دليل شامل لمحركات IE2: قوة صناعية فعالة وموثوقة واقتصادية

على خلفية قيود الطاقة العالمية والمتطلبات البيئية المتزايدة ، فإن أداء كفاءة الطاقة للمحركات الصناعية يخضع للتدقيق الشديد. أصبحت محركات فئة الكفاءة IE2 ، مع وفورات كبيرة في الطاقة ، وموثوقية ممتازة ، وفعالية من حيث التكلفة المتميزة ، اختيار الطاقة العالية الكفاءة السائدة للتطبيقات الصناعية اليوم.

1. ما هو محرك IE2؟ التعريف الأساسي والمعايير الدولية

• فئة الكفاءة الأساسية: IE2 يدل على كفاءة عالية الفصل الذي يقع عليه المحرك داخل IEC 60034-30-1 المعايير القياسية (أو المعادلة الوطنية مثل GB 18613) التي أنشأتها اللجنة الكهربية الدولية (IEC). هذا التصنيف مخصص للمحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور.
• نظام فئة الكفاءة: يقوم معيار IEC بتصنيف كفاءة المحرك إلى عدة مستويات (كانت المعايير المبكرة IE1 ، IE2 ، IE3 ؛ تشمل المعايير الحالية IE4 ، IE5).
  • IE1: الكفاءة القياسية
  • IE2: كفاءة عالية (التركيز الأساسي لهذه المقالة)
  • IE3: الكفاءة المميزة
  • IE4: كفاءة فائقة الفوز
• عتبة الكفاءة الإلزامية: في العديد من البلدان والمناطق في جميع أنحاء العالم (بما في ذلك الصين والاتحاد الأوروبي وأستراليا وما إلى ذلك) ، أصبحت IE2 الحد الأدنى الإلزامي للكفاءة المسموح به للبيع ، مما أدى إلى التخلص التدريجي من محركات IE1 الواسعة التي سبق الانتشار. وهذا يعكس التزام الحكومات بتحسين كفاءة الطاقة الصناعية وتقليل انبعاثات الكربون.

2. المزايا الأساسية لمحركات IE2

1. وفورات كبيرة في الطاقة:

   • مقارنةً بمحركات IE1 القديمة ، تحقق محركات IE2 تحسناً في الكفاءة بنسبة 1 ٪ -6 ٪ تقريبًا في نقاط التحميل النموذجية (تعتمد قيمة محددة على تصنيف الطاقة).
   • أخذ محرك 100 كيلو وات شائع الاستخدام كمثال ، يعمل على 8000 ساعة في السنة ، يمكن أن يوفر تحسين الكفاءة بنسبة 3 ٪ حوالي 24000 كيلو واط في الساعة (الحساب: الطاقة المحفوظة = وقت التشغيل × وقت التشغيل × (1/η1 - 1/η2) ، حيث η1 ، η2 هي قيم الكفاءة).
   • إن توفير تكلفة الكهرباء من التشغيل طويل الأجل كبير ، مما يقلل بشكل مباشر من تكاليف إنتاج المستخدم وتشغيله.

2. الموثوقية وحياة الخدمة الطويلة:

   • تعني تحسينات الكفاءة عادةً انخفاض خسائر المحرك الداخلية (خسائر النحاس في المقام الأول ، وفقدان الحديد ، وخسائر الضالة والاحتكاك).
   • تؤدي الخسائر المنخفضة بشكل مباشر إلى انخفاض درجات حرارة تشغيل المحرك. تعتبر درجات حرارة التشغيل المنخفضة عاملاً رئيسياً في تمديد عمر نظام عزل المحرك ، وتحمل زيوت التشحيم ، والموثوقية الشاملة.
   • غالبًا ما يتضمن التصميم عالي الكفاءة عمليات اختيار وتصنيع مواد متفوقة ، مما يزيد من تعزيز متانة المنتج.

