Una guida completa ai motori IE2: potere industriale efficiente, affidabile ed economico

Sullo sfondo dei vincoli di energia globali e dell'aumenA delle esigenze ambientali, le prestazioni di efficienza energetica dei motori industriali sono sottoposte a un intenso controllo. I motori della classe di efficienza IE2, con i loro significativi risparmi energetici, un'eccellente affidabilità e un'eccezionale efficacia in termini di costo, sono diventati oggi la scelta di potenza ad alta efficienza tradizionale per le applicazioni industriali.

1. Cos'è un motore IE2? Definizione principale e standard internazionali

• Classe di efficienza principale: IE2 indica il Alta efficienza classe che il motore rientra all'interno del IEC 60034-30-1 Standard (o standard nazionali equivalenti come GB 18613) istituiti dalla International Electrotechnical Commission (IEC). Questa classificazione è per motori asincroni trifase.
• Sistema di classe di efficienza: Lo standard IEC classifica l'efficienza motoria in diversi livelli (i primi standard erano IE1, IE2, IE3; gli standard attuali includono IE4, IE5).
  • IE1: efficienza standard
  • IE2: alta efficienza (Focus principale di questo articolo)
  • IE3: efficienza premium
  • IE4: efficienza super premium
• Soglia di efficienza obbligatoria: In molti paesi e regioni in tutto il mondo (tra cui la Cina, l'UE, l'Australia, ecc.), IE2 è diventata la soglia obbligatoria di efficienza minima consentita per la vendita, eliminando eliminando i motori IE1 precedentemente diffusi. Ciò riflette l'impegno dei governi a migliorare l'efficienza energetica industriale e ridurre le emissioni di carbonio.

2. Vantaggi fondamentali dei motori IE2

1. Risparmio energetico significativo:

   • Rispetto ai motori IE1 obsoleti, i motori IE2 ottengono un miglioramento dell'efficienza di circa l'1% -6% nei punti di carico tipici (il valore specifico dipende dalla valutazione della potenza).
   • Prendendo un motore da 100 kW comunemente usato come esempio, che funziona a 8000 ore all'anno, un miglioramento dell'efficienza del 3% può far risparmiare circa 24.000 kWh all'anno (calcolo: energia salvata = potenza × Tempo di funzionamento × (1/η1 - 1/η2), dove η1, η2 sono i valori di efficienza).
   • I risparmi sui costi di elettricità dalle operazioni a lungo termine sono sostanziali, riducendo direttamente la produzione e i costi operativi dell'utente.

2. Affidabilità e lunga durata di servizio:

   • I miglioramenti dell'efficienza indicano in genere una riduzione delle perdite interne interne (principalmente perdite di rame, perdite di ferro e perdite vaganti e di attrito).
   • Le perdite ridotte portano direttamente a temperature operative del motore inferiori. Le temperature operative più basse sono un fattore chiave per estendere la durata del sistema di isolamento del motore, il lubrificante e l'affidabilità complessiva.
   • La progettazione ad alta efficienza comporta spesso una selezione e processi di produzione di materiali superiori, migliorando ulteriormente la durata del prodotto.

3. Eccellenti benefici economici (TCO):

   • Sebbene il prezzo di acquisto iniziale di un Motore IE2 Di solito è leggermente più alto dei motori standard più vecchi, i risparmi sui costi di elettricità per tutta la sua durata di servizio (in genere 10-15 anni o più) superano di gran lunga la differenza di prezzo iniziale.
   • Analisi dei costi del ciclo di vita (LCCA) Prove: per attrezzature in continuazione o di lunga durata (ad es. Pompe, ventilatori, compressori, trasportatori), il costo totale di proprietà (TCO - incluso i costi di operazione dei costi di acquisto dei costi di manutenzione) di un motore IE2 è significativamente inferiore a quello dei motori meno efficienti. Il periodo di rimborso per l'investimento varia in genere da mesi a alcuni anni.

