EN
Быстрые ссылки
Трехфазные асинхронные двигатели являются основой большинства систем промышленной автоматизации, преобразуя электричество в механическое движение на основе принципов электромагнитной индукции. По сравнению с однофазными аналогами, эти двигатели обладают лучшими эксплуатационными характеристиками благодаря сбалансированной трехфазной конструкции, обеспечивающей более плавную работу и повышенный КПД. Именно поэтому они так широко используются в оборудовании, таком как насосы, компрессоры и конвейерные ленты, на производственных предприятиях. Согласно последним данным Международного энергетического агентства (отчет 2022 года), около 65 процентов всей энергии, потребляемой промышленностью, расходуется на работу именно таких двигателей. Обеспечение их эффективной работы — это не просто разумная деловая практика для снижения счетов за электроэнергию, но и важный вклад в достижение Австралией тех амбициозных целей по сокращению выбросов углерода, о которых все сейчас говорят.
Стандарты минимальной энергоэффективности (MEPS) в Австралии устанавливают минимальные требования к эффективности всех электродвигателей, поставляемых на внутренний рынок. Эти правила регулируются Законом о минимальных стандартах выбросов парниковых газов и энергопотребления 2012 года и фактически запрещают использование устаревших, менее эффективных конструкций двигателей в рамках общих усилий по сокращению выбросов углерода по всей стране. Начиная с 2019 года, продажа электродвигателей класса IE1 мощностью свыше 0,75 кВт стала незаконной. Это побудило как производителей, так и покупателей переходить на более эффективные варианты, такие как модели IE3, отличающиеся повышенной эффективностью, а также рассматривать ещё более передовые версии IE4, если позволяют средства. Данные изменения вызвали значительные перемены в отраслях, в значительной степени зависящих от систем электропривода.
Технический регламент MEPS распространяется на трёхфазные асинхронные двигатели мощностью свыше 0,75 кВт. Такая граница была выбрана, поскольку она охватывает двигатели, широко используемые в промышленных условиях, но исключает большинство бытовых приборов и мелких устройств. Более 80 % всей энергии, потребляемой промышленными двигателями, приходится именно на эту категорию. Для соответствия этим стандартам производителям необходимо предоставить документацию по испытаниям, подтверждающую соответствие их продукции требованиям эффективности согласно спецификациям AS/NZS 60034.2-1:2019. Эти испытания помогают обеспечить соответствие общепринятым международным стандартам, таким как IEC 60034-30. Оформление такой документации является практически обязательным условием для всех, кто продаёт двигатели в данном диапазоне мощности.
Трехфазные асинхронные двигатели делятся на четыре различных класса эффективности в соответствии со стандартом IEC 60034-30. Класс IE1 в настоящее время означает обычную эффективность, однако большинство производителей уже перешли к более высоким классам. Переход к классу IE2 обеспечивает так называемую высокую эффективность, снижая энергетические потери примерно на 15–20 процентов по сравнению с IE1 благодаря улучшенным материалам сердечника и более совершенным методам обмотки. С начала 2019 года австралийские нормы требуют как минимум класса IE3 (повышенная эффективность) для большинства применений электродвигателей, что позволяет снизить потери до 40 % по сравнению со старыми моделями. Существует также класс IE4 (сверхвысокая эффективность), который обеспечивает дополнительное улучшение на 15–20 % за счет передовых конструктивных решений и специальных материалов, таких как аморфная сталь. Однако эти двигатели высшего класса пока не получили широкого распространения, поскольку имеют более высокую стоимость и ограниченные варианты поставок на многих рынках.