3. فوائد اقتصادية ممتازة (TCO):

   • على الرغم من أن سعر الشراء الأولي لـ محرك IE2 عادة ما تكون أعلى قليلاً من المحركات القياسية الأقدم ، وتوفير تكلفة الكهرباء طوال عمر الخدمة بأكملها (عادة ما بين 10 إلى 15 عامًا أو أكثر) يتجاوز بكثير الفرق الأولي.
   • تحليل تكلفة دورة الحياة (LCCA) يثبت: بالنسبة للمعدات المستمرة أو الطويلة الأجل (على سبيل المثال ، المضخات والمشجعين والضواغط والناقلات) ، فإن التكلفة الإجمالية للملكية (بما في ذلك تكلفة صيانة تكلفة تشغيل تكلفة الشراء) لمحرك IE2 أقل بكثير من تكلفة المحركات الأقل كفاءة. تتراوح فترة الاسترداد للاستثمار عادة من أشهر إلى بضع سنوات.

4. المساهمة البيئية:

   • الحد من استهلاك الكهرباء يعني تقليل احتراق الوقود الأحفوري (مثل الطاقة الحرارية) في محطات توليد الطاقة والانبعاثات الناتجة عن غازات الدفيئة (CO2) والملوثات (SOX ، NOX).
   • يعد استخدام المحركات عالية الكفاءة مقياسًا مهمًا للمؤسسات لتحقيق المسؤوليات الاجتماعية ، وتحقيق أهداف توفير الطاقة وخفض الانبعاثات ، ومعالجة تغير المناخ.

5. الامتثال للوائح:

   • كما ذكرنا ، في الأسواق العالمية الرئيسية ، يجب أن تفي ببيع واستخدام المحركات غير المتزامنة ثلاثية الطور IE2 أو متطلبات الكفاءة العليا (عادةً ضمن نطاق الطاقة البالغ 0.75 كيلو واط - 375 كيلوواط). يعد اختيار IE2 Moلrs أمرًا أساسيًا للعمليات التجارية القانونية والمتوافقة.

3. الميزات الفنية الرئيسية لمحركات IE2

• التصميم الكهرومغناطيسي الأمثل:
  • استخدام صفائح الصلب السيليكون المفة الباردة مع درجات أعلى (خسائر أقل).
  • حساب دقيق للدائرة المغناطيسية ، وتحسين تصميمات الثابت والقطعة الدوار لتقليل التباطؤ الأساسي وخسائر التيار الدوامة.
  • زيادة طول مكدس التصفيح الأساسي أو تحسين بنية الدائرة المغناطيسية لتحسين استخدام التدفق المغناطيسي.
• انخفاض خسارة النحاس في الجزء الثابت (خسارة I²R):
  • زيادة مساحة المقطع العرضي للموصل النحاسي في فتحات الجزء الثابت (زيادة وزن النحاس).
  • تحسين تكوينات اللف (على سبيل المثال ، باستخدام اللفات الموزعة القصيرة ، اللفات الجيبية) لتقليل الخسائر التوافقية.
  • الاستخدام المحتمل للنحاس مع الموصلية العليا.
• انخفاض خسائر الدوار:
  • تصميم فتحة الدوار الأمثل.
  • استخدام الألومنيوم الدوار العالي النقاء (دوار الألومنيوم المصبوب) أو أشرطة النحاس (دوار شريط النحاس).
• انخفاض خسائر الضالة والاحتكاك:
  • اعتماد كفاءة عالية ، خسارة منخفضة مروحة التبريد التصميم (على سبيل المثال ، شكل شفرة محسّن ، مادة).
  • تحسين بنية غطاء المروحة لضمان تهوية جيدة مع تقليل مقاومة الرياح.
  • اختيار المحامل عالية الجودة مع معاملات الاحتكاك المنخفضة.
• انخفاض خسائر الحمل الطائكة:
  • تقليل هذه الخسائر ، والتي يصعب حسابها بدقة ولكن موجودة ، من خلال عمليات التصنيع الأمثل (على سبيل المثال ، التحكم الدقيق في فجوة الهواء في الجزء الثابت) والتصميم.