4. Contributo ambientale:

   • Ridurre il consumo di elettricità significa ridurre la combustione di combustibili fossili (come l'energia termica) nelle centrali elettriche e le risultanti emissioni di gas serra (CO2) e inquinanti (Sox, NOX).
   • L'uso di motori ad alta efficienza è una misura importante per le imprese per soddisfare le responsabilità sociali, raggiungere gli obiettivi di riduzione del risparmio energetico e di emissione e affrontare i cambiamenti climatici.

5. Conformità ai regolamenti:

   • Come accennato, nei principali mercati globali, la vendita e l'uso di motori asincroni trifase devono soddisfare i requisiti di efficienza IE2 o più elevati (in genere nell'intervallo di potenza di 0,75 kW - 375 kW). La scelta di IE2 Motors è fondamentale per le operazioni aziendali legali e conformi.

3. Caratteristiche tecniche chiave dei motori IE2

• Design elettromagnetico ottimizzato:
  • Uso di fogli di acciaio silicio a freddo con gradi più alti (perdite più basse).
  • Calcolo preciso del circuito magnetico, ottimizzazione degli slot di statore e rotore per ridurre l'isteresi del nucleo e le perdite di corrente parassita.
  • Aumentare la lunghezza dello stack di laminazione centrale o ottimizzare la struttura del circuito magnetico per migliorare l'utilizzo del flusso magnetico.
• Perdita di rame statore ridotta (perdita I²R):
  • Aumentare l'area trasversale del conduttore di rame nelle fessure dello statore (aumento del peso del rame).
  • Ottimizzazione delle configurazioni di avvolgimento (ad es. Utilizzo di avvolgimenti distribuiti con tiri corti, avvolgimenti sinusoidali) per ridurre le perdite armoniche.
  • Potenziale uso del rame con maggiore conducibilità.
• Perdite ridotte del rotore:
  • Design di slot del rotore ottimizzato.
  • Uso di alluminio a rotore di purezza superiore (rotore di alluminio estattico) o barre di rame (rotore della barra di rame).
• Perdite ridotte vaganti e attriti:
  • Adozione di elevata efficienza e bassa perdita ventola di raffreddamento Design (ad esempio, forma di lama ottimizzata, materiale).
  • Ottimizzazione della struttura della copertura della ventola per garantire una buona ventilazione riducendo al contempo la resistenza al vento.
  • Selezione di cuscinetti di alta qualità con coefficienti a basso attrito.
• Perdite di carico vagante ridotte:
  • Ridurre al minimo queste perdite, che sono difficili da calcolare con precisione ma esistono, attraverso processi di produzione ottimizzati (ad esempio, un controllo preciso del gap aria-rotore dello statore) e del design.

4. Intervalli tipici dei parametri delle prestazioni

• Potenza nominale: Copre una vasta gamma, in genere da 0,75 kW to 375 kW (Soddisfare la maggior parte delle esigenze di applicazione industriale).
• Numero di poli: I numeri di polo comuni includono 2 poli (~ 3000 rpm), 4 poli (~ 1500 giri / min), 6 pole (~ 1000 giri / min).
• Gamma di efficienza: Valori di efficienza specifici aumentano con rating di potenza maggiori. Per esempio:
  • 7,5 kW, motore a 4 poli: efficienza tipica ~ 89% - 90%
  • 37 kW, motore a 4 poli: efficienza tipica ~ 93,5% - 94,5%
  • 110 kW, motore a 4 poli: efficienza tipica ~ 95,5% - 96%
  • 250 kW, motore a 4 poli: efficienza tipica ~ 96% - 96,5%
  • (Nota: l'efficienza specifica richiede la consulenza sul foglio delle specifiche del motore corrispondente; questi valori sono esempi di intervallo tipico)
• Fattore di potenza: In genere intorno 0,85 - 0,90 A pieno carico, diminuendo con carico ridotto. Sebbene il valore assoluto del fattore di potenza non sia un requisito diretto dello standard di classe di efficienza, la progettazione del motore ad alta efficienza di solito lo considera.
• Performance di partenza: A seconda dei requisiti di progettazione, può soddisfare le esigenze dei metodi di partenza Direct-On-Line (DOL) o Star-Delta, fornendo sufficienti standard di partenza e riunioni per la corrente iniziale accettabile.