Для соответствия стандарту IE3 производители, как правило, внедряют несколько инженерных улучшений. Они оптимизируют геометрию пазов статора и ротора, чтобы сократить магнитные потери, используют медные обмотки с более высокой электропроводностью для улучшения электрических характеристик и изготавливают компоненты с повышенной точностью для снижения трения. Испытания, проведённые в лабораториях, аккредитованных NATA, показали весьма впечатляющие результаты при переходе с устаревших двигателей IE1 на новые версии IE3: по данным Совета по чистой энергии за 2023 год, это позволяет ежегодно экономить около 6,8 тераватт-часов электроэнергии по всей стране. Для получения сертификата необходимо соблюдать стандарт AS/NZS 60034.2-1:2019, который устанавливает конкретные требования к эффективности таких двигателей при работе под полной нагрузкой, а также к максимально допустимому повышению температуры в условиях нормальной эксплуатации.
В 2019 году постановления MEPS положили конец продаже новых двигателей класса IE1 мощностью свыше 0,75 кВт в различных отраслях промышленности, что означало вывод около четверти старых моделей, до сих пор находящихся в обращении (как указано в исследовании Департамента по изменению климата и энергетики за 2021 год). При переходе на двигатели, соответствующие классу IE3, компании обычно окупают свои затраты в течение 1,8–3,2 лет. На предприятиях, эксплуатирующих тяжёлое оборудование, возврат инвестиций может происходить ещё быстрее — иногда менее чем за два года, поскольку новые двигатели потребляют значительно меньше электроэнергии.
Хотя двигатели IE4 могут достигать 98,6% эффективности в контролируемых условиях по сравнению с 97,2% у IE3, их более широкое распространение сталкивается с тремя основными барьерами:
Трехфазные асинхронные двигатели в последнее время значительно изменились, поскольку производителям необходимо соответствовать более строгим стандартам MEPS. Во многих современных конструкциях двигателей теперь используются стальные пластины повышенного качества, а также роторы из меди, изготовленные с большей точностью, что помогает свести к минимуму вредные вихревые токи и потери от сопротивления. Согласно недавнему исследованию Международного энергетического агентства, двигатели, соответствующие стандарту IE3, потребляют на 15–20 процентов меньше энергии в режиме холостого хода по сравнению со старыми моделями IE1. Для фабрик, эксплуатирующих множество двигателей в течение всего рабочего дня, это означает экономию примерно 4,8 миллиона ватт-часов в год на каждый двигатель, как указано в этом отчете. Такая эффективность со временем оказывает реальное влияние на финансовые результаты предприятий.
Достижения в области вычислительного моделирования позволяют точно оптимизировать электромагнитные поля в обмотках статора, обеспечивая эффективность 92–95 % даже при частичных нагрузках — важный прогресс, учитывая, что 63 % промышленных двигателей работают при мощности ниже 75 %. Улучшенная терморегуляция, включающая сегментированные охлаждающие каналы и гибридные керамические подшипники, продлевает срок службы без нарушения требований MEPS.
Когда частотные преобразователи объединяются с трехфазными асинхронными двигателями, это позволяет оперативно изменять крутящий момент и скорость в зависимости от реальных потребностей системы. Такая конфигурация обычно обеспечивает экономию энергозатрат на уровне 22–35 % для насосов и компрессоров. Последние нормативные акты расширили стандарты минимальной энергоэффективности, охватив более мелкие двигатели мощностью от 0,12 до 0,75 кВт. Ранее они были основной причиной потерь около девяти процентов электроэнергии в промышленности. Согласно данным за 2022 год, современные модели в этом диапазоне мощности достигают уровня энергоэффективности IE3, при этом их первоначальная стоимость выше всего на 7–12 %. Большинство компаний отмечают быструю окупаемость инвестиций — обычно в течение примерно тринадцати месяцев с учётом постоянной экономии.
Австралийский стандарт AS/NZS 60034.2-1:2019 теперь согласует процедуры испытаний электродвигателей с международными рекомендациями IEC 60034-2-1, что значительно повышает точность измерения потерь эффективности. Устаревший запас в 10% при оценке производительности на частичных нагрузках больше не применяется. Новые правила требуют фактического проведения испытаний под полной нагрузкой либо калориметрическими методами, либо путем сравнения входных и выходных параметров. Когда в 2022 году ассоциация NECA провела проверку, она обнаружила интересный факт: производители завышали показатели эффективности примерно на 5% по старой системе. Это изменение определённо привело рынок в порядок, повысив доверие потребителей к реальным характеристикам электродвигателей.
