوع من الألومنيوم المصبوب بنسبة 15% إلى 20%.

استهلاك الحديد

يمكن تقليل استهلاك حديد المحرك من خلال الإجراءات التالية:
1، تقليل الكثافة المغناطيسية، زيادة طول قلب الحديد لتقليل كثافة التدفق المغناطيسي، لكن كمية الحديد التي يستخدمها المحرك تزداد؛
2، تقليل سمك رقاقة الحديد لتقليل فقدان التيار المستحث، مثل فولاذ السيليكون المدلفن على البارد بدلاً من فولاذ السيليكون المدلفن على الساخن يمكن أن يقلل من سمك فولاذ السيليكون، لكن رقاقة الحديد الرقيقة ستزيد من عدد رقائق الحديد و تصنيع السيارات تشينبن.
3، استخدام صفائح فولاذ السيليكون المدرفلة على البارد مع الموصلية المغناطيسية الجيدة لتقليل فقدان التباطؤ؛
4 ، استخدام طلاء عازل لرقائق الحديد عالي الأداء ؛
5، المعالجة الحرارية وتكنولوجيا التصنيع، والإجهاد المتبقي لمعالجة رقائق الحديد سوف يؤثر بشكل خطير على فقدان المحرك، ومعالجة صفائح الفولاذ السيليكونية، واتجاه القطع، واللكم وإجهاد القص له تأثير أكبر على فقدان الحديد الأساسي. القطع في اتجاه طحن صفائح فولاذ السيليكون، والمعالجة الحرارية لتثقيب فولاذ السيليكون يمكن أن يقلل من الخسارة بنسبة 10٪ إلى 20٪ وغيرها من الطرق لتحقيقها.

خسارة طائشة

إن الفهم الحالي للفقدان الحركي لا يزال في مرحلة البحث، والآن بعض الطرق الرئيسية لتقليل الفقدان الشارد هي:
1، استخدام المعالجة الحرارية والتشطيب لتقليل ماس كهربائى لسطح الدوار؛
2، معالجة العزل للسطح الداخلي لفتحة الدوار؛
3، تقليل التوافقيات عن طريق تحسين تصميم لف الجزء الثابت؛
4 ، تحسين فتحة الدوار مع التصميم والتنسيق لتقليل التوافقيات ، وزيادة الجزء الثابت ، وأخدود أسنان الدوار ، وشكل فتحة الدوار المصمم كفتحة مائلة ، واستخدام اللفات الجيبية المتصلة بالسلسلة ، واللفات المتناثرة ، واللفات القصيرة يمكن أن تقلل بشكل كبير التوافقيات العالية. إن استخدام الطين المشقوق المغناطيسي أو إسفين الفتحة المغناطيسية لاستبدال إسفين فتحة العزل التقليدية، مع طين الفتحة المغناطيسية لملء الفتحة الموجودة في قلب الجزء الثابت للمحرك هو تقليل الخسارة الزائفة الإضافية للطرق الفعالة.

فقدان احتكاك الرياح

يجب على الناس الانتباه إليه، فهو يمثل حوالي 25% من إجمالي الخسارة للمحرك. يحدث فقدان الاحتكاك بشكل رئيسي بسبب المحامل والأختام، والتي يمكن تقليلها عن طريق الإجراءات التالية:
1، تقليل حجم العمود، ولكن بحاجة إلى تلبية متطلبات عزم الدوران الناتج وديناميكيات الدوار؛
2 、 استخدام محامل عالية الكفاءة.
3، استخدام نظام التشحيم ومواد التشحيم عالية الكفاءة؛

لخص

منتجات السيارات كقوة صناعية، وسرعة التنمية في البلاد والسياسة الصناعية تعتمد على كبير، فكيف اغتنام فرصة السوق، وتعديل هيكل المنتج في الوقت المناسب، وتطوير المنتجات القابلة للتسويق، واختيار التمايز الجيد لمنتجات السيارات الموفرة للطاقة، اتبع السياسة الصناعية الوطنية هي التركيز. من منظور عالمي، تتطور صناعة السيارات في اتجاه الكفاءة العالية وتوفير الطاقة، وإمكانات التطوير هائلة. قامت جميع الدول المتقدمة على التوالي بصياغة معايير كفاءة استخدام الطاقة للمحركات. تواصل أوروبا والولايات المتحدة والدول المتقدمة الأخرى تحسين معايير الوصول إلى كفاءة استخدام الطاقة في المحركات، وقد تم استخدام جميع المحركات الموفرة للطاقة بشكل أساسي، وبدأت بعض المناطق في استخدام المحركات الموفرة للطاقة فائقة الكفاءة.

مثال

مؤسسة قبل سلسلة Y من المحركات العادية بقدرة 7.5 كيلو وات، إجمالي 10 وحدات في المصنع في نفس الوقت، تعمل 8 ساعات في اليوم، وتعمل 300 يومًا في السنة. هذا العام، قامت هذه المؤسسة بتحديث المعدات، واستبدلت 10 مجموعات من المحركات النموذجية IE3-132M-4P-7.5KW، ولا تزال الطاقة كما هي، ولكنها توفر الكثير من الكهرباء.

7.5 كيلو وات من نفس القوة، كفاءة المحرك Y العادي 87%، كفاءة المحرك الموفر للطاقة 90.1%، ثم العام بأكمله:

◆ Y-132M-4P-7.5KW تشغيل سنة كهرباء هو : (7.5/0.87)8300=20689.6 درجة

◆ IE3-132M-4P-7.5KW يعمل بالكهرباء لمدة عام من أجل:
(7.5/0.901)8300=19,977.8 درجة

◆ استخدام المحركات الموفرة للطاقة بعد توفير الطاقة لمدة عام كامل: 20689.6 - 19977.8 = 711.8 درجة

تستخدم المؤسسة 10 مجموعات من المحركات الموفرة للطاقة بقدرة 7.5 كيلو وات، وفورات الطاقة السنوية من 7118 درجة!