5. Ampia gamma di aree di applicazione

I motori IE2, con le loro caratteristiche efficienti, affidabili ed economiche, sono diventati la fonte di energia preferita per numerose attrezzature industriali:

• Gestione dei fluidi: Pompe (Centrifugo, vite, pistone), Compressori (Compressori d'aria, compressori di refrigerazione).
• Gestione dell'aria: Fan (Fan centrifughi, fan assiali), Soffiatori (Freveling Tower Vels, Fans HVAC System).
• Gestione del materiale: Trasportatori , Gru/paranchi , Miscelatori/miscelatori .
• Elaborazione del materiale: Crusher/Pulvers , Smerigliatrici , Estrusori , Macchine per stampaggio a iniezione .
• Macchinari generali: Macchine utensili , Macchinari di imballaggio , Attrezzatura per la trasformazione alimentare , Macchinari tessili e praticamente tutti gli scenari industriali che richiedono energia elettrica.

6. Punti chiave per la guida alla selezione

1. Definire i requisiti di carico:
   • Potenza richiesta (KW): Calcola in base alle caratteristiche di carico e al ciclo di lavoro. Evitare "sovradimensionamento" (usando un motore troppo grande) o una potenza insufficiente.
   • Velocità nominale (RPM): Abbina i requisiti dell'attrezzatura.
   • Caratteristiche di coppia: Assicurarsi che la coppia di partenza e la coppia di rottura soddisfino le richieste di carico (ad es. Carichi di coppia quadrati come ventole/pompe, alti carichi di coppia di partenza come frantoi).
2. Considera l'ambiente operativo:
   • Valutazione della protezione da ingresso (IP): Seleziona in base ai livelli di polvere e umidità ambientali (ad esempio, IP55 adatto per ambienti esterni o splash).
   • Classe di isolamento: Tipicamente la classe F (155 ° C), progettata per l'aumento di temperatura di classe B (130 ° C), garantendo affidabilità e longevità in ambienti ad alta temperatura.
   • Metodo di raffreddamento: Common IC411 (auto-ventilati/TEFC), ambienti speciali possono richiedere IC416 (FORCE VENILATED/INDIPENDENT FAN).
   • Temperatura ambiente, altitudine: Influisce sulla capacità di raffreddamento del motore. Possono essere necessari un design derativo o speciale per alta temperatura o alta quota.
3. Abbina gli standard di efficienza:
   • Conferma che il motore selezionato soddisfa gli standard di efficienza obbligatoria del mercato target (ad esempio, deve soddisfare IE2 o superiore secondo lo standard GB 18613 in Cina).
4. Arrangiamento di montaggio:
   • I tipi di montaggio comuni includono B3 (montato su piedi), B5 (montato sulla flangia), B35 (piede e montato sulla flangia). Deve corrispondere all'interfaccia dell'attrezzatura.
5. Requisiti di certificazione:
   • A seconda delle vendite e della regione di utilizzo, potrebbero essere necessarie certificazioni specifiche (ad es. CCC in Cina, CE nell'UE).
6. Considera l'applicazione VSD (Variable Speed ​​Drive (VSD):
   • Se è necessario il controllo della velocità per il carico, confermare se il motore è adatto per l'inverter (motori IE2 standard sono spesso utilizzabili con VSD in determinate condizioni, ma il funzionamento a bassa velocità a lungo termine o condizioni speciali possono richiedere un motore dedicato al servizio di inverter).