4. نطاقات معلمة الأداء النموذجية

• القوة المقدرة: يغطي نطاق واسع ، عادة من 0.75 كيلوواط to 375 كيلوواط (تلبية معظم احتياجات التطبيق الصناعي).
• عدد الأعمدة: تشمل أرقام القطب الشائعة 2 شد (~ 3000 دورة في الدقيقة) ، 4 أقطار (~ 1500 دورة في الدقيقة) ، 6 أقطاب (~ 1000 دورة في الدقيقة).
• نطاق الكفاءة: تزيد قيم الكفاءة المحددة مع تصنيفات الطاقة الأكبر. على سبيل المثال:
  • 7.5 كيلوواط ، محرك 4 ألقاب: الكفاءة النموذجية ~ 89 ٪ - 90 ٪
  • 37 كيلوواط ، محرك 4 ألقاب: الكفاءة النموذجية ~ 93.5 ٪ - 94.5 ٪
  • 110 كيلوواط ، محرك 4 ألقاب: الكفاءة النموذجية ~ 95.5 ٪ - 96 ٪
  • 250 كيلوواط ، محرك 4 أقطاب: الكفاءة النموذجية ~ 96 ٪ - 96.5 ٪
  • (ملاحظة: تتطلب الكفاءة المحددة استشارة ورقة مواصفات المحرك المقابلة ؛ هذه القيم هي أمثلة النطاق النموذجية)
• عامل القوة: عادة حول 0.85 - 0.90 في الحمل الكامل ، يتناقص مع انخفاض الحمل. في حين أن القيمة المطلقة لعامل الطاقة ليست شرطًا مباشرًا لمعايير فئة الكفاءة ، فإن تصميم المحرك عالي الكفاءة عادة ما يعتبر ذلك.
• أداء البدء: اعتمادًا على متطلبات التصميم ، يمكن أن تلبي متطلبات طرق بدء تشغيل النجوم المباشرة (DOL) أو Star-Delta ، مما يوفر عزم دوران كافيًا للبدء والاجتماعات للبدء الحالي.

5. مجموعة واسعة من مناطق التطبيق

أصبحت محركات IE2 ، مع خصائصها الفعالة والموثوقة والاقتصادية ، مصدر الطاقة المفضل للعديد من المعدات الصناعية:

• معالجة السوائل: مضخات (الطرد المركزي ، المسمار ، المكبس) ، الضواغط (ضواغط الهواء ، ضواغط التبريد).
• معالجة الهواء: المشجعين (عشاق الطرد المركزي ، المشجعين المحوريين) ، المنفذات (مشجعي برج التبريد ، مراوح نظام HVAC).
• معالجة المواد: الناقلات و الرافعات/الرافعات و الخلاطات/الخلاطات .
• معالجة المواد: الكسارات/المسحات و الطحن و البثق و آلات صب الحقن .
• الآلات العامة: أدوات الآلة و آلات التغليف و معدات معالجة الأغذية و آلات النسيج ، وجميع السيناريوهات الصناعية التي تتطلب الطاقة الكهربائية.

