Ie0 класс энергоэффективности

C 1 июля 2021 вступили в силу новые правила экологического проектирования электродвигателей и частотно-регулируемых приводов.

Регламент 2019/1781 (ЕС) определяет требования экодизайна электродвигателей и приводов широкой сферы применения, от бытовых до промышленных. Охватывает односкоростные, 50 Гц, 60 Гц или 50/60 Гц асинхронные двигатели, однофазные и трехфазные, мощностью от 0,12 кВт до 1000 кВт.

Согласно действующих норм, производители должны выводить на рынок электродвигатели уровня эффективности от IE2 до IE5.

Энергоэффективность электродвигателя рассчитывается как отношение механической выходной мощности к входной электрической мощности.

Показатели энергоэффективности при разных значениях мощности

В таблице приведены технические характеристики электромоторов различных классов энергоэффективности.

Дополнительная информация о режимах работы электродвигателей S1-S9 представлена в таблице.

Почему стоит отказаться от электродвигателей IE1?

Даже простая арифметика говорит о целесообразности приобретения энергоэффективного электромотора. Для наглядности рассмотрим эффективность применения электродвигателей разных классов в Украине. В качестве примера возьмем двигатель 15кВт с характеристиками: 1500 об/мин, режим работы 20 часов/день, 5020 часов/год (251 рабочий день в 2020 г). Стоимость кВт/час примем 3,20 грн (средняя цена по Украине в 1-м квартале 2021 г).

Класс двигателяКПДСтоимость электроэнергии в годIE188,7 %271,7 тысIE290,6 %265,9 тысIE392,1 %261,6 тыс

При замене двигателя IE1 на IE2 экономия за год составит 5697 грн, на IE3 — 10 029 грн.

Вывод: используйте экономичные решения уже сегодня. При покупке электродвигателя следует учитывать не только его стоимость, но и стоимость его эксплуатации. В случае экспорта — требование страны заказчика. В нашем каталоге представлены энергоэффективные электромоторы, которые принесут финансовую выгоду за счет рационального потребления электроэнергии.

Дополнительный бонус энергоэффективных электромоторов — повышенный сервис-фактор. Двигатели класса IE2 и выше менее чувствительны к отклонениям в обслуживании за счет повышенного качества обмоточных проводов, изоляционных материалов и пропиточных составов.

Большинство компаний ставит перед собой цель — повышать эффективность оборудования с наименьшими затратами сырья и энергии. Компания Юнитех Украина предлагает ассортимент высокоэффективных электродвигателей IE2, IE3 европейских брендов под заказ:

прямой импорт оборудования

гарантии качества от производителя

технический сервис и доукомплектация

Подберем оптимальное решение по цене и срокам поставки. Отдел продаж

Окончательные варианты стандартов DIN и Европейских стандартов основаны на стандарте IEC. Минимальные значения из Европейских стандартов введены в Правило ЕС, относящееся к внедрению Директивы 2009/125/ЕЕС для отдельных типов электродвигателей.

Коды классов

Введены следующие коды классов: IE1, IE2, IE3 и IE4. Эта система схожа с кодами IP, IM и IC, используемыми в электротехническом машиностроении уже много лет. IE означает «International Energy Efficiency Class» — международный класс энергоэффективности. Ожидается, что эта система найдет широкое применение.

Классы эффективности IE

• IE1 = Стандартная эффективность
• IE2 = Высокая эффективность
• IE3 = Премиум эффективность
• IE4 = Суперпремиум эффективность
• IE5 = (конкретное название не определено)

Сравнение классов энергоэффективности

Повышение класса энергоэффективности достигается, прежде всего, в асинхронной технологии за счет использования более активных материалов. С каждым увеличением КПД изменяется длина рамы двигателя и, при необходимости, размер рамы двигателя. Чтобы избежать скачков размеров двигателя, возможны различные варианты оптимизации, например, увеличение заполнения пазов за счет адаптированных обмоток, использование более качественных электрических ламинатов и, при необходимости, меди в качестве материала ротора сепаратора. На диаграмме показаны кривые зависимости КПД от мощности для двигателей IE2 — IE4 из сферы действия Постановления (ЕС) 2019/1781.