7. Consigli di installazione e manutenzione

• Installazione corretta:
  • Base: Fondazione solida, livello per prevenire le vibrazioni.
  • Allineamento: Allineamento assiale e radiale preciso Tra il motore e l'attrezzatura guidata (ad es. Pompa, ventola) è fondamentale. L'eccessivo disallineamento provoca un fallimento prematuro dei cuscinetti, un aumento delle vibrazioni e del rumore e una ridotta efficienza. Gli strumenti di allineamento laser ottengono un'elevata precisione.
  • Ventilazione: Garantire le insenature e le prese dell'aria senza ostacoli, con spazio sufficiente per la dissipazione del calore.
  • Cablaggio: Segui rigorosamente i diagrammi di cablaggio. Garantire connessioni sicure e corretta messa a terra. La tensione e la frequenza di alimentazione devono corrispondere alla targhetta del motore. Presta attenzione alla sequenza di fase.
• Manutenzione routine:
  • Pulizia: Rimuovere regolarmente polvere e olio dall'involucro del motore. Mantieni le pinne di raffreddamento (soprattutto attorno alla ventola di raffreddamento e alle prese d'aria di copertura della ventola).
  • Lubrificazione: Ripristinare o sostituire il grasso del cuscinetto (per motori lubrificati a grasso) in base al manuale del produttore per quanto riguarda il tipo di ciclo e grasso. Assicurarsi la corretta quantità di grasso. Controllare il livello dell'olio (per motori lubrificati con olio).
  • Ispezione:
    • Vibrazione: Monitorare periodicamente i livelli di vibrazione. La vibrazione anormale è spesso un precursore del fallimento.
    • Rumore: Indagare sui rumori anormali (ad esempio, cuscinetto, ronzio elettromagnetico insolitamente forte).
    • Temperatura: Monitorare la temperatura del cuscinetto e dell'involucro durante il funzionamento (utilizzando un termometro a infrarossi). Il surriscaldamento segnala un problema serio.
    • Attuale: La corrente operativa dovrebbe essere stabile vicino al valore nominale. La corrente eccessiva o fluttuante richiede il controllo del carico o dell'alimentazione.
  • Test dell'isolamento: Periodicamente (ad es. Annualmente) misurare la resistenza all'isolamento dell'avvolgimento a terra utilizzando un megohmmetro per garantire la conformità ai requisiti di sicurezza (in genere> 1 MΩ).

8. Costo del ciclo di vita ed economia dei motori IE2

Il vero valore di un motore IE2 sta nel suo Costo totale di proprietà (TCO) : TCO = costi di acquisto iniziale Costo dell'energia di manutenzione del costo potenziale costo di inattività

• Costo di acquisto iniziale: I motori IE2 sono più alti dei motori IE1 obsoleti, ma la differenza di solito non è grande.
• Costo energetico operativo (fattore dominante): Costituisce la stragrande maggioranza del TCO (spesso oltre il 97%). L'elevata efficienza dei motori IE2 comporta un risparmio sui costi di elettricità estremamente significativi nel loro servizio di vita (decine di migliaia di ore).
• Costo di manutenzione: A causa delle temperature operative più basse e del design affidabile, i motori IE2 richiedono in genere meno manutenzione e la durata delle parti di usura come i cuscinetti è estesa.
• Costo dei tempi di inattività: Affidabilità maggiore significa riduzione del rischio di tempi di inattività non pianificati, salvaguardando la continuità della produzione.

FAQ del motore IE2

Q1 : L'efficienza IE2 è equivalente all'etichetta dell'efficienza energetica della Cina?

A: Sì. Secondo lo standard obbligatorio della Cina GB18613-2020, i motori IE2 corrispondono all'efficienza energetica di livello 3, che è il requisito minimo per l'accesso al mercato interno. Al momento dell'acquisto, conferma che la targhetta è contrassegnata con "IE2" o "GB18613-2020 Livello 3".

Q2 : Il motore IE2 è adatto per il funzionamento a frequenza variabile?

A: Standard progettata IE2 motori asincroni di supporto al funzionamento della frequenza variabile, ma si prega di notare:

I motori IE2 che non sono specificamente progettati per il funzionamento a frequenza variabile hanno una ridotta capacità di dissipazione del calore quando si eseguono a basse frequenze, il che può causare il surriscaldamento (è necessario installare una ventola di raffreddamento forzata).

Per il funzionamento di frequenza non potente a lungo termine, si consiglia di scegliere un motore specificamente per il funzionamento a frequenza variabile (solitamente contrassegnato con sistema di isolamento "IMB5"), il cui materiale e struttura isolanti possono resistere a shock di tensione ad alta frequenza.