6. النقاط الرئيسية لدليل الاختيار

1. تحديد متطلبات التحميل:
   • الطاقة المطلوبة (كيلوواط): حساب استنادا إلى خصائص الحمل ودورة العمل. تجنب "التحجيم" (باستخدام محرك كبير جدًا) أو طاقة غير كافية.
   • السرعة المقدرة (RPM): متطلبات معدات المطابقة.
   • خصائص عزم الدوران: تأكد من بدء عزم الدوران وعزم الدوران العزم لتلبية متطلبات الحمل (على سبيل المثال ، أحمال عزم الدوران المربعة مثل المعجبين/المضخات ، وأحمال عزم الدوران عالية البدء مثل الكسارات).
2. النظر في بيئة التشغيل:
   • تصنيف حماية الدخول (IP): حدد استنادًا إلى مستويات الغبار والرطوبة البيئية (على سبيل المثال ، IP55 مناسبة للبيئات الخارجية أو الرشية).
   • فئة العزل: عادةً ما يكون الفئة F (155 درجة مئوية) ، مصممة لارتفاع درجة الحرارة من الفئة B (130 درجة مئوية) ، مما يضمن الموثوقية وطول العمر في البيئات ذات درجة الحرارة العالية.
   • طريقة التبريد: شائع IC411 (التهوية الذاتية/TEFC) ، قد تتطلب بيئات خاصة IC416 (FORRE PRESELED/FAN المستقل).
   • درجة الحرارة المحيطة ، الارتفاع: يؤثر على قدرة تبريد المحرك. قد تكون هناك حاجة لتصميم derating أو خاص لدرجة حرارة عالية أو ارتفاع مرتفع.
3. معايير كفاءة المباراة:
   • تأكد من أن المحرك المختار يلبي معايير الكفاءة الإلزامية للسوق المستهدف (على سبيل المثال ، يجب أن تلبي IE2 أو أعلى بموجب معيار GB 18613 في الصين).
4. ترتيب التثبيت:
   • تشمل أنواع التثبيت الشائعة B3 (مثبتة على القدم) ، B5 (مثبتة على الحافة) ، B35 (القدم والمثبتة شفة). يجب مطابقة واجهة المعدات.
5. متطلبات التصديق:
   • اعتمادًا على منطقة المبيعات والاستخدام ، قد تكون هناك حاجة إلى شهادات محددة (على سبيل المثال ، CCC في الصين ، CE في الاتحاد الأوروبي).
6. النظر في تطبيق محرك السرعة المتغير (VSD):
   • إذا كانت هناك حاجة إلى التحكم في السرعة للتحميل ، فأكِّن ما إذا كان المحرك مناسبًا لقيادة العاكس (غالبًا ما تكون محركات IE2 القياسية قابلة للاستخدام مع VSDs في ظل ظروف معينة ، ولكن قد تتطلب تشغيل تشغيل منخفضة الأجل أو شروط خاصة محركًا مخصصًا للعاكس).

7. توصيات التثبيت والصيانة

• التثبيت الصحيح:
  • قاعدة: أساس الصلبة ومستوى لمنع الاهتزاز.
  • تنسيق: المحاذاة المحورية والشعاعية الدقيقة بين المعدات المحرك والمعدات المدفوعة (على سبيل المثال ، المضخة ، المروحة) أمر بالغ الأهمية. يؤدي الاختلال المفرط إلى فشل المحمل المبكرة ، وزيادة الاهتزاز والضوضاء ، وتقليل الكفاءة. أدوات محاذاة الليزر تحقق دقة عالية.
  • تهوية: ضمان مداخل ومنافذ الهواء دون عائق ، مع مساحة كافية لتبديد الحرارة.
  • الأسلاك: اتبع بدقة مخططات الأسلاك. ضمان اتصالات آمنة والتأريض المناسب. يجب أن يتطابق الجهد والتردد للتردد. انتبه إلى تسلسل المرحلة.
• الصيانة الروتينية:
  • تنظيف: قم بإزالة الغبار والزيت بانتظام من غلاف المحرك. حافظ على نظافة زعانف التبريد (خاصة حول مروحة التبريد وفتحات غطاء المروحة).
  • تشحيم: إعادة تجديد أو استبدال الشحوم المحمولة (للمحركات التي تشحم الشحوم) وفقًا لدليل الشركة المصنعة فيما يتعلق بالدوران ونوع الشحوم. ضمان كمية الشحوم الصحيحة. تحقق من مستوى الزيت (للمحركات التي تشحم الزيت).
  • تقتيش:
    • اهتزاز: مراقبة مستويات الاهتزاز بشكل دوري. الاهتزاز غير الطبيعي غالبًا ما يكون مقدمة للفشل.
    • ضوضاء: التحقيق في الضوضاء غير الطبيعية (على سبيل المثال ، تحمل الصرير ، همهمة كهرومغناطيسية عالية بشكل غير عادي).
    • درجة حرارة: مراقبة درجة حرارة تحمل وتغليف أثناء التشغيل (باستخدام مقياس حرارة الأشعة تحت الحمراء). يشير ارتفاع درجة الحرارة إلى مشكلة خطيرة.
    • حاضِر: يجب أن يكون تشغيل التيار مستقر بالقرب من القيمة المقدرة. يتطلب التيار المفرط أو المتقلب التحقق من الحمل أو مصدر الطاقة.
  • اختبار العزل: بشكل دوري (على سبيل المثال ، سنويًا) ، قم بقياس مقاومة العزل المتعرج إلى الأرض باستخدام مقياس MeGoHmmeter لضمان الامتثال لمتطلبات السلامة (عادة> 1 MΩ).