Исключения из классификационных требований IEC 60034-30-1

• Двигатели с управлением через преобразователь, которые нельзя запитывать непосредственно от сети.
• Двигатели, не поддающиеся непосредственному измерению, например, двигатели насосов со смачиваемыми роторами.

Сверхвысокая эффективность класса IE4/IE5 для новой технологии

Этот класс КПД описан в стандарте IEC 60034-30-1 для двигателей переменного тока с прямым сетевым управлением и в IEC TS 60034-30-2 для двигателей переменного тока с регулируемой скоростью. В стандарте IEC TS 60034-30-2 впервые указаны минимальные значения КПД для класса эффективности IE5.

Класс эффективности IE4 применяется ко всем типам сетевых электродвигателей переменного тока. Класс эффективности синхронных двигателей с постоянными магнитами Bauer для питания от инвертора был выведен из класса эффективности IE4/IE5, описанного в IEC TS 60034-30-2. Эти двигатели обычно оцениваются по крутящему моменту, а не по мощности. Общий КПД определяется с учетом рассеиваемой мощности в преобразователе и часто значительного выигрыша в процессе, достигаемого при регулировании скорости. Поэтому прямое сравнение двигателей с линейным управлением и двигателей с регулируемой скоростью не имеет смысла.

Экономия электроэнергии при использовании энергоэффективного оборудования

Уровень энергоэффективности выражается в Международных классах энергоэффективности (IE), IE1 — это более низкий класс, а IE5 — самый высокий.

Электродвигатели с классом эффективности IE2 и выше потребляют меньше электроэнергии по сравнению с моторами класса IE1 при тех же показателях нагрузочной мощности. Помимо экономии электроэнергии, переход на энергоэффективные электродвигатели:

• увеличивает срок службы мотора и оборудования в целом
• обеспечивает работоспособность агрегата в различных условиях
• снижает уровень шума на предприятии
• повышает коэффициент мощности

Расчет энергоэффективности от Gamak для двигателей класса IE1, IE2, IE3

Турецкий производитель электромоторов малой и средней мощности IE2, IE3 и IE4 классов. На сайте GAMAK представлен калькулятор энергосбережения, для расчета показателей эффективности моторов различных классов и мощностей, а также затратной части на эксплуатацию двигателей.

Высокопроизводительный двигатель экономит от нескольких тысяч до десятков тысяч евро за весь срок службы. Стоимость нового энергоэффективного мотора окупается за 2,5-4 года в зависимости от его мощности и схемы использования. И только за счет экономии электроэнергии в течение 5-8 лет можно купить еще один энергоэффективный электродвигатель.

В ассортименте Gamak представлены высокоэффективные моторы IE2, IE3, IE4, а двигатели стандартного применения с классом IE1 только под заказ.

Понятие энергоэффективности

Под энергоэффективностью понимается рациональное использование энергетических ресурсов, с помощью которого достигается уменьшение потребления энергии при том же уровне нагрузочной мощности.

На рис. 1а, б приведены примеры нерационального и рационального использования энергии. Мощности Рн приемников 1 и 2 одинаковые, при этом потери ΔР1, выделяющиеся в приемнике 1, значительно превосходят потери ΔР2, которые выделяются в приемнике 2. Как следствие, потребляемая мощность ΔРп1 приемником 1 больше мощности ΔРп2, потребляемой приемником 2. Таким образом, приемник 2 является энергоэффективным по сравнению с приемником 1.

Рис. Нерациональное использование энергии

Рис. Рациональное использование энергии

В современном мире вопросам энергоэффективности уделяется особое внимание. Объясняется это отчасти тем, что решение данной задачи может привести к достижению основных целей международной энергетической политики:

• повышению энергетической безопасности;
• снижению вредного экологического воздействия вследствие использования энергоресурсов;
• повышению конкурентоспособности промышленности в целом.

В последнее время был принят целый ряд инициатив и мер в отношении энергоэффективности на региональном, национальном и международном уровнях.

Энергетическая стратегия России

В России разработана Энергетическая стратегия, которая подразумевает развёртывание программы энергоэффективности в рамках комплексной политики энергосбережения. Данная программа направлена на создание базисных условий для ускоренного технологического обновления энергетической отрасли, развития современных перерабатывающих производств и транспортных мощностей, а также на освоение новых, перспективных рынков.