Q3 : Perché il fattore di potenza dei motori IE2 è inferiore a quello di IE1?

A: Per migliorare l'efficienza, il design IE2 di solito aumenta la quantità di materiali di rame e ferro:

Più filo di rame → Rapporto di corrente di eccitazione aumenta → Il fattore di potenza diminuisce leggermente (circa 1-2 punti percentuali).
Soluzione: configurare gli armadietti di compensazione dei condensatori nel sistema di distribuzione dell'alimentazione per mantenere il fattore di potenza del sistema ≥ 0,9.
Q4 : La corrente iniziale del motore IE2 è più grande? Influirà sulla griglia elettrica?
A: Rispetto allo stesso motore di potenza IE1, la corrente iniziale IE2 (IST/IN) può essere superiore del 5% -10%, ma è ancora entro un intervallo ragionevole:

Ad esempio, motore a 4 poli da 37 kW: IE1 tipico IST/IN = 7.0, IE2 è circa 7,5.
Impatto effettivo: non c'è bisogno di preoccuparsi quando la capacità della griglia elettrica è sufficiente; Se vengono avviate più unità contemporaneamente, si consiglia di utilizzare Star-Delta Avviamento o limitazione della corrente di avviamento morbida.

Q5 : La base deve essere regolata quando si sostituisce i motori IE2 con vecchie attrezzature?
A: Installazione solitamente compatibile:

I motori IE2 e IE1 seguono la dimensione del telaio standard IEC (come IEC 90L, 132M, ecc.), Con la stessa altezza dell'albero e spaziatura del foro del piede.
Eccezioni: alcuni motori IE2 ad alta densità di potenza possono essere leggermente più lunghi o più pesanti (<10%) e il disegno della dimensione dell'installazione deve essere verificato.
Q6 : IE2 Motors devono essere decorati in ambienti ad alta temperatura?
A: Dipende dalla temperatura ambiente e dal livello di isolamento:

I motori IE2 standard (isolamento della Classe F, valutati come Classe B) sono adatti per gli ambienti ≤40 ℃;
Se la temperatura ambiente raggiunge 50 ℃: fattore di decadimento ≈ 1 - (50-40) × 0,4%/℃ ≈ 96% di potenza nominale (ad esempio: il motore da 37 kW si consiglia di avere un carico di ≤35,5 kW a 50 ℃).

Q7 : Il ciclo di lubrificazione per cuscinetti motori IE2 ha un periodo più lungo?
A: Sì. Grazie alla temperatura operativa inferiore:

Motore IE1 (temperatura del cuscinetto 80 ℃): il ciclo di lubrificazione è di circa 4000 ore;
Motore IE2 (65 ℃ Temperatura del cuscinetto): il ciclo di lubrificazione può essere esteso a 6000 ~ 8000 ore (fare riferimento al manuale del produttore per i dettagli).

Q8 : Cina eliminerà IE2 Motors?
A: Sarà comunque il mainstream a breve termine, ma la politica continua ad aggiornare:

L'attuale GB18613-2020 richiede IE2 (livello 3) come voce minima;
Secondo il "Piano di miglioramento dell'efficienza energetica motoria" del Ministero dell'industria e della tecnologia dell'informazione, IE3 (livello 2) può essere obbligatorio dal 2025 e IE2 si rivolgerà gradualmente al mercato della sostituzione delle azioni.
Q9 : Quali articoli devono essere testati quando i motori IE2 vengono utilizzati per unità a frequenza variabile?
A: Oltre ai test di frequenza di potenza convenzionali, le verifiche chiave sono:

Curva di efficienza a banda larga (come fluttuazioni di efficienza nell'intervallo di 10-60Hz);
Test di resistenza all'isolamento (applicazione della tensione di impulso ad alta frequenza per verificare la resistenza alla corona);
Analisi dello spettro del rumore di vibrazione (evitando la risonanza in bande di frequenza specifiche).