8. تكلفة دورة الحياة والاقتصاد لمحركات IE2

القيمة الحقيقية لمحرك IE2 تكمن في التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) : TCO = تكلفة عملية الشراء الأولية تكاليف تكلفة الطاقة تكلفة التكلفة المحتملة للتوقف عن العمل

• تكلفة الشراء الأولية: محركات IE2 أعلى من محركات IE1 عفا عليها الزمن ، ولكن الفرق عادة ما يكون كبيرًا.
• تكلفة طاقة التشغيل (العامل المهيمن): يشكل الغالبية العظمى من TCO (في كثير من الأحيان أكثر من 97 ٪). تؤدي الكفاءة العالية لمحركات IE2 إلى وفورات كبيرة في تكاليف الكهرباء على مدار عمر خدمتها (عشرات الآلاف من الساعات).
• تكلفة الصيانة: نظرًا لانخفاض درجات الحرارة التشغيلية والتصميم الموثوق به ، تتطلب محركات IE2 عادة صيانة أقل ، ويتم تمديد عمر الأجزاء مثل المحامل.
• تكلفة التوقف: الموثوقية الأعلى تعني انخفاض مخاطر التوقف عن العمل غير المخطط لها ، وحماية استمرارية الإنتاج.

IE2 أسئلة وأجوبة محرك

س 1 : هل تعادل كفاءة IE2 "المستوى 3" من ملصق كفاءة الطاقة في الصين؟

ج: نعم. وفقًا للمعايير الإلزامية الصينية GB18613-2020 ، تتوافق محركات IE2 مع كفاءة الطاقة من المستوى 3 ، وهو الحد الأدنى للوصول إلى الأسواق المحلية. عند الشراء ، يرجى التأكيد على أن اللوحة تتميز بـ "IE2" أو "GB18613-2020 المستوى 3".

س 2 : هل محرك IE2 مناسب لتشغيل التردد المتغير؟

ج: قياسي مصمم IE2 غير متزامن دعم التردد المتغير ، ولكن يرجى ملاحظة:

المحركات IE2 التي ليست مصممة خصيصًا لتشغيل التردد المتغير قد قللت من سعة تبديد الحرارة عند التشغيل بترددات منخفضة ، مما قد يسبب ارتفاع درجة الحرارة (يجب تثبيت مروحة التبريد القسرية).

بالنسبة لتشغيل التردد غير الطويل الأجل ، يوصى باختيار محرك خصيصًا لتشغيل التردد المتغير (عادةً ما يتم تمييزه بنظام العزل "IMB5") ، والتي يمكن أن تحمل مواد العزل وهيكله صدمات الجهد العالي التردد.