23 ноября 2009 г. президентом Российской Федерации Д. Медведевым был подписан Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Данный закон формирует принципиально новое отношение к процессу энергосбережения. В нем четко обозначены полномочия и требования в этой области для всех уровней власти, а также заложена основа для достижения реального результата. Законом вводится обязанность по учету энергетических ресурсов для всех предприятий. Организации, совокупные годовые затраты которых на потребление энергоресурсов превышают 10 миллионов рублей, предлагается обязать до 31 декабря 2012 года и далее не реже 1 раза в 5 лет проходить энергетические обследования, по результатам которых составляется энергетический паспорт предприятия, фиксирующий продвижение по шкале энергоэффективности.

С принятием закона ‘Об энергоэффективности’, одними из ключевых статей документа стали поправки в Налоговый кодекс (Статья 67 часть 1), которые освобождают от налога на прибыль предприятия, использующие объекты, имеющие наивысший класс энергоэффективности. Правительство РФ готово оказывать субсидии и снижение налогового бремени тем предприятиям, которые готовы поднять своё оборудование до уровня энергосберегающей техники.

Энергоэффективность электродвигателей

По данным РАО «ЕЭС России» за 2006-й год около 46% вырабатываемой электроэнергии в России потребляется промышленными предприятиями (рис. 1), половина этой энергии посредством электродвигателей преобразуется в механическую.

Рис. Структура потребления электроэнергии в России

В процессе преобразования энергии, часть ее теряется в виде тепла. Величина потерянной энергии определяется энергетическими показателями двигателя. Применение энергоэффективных электродвигателей позволяет существенно снизить потребление энергии и уменьшить содержание углекислого газа в окружающей среде.

Основным показателем энергоэффективности электродвигателя, является его коэффициент полезного действия (далее КПД):

η=P2/P1=1 – ΔP/P1,

где Р2 – полезная мощность на валу электродвигателя, Р1 – активная мощность потребляемая электродвигателем из сети, ΔP – суммарные потери возникающие в электродвигателе.

Очевидно, чем выше КПД (и соответственно ниже потери), тем меньше энергии потребляет электродвигатель из сети для создания той же самой мощности P2. В качестве демонстрации экономии электроэнергии при использовании энергоэффективных двигателей сравним количества потребляемой мощности на примере электродвигателей ABB обычной (М2АА) и энергоэффективной (М3АА) серий (рис.

Серия М2АА (класс энергоэффективности IE1): мощность Р2=55 кВт, частота вращения n=3000 об/мин, η=92,4%, cosφ=0,91

Активная мощность, потребляемая из сети:

Р1=Р2/η=55/0,924=59,5 кВт.

ΔP=Р1–Р2=59,5-55=4,5 кВт.

Если предположить, что данный двигатель работает 24 часа в сутки, 365 дней в году, то количество энергии, теряемое и выделяемое в виде тепла

Q=4,5·24·365=39420 кВт.

При средней стоимости электроэнергии 2 руб. за кВт/ч количество потерянной электроэнергии за 1 год в денежном эквиваленте

C=2·39420=78840 руб.

Серия М3АА (класс энергоэффективности IE2): мощность Р2=55 кВт, частота вращения n=3000 об/мин, η=93,9%, cosφ=0,88

Р1=Р2/η=55/0,939=58,6 кВт.

ΔP=Р1–Р2=58,6-55=3,6 кВт.

Q=3,6·24·365=31536 кВт.

C=2·31536=63072 руб.

Таким образом, в случае замены обычного электродвигателя (класс IE1) энергоэффективным (класс IE2) экономия энергии составляет 7884 кВт в год на один двигатель. При использовании 10 таких электродвигателей экономия составит 78840 кВт в год или в денежном выражении 157680 руб. /год. Таким образом, эффективное использование электроэнергии позволяет предприятию снизить себестоимость выпускаемой продукции, тем самым, повысив ее конкурентоспособность.

Стоимостная разница электродвигателей с классами энергоэффективности IE1 и IE2, составляющая 15621 руб. , окупается приблизительно за 1 год.