Для получения одобрения MEPS асинхронные трехфазные двигатели должны пройти строгую оценку:
Сертифицированные двигатели должны иметь маркировку «соответствует MEPS» и сопровождаться документами, подтверждающими эффективность уровня IE3 или выше. С 2020 года эти меры позволили сократить количество недоброкачественных импортных поставок на 27 % (NECA 2023), что подтверждает эффективность регуляторной системы Австралии.
Любой, кто продает или импортирует трехфазные асинхронные двигатели мощностью свыше 0,75 кВт, должен убедиться, что их продукция соответствует как минимум стандарту энергоэффективности IE3. Правила также требуют, чтобы компании в течение полных семи лет хранили подробную техническую документацию и были готовы к внезапным проверкам со стороны органов по минимальным стандартам парниковых газов и энергии. Быть пойманным на нарушении — это не просто неловко, это также серьезный финансовый риск. В рамках Программы по энергоэффективности оборудования компании могут быть оштрафованы до 430 тысяч долларов, если окажется, что они делают ложные заявления об эффективности двигателей. Эти штрафы весьма значительны, особенно когда компании пытаются выдать менее эффективные модели за соответствующие более высоким стандартам.
В Австралии любой регулируемый электродвигатель должен иметь ярлык MEPS, на котором указан класс IE, номинальная мощность и соответствующий стандарт испытаний. При покупке таких двигателей поставщики обязаны по закону передавать надлежащие документы о соответствии, а также результаты испытаний, проведённых в соответствии с руководствами AS/NZS 60034.2-1:2019. Мы также наблюдаем усиление внимания к отслеживанию происхождения двигателей. Во многих местах теперь требуются специальные базы данных, которые отслеживают показатели эффективности по уникальным серийным номерам. Это помогает предотвратить попадание на рынок поддельной продукции. В рамках этой системы производители обязаны хранить записи о производстве каждого двигателя не менее пяти полных лет после его выхода с их предприятия.
Когда предприятия заменяют старые двигатели класса IE1 на более новые версии IE3, они обычно сокращают потребление энергии на 7–10%. Переход к моделям IE4 даёт ещё лучшие результаты — экономия составляет от 15% до 20%. Для предприятий, где оборудование работает постоянно тысячи часов в год, модернизация до класса IE3 обычно окупается довольно быстро — за период от чуть более чем года до двух с половиной лет. Возьмём типичный двигатель мощностью 75 кВт, работающий непрерывно при текущих тарифах на электроэнергию около 0,18 доллара США за киловатт-час. Переход на модель IE4 может сэкономить более восьми тысяч австралийских долларов в год. Такая экономия означает, что большинство компаний окупают свои инвестиции менее чем за восемнадцать месяцев, что делает эти модернизации не только экологически разумным, но и финансово выгодным решением.
Что такое трёхфазные асинхронные двигатели?
Это двигатели, используемые в промышленных установках, которые с помощью электромагнитной индукции преобразуют электричество в механическое движение. Они обеспечивают более высокую эффективность и плавную работу по сравнению с однофазными двигателями.
Что такое рамочная система MEPS в Австралии?
MEPS устанавливает минимальные стандарты энергоэффективности для электродвигателей с целью повышения эффективности и сокращения выбросов углекислого газа в рамках Закона о минимальных стандартах в области парникового эффекта и энергетики.
Почему в Австралии обязательны двигатели IE3?
Двигатели IE3 требуются для повышения энергоэффективности и снижения потребления электроэнергии в соответствии с правилами 2019 года, запрещающими продажу менее эффективных двигателей IE1.
Почему внедрение IE4 является сложной задачей?
Внедрению двигателей IE4 препятствуют более высокие первоначальные затраты, ограниченная доступность в определённых диапазонах мощности и отсутствие требования MEPS к обязательному соответствию.