س 3 : لماذا يكون عامل قوة محركات IE2 أقل من عامل IE1؟

ج: لتحسين الكفاءة ، عادة ما يزيد تصميم IE2 من كمية النحاس والحديد:

المزيد من الأسلاك النحاسية → زيادة نسبة تيار الإثارة → تنخفض عامل الطاقة قليلاً (حوالي 1-2 نقطة مئوية).
الحل: تكوين خزائن تعويض المكثف في نظام توزيع الطاقة للحفاظ على عامل قوة النظام ≥ 0.9.
س 4 : هل تيار بدء محرك IE2 أكبر؟ هل سيؤثر على شبكة الطاقة؟
ج: بالمقارنة مع نفس محرك IE1 ، قد يكون تيار بدء IE2 (IST/in) أعلى بنسبة 5 ٪ إلى 10 ٪ ، لكنه لا يزال ضمن نطاق معقول:

على سبيل المثال ، محرك 37 كيلو وات من 4 أقطار: IE1 IST/IN = 7.0 ، IE2 حوالي 7.5.
التأثير الفعلي: لا داعي للقلق عندما تكون سعة شبكة الطاقة كافية ؛ إذا تم بدء تشغيل وحدات متعددة في نفس الوقت ، فمن المستحسن استخدام Star-Delta بدء أو الحد من التيار اللطيف.

س 5 : هل تحتاج القاعدة إلى تعديلها عند استبدال محركات IE2 بالمعدات القديمة؟
ج: عادة ما يكون التثبيت المتوافق:

تتبع محركات IE2 و IE1 حجم الإطار القياسي IEC (مثل IEC 90L ، 132M ، إلخ) ، مع نفس ارتفاع العمود وتباعد فتحة القدم.
الاستثناءات: قد تكون بعض محركات IE2 ذات كثافة الطاقة العالية أطول قليلاً أو أثقل (<10 ٪) ، ويجب التحقق من رسم أبعاد التثبيت.
س 6 : هل تحتاج محركات IE2 إلى استخلاصها في بيئات درجات الحرارة العالية؟
ج: يعتمد ذلك على درجة الحرارة المحيطة ومستوى العزل:

محركات IE2 القياسية (عزل الفئة F ، التي يتم تقييمها على أنها فئة B) مناسبة للبيئات ≤40 ℃ ؛
إذا وصلت درجة الحرارة المحيطة إلى 50 ℃: عامل derating ≈ 1 - (50-40) × 0.4 ٪/℃ ≈ 96 ٪ من القدرة المقدرة (على سبيل المثال: يوصى بمحرك 37 كيلو وات أن يكون هناك حمولة تبلغ -35.5kw عند 50 ℃).

س 7 : هل تتمتع دورة تزييت محرك IE2 بفترة أطول؟
ج: نعم. بفضل انخفاض درجة حرارة التشغيل:

محرك IE1 (80 ℃ درجة حرارة تحمل): دورة التشحيم حوالي 4000 ساعة ؛
محرك IE2 (65 ℃ درجة حرارة تحمل): يمكن تمديد دورة التشحيم إلى 6000 ~ 8000 ساعة (راجع دليل الشركة المصنعة للحصول على التفاصيل).

س 8 : هل ستقضي الصين على محركات IE2؟
ج: ستظل التيار الرئيسي على المدى القصير ، لكن السياسة لا تزال ترقية:

يتطلب GB18613-2020 الحالي IE2 (المستوى 3) كدخول أدنى ؛
وفقًا لـ "خطة تحسين كفاءة الطاقة الحركية" في وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات ، قد يكون IE3 (المستوى 2) إلزاميًا من عام 2025 ، وسوف يتحول IE2 تدريجياً إلى سوق البديل.
س 9 : ما هي العناصر التي يجب اختبارها عند استخدام محركات IE2 لمحركات التردد المتغيرة؟
ج: بالإضافة إلى اختبارات تردد الطاقة التقليدية ، فإن التحديات الرئيسية هي:

منحنى كفاءة النطاق العريض (مثل تقلبات الكفاءة في حدود 10-60 هرتز) ؛
اختبار قوة العزل (تطبيق جهد نبض عالي التردد للتحقق من مقاومة كورونا) ؛
تحليل طيف ضوضاء الاهتزاز (تجنب الرنين في نطاقات تردد محددة).