Рис. Сравнение обычного электродвигателя с энергоэффективным

Следует отметить, что с ростом энергоэффективности увеличивается и срок службы двигателя. Это объясняется следующим. Источником нагрева двигателя являются потери, выделяемые в нем. Потери в электрических машинах (ЭМ) подразделяются на основные, обусловленные протекающими в ЭМ электромагнитными и механическими процессами, и добавочные, обусловленные различными вторичными явлениями. Основные потери подразделяют на следующие классы:

• 1. механические потери (включают в себя вентиляционные потери, потери в подшипниках, потери на трение щеток о коллектор или контактные кольца);
• 2. магнитные потери (потери на гистерезис и вихревые токи);
• 3. электрические потери (потери в обмотках при протекании тока).

Согласно эмпирическому закону срок службы изоляции уменьшается в два раза при увеличении температуры на 100С. Таким образом, срок службы двигателя с повышенной энергоэффективностью несколько больше, так как потери и следовательно нагрев энергоэффективного двигателя меньше.

Способы повышения энергоэффективности двигателя:

• 1. Применение электротехнических сталей с улучшенными магнитными свойствами и уменьшенными магнитными потерями;
• 2. Использование дополнительных технологических операций (например, отжиг для восстановления магнитных свойств сталей, как правило, ухудшающихся после механообработки);
• 3. Использование изоляции с повышенной теплопроводностью и электрической прочностью;
• 4. Улучшение аэродинамических свойств для снижения вентиляционных потерь;
• 5. Использование высококачественных подшипников (NSK, SKF);
• 6. Увеличение точности обработки и изготовления узлов и деталей двигателя;
• 7. Использование двигателя совместно с частотным преобразователем.

Еще одним важным параметром, характеризующим энергоэффективность электродвигателя, является коэффициент нагрузки cosφ. Коэффициент нагрузки определяет долю активной мощности в полной, поступающей в электродвигатель из сети.

где S – полня мощность.

При этом только активная мощность преобразуется в полезную мощность на валу, реактивная мощность нужна лишь для создания электромагнитного поля. Реактивная мощность поступает в двигатель и возвращается обратно в сеть с удвоенной частотой сети 2f, создавая тем самым в подводящих линиях дополнительные потери. Таким, образом, система, состоящая из двигателей с высоким значениями КПД, но низкими значениями cosφ, не может считаться энергоэффективной.

Препятствия на пути внедрения энергоэффективных систем электропривода

Не смотря на высокую результативность энергоэффективных решений, на сегодняшний день существует ряд препятствий для распространения энергоэффективных систем электропривода:

• 1. Замена только одного или двух электродвигателей на целом предприятии является несущественной мерой;
• 2. Низкий уровень информированности потребителей в области классов энергоэффективности двигателей, их различий и существующих стандартов;
• 3. Раздельное финансирование на многих предприятиях: распорядитель бюджета на закупки электродвигателей часто является не тем лицом, которое занимается вопросами снижения себестоимости выпускаемой продукции или несет ежегодные расходы на техническое обслуживание;
• 4. Приобретение электродвигателей в составе комплексного оборудования, производители которого часто в целях удешевления продукции устанавливают электродвигатели низкого качества;
• 5. В рамках одной компании расходы на приобретение оборудования и на потребление энергии за срок службы часто оплачиваются по разным статьям;
• 6. На многих предприятиях существуют запасы электродвигателей, как правило, того же типа и того же класса эффективности.

Важным аспектом в вопросах, связанных с энергоэффективностью электрических машин, является популяризация принятия решения на приобретение оборудования на основе оценки суммарных эксплуатационных расходов за срок службы.

Новые международные стандарты, регламентирующие энергоэффективность электродвигателей.

В 2007, 2008-м гг. IEC были введены два новых стандарта, касающихся энергоэффективности электродвигателей: стандарт IEC/EN 60034-2-1 устанавливает новые правила определения КПД, стандарт IEC 60034-30 – новые классы энергоэффективности электродвигателей.

В стандарте IEC 60034-30 установлены три класса энергоэффективности трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (рис.

Рис. Классы энергоэффективности согласно новому стандарту IEC 60034-30

В настоящее время обозначение классов энергоэффективность часто можно увидеть в виде следующих комбинаций: EFF3, EFF2, EFF1. Однако границы разделения классов (рис. 2) установлены старым стандартом IEC 60034-2, на смену которому пришел новый IEC 60034-30 (рис.