Энергоэффективные промышленные двигатели: выбор двигателей классов IE3, IE4, IE5, с частотно-регулируемым приводом (VFD) и с постоянным магнитным ротором (PMSM) для проектов OEM

Для производителей оборудования по контракту (OEM) и заказчиков промышленных проектов эффективность двигателей всё чаще становится обязательным требованием технических характеристик, а не просто дополнительной опцией. Практическая задача уже не сводится к простому выбору: использовать ли энергоэффективный двигатель или нет, а какой уровень эффективности и какая технология привода являются оптимальными с учетом фактической нагрузки, количества часов работы, диапазона скоростей и целевого рынка.

Именно поэтому в компании Yaoda Motor наш ассортимент промышленных двигателей не сводится к одному-единственному “высокоэффективному двигателю”. Наш ассортимент продукции включает Трехфазные асинхронные двигатели серий IE3, IE4 и IE5, двигатели с регулируемой частотой вращения, промышленные двигатели большой мощности и синхронные двигатели с постоянными магнитами. Каждый из них предназначен для решения задач, связанных с различными комбинациями требований к эффективности, профиля нагрузки и необходимости регулирования скорости.

Покупателям, сравнивающим варианты приводов для нового оборудования от оригинальных производителей или для промышленных проектов, мы рекомендуем принять следующий подход к принятию решения.

IE3 становится отправной точкой, а не конечной целью

Направление регулирования на основных промышленных рынках уже определилось. Европейская комиссия устанавливает, что трехфазные двигатели в соответствующем диапазоне мощности 0,75–1 000 кВт должны достигать класса энергоэффективности IE3, а двигатели определенных категорий мощностью 75–200 кВт обязаны соответствовать классу IE4 с июля 2023 года. Данное регулирование также включает требования к эффективности приводов с регулируемой скоростью и требования к информации в различных режимах работы двигателей. Европейская комиссия — Требования к экодизайну электродвигателей.

Китай движется в том же общем направлении. GB 18613-2020 — Минимально допустимые значения энергоэффективности и значения классов эффективности для электродвигателей остаётся действующим обязательным национальным стандартом и применяется с июня 2021 года.

Для производителя оборудования, экспортирующего свою продукцию на различные рынки, это означает, что эффективность двигателя следует учитывать еще на этапе проектирования оборудования, а не после того, как конструкция машины уже окончательно утверждена.

В опубликованной таблице характеристик наших асинхронных двигателей YE3 класса IE3 указаны модели габаритов H80–355 с номинальной мощностью 0,55–315 кВт для общепромышленного оборудования. Другие габариты и значения мощности необходимо подтвердить для конкретной модели. Выбранная модель должна соответствовать требуемым характеристикам эффективности, конструкции и условиям применения.

Для проектов, требующих более высокого уровня эффективности, наши Трехфазный асинхронный двигатель YE4 IE4 обеспечивает новую платформу повышения эффективности. Если технические требования проекта или целевые показатели энергопотребления на протяжении всего жизненного цикла выходят за эти рамки, то Асинхронный двигатель YE5 IE5 расширяет диапазон доступных коэффициентов полезного действия.

Важным моментом для покупателей является то, что IE3, IE4 и IE5 не следует рассматривать просто как «хороший», «лучший» и «самый лучший». Правильный выбор зависит от области применения и экономической эффективности всего оборудования.

В каких случаях переход с IE3 на IE4 или IE5 оправдан с коммерческой точки зрения?

В случае двигателя, который работает лишь изредка, разница в стоимости приобретения может сыграть более важную роль при принятии решения о закупке. А в случае двигателя, работающего несколько тысяч часов в год, потребление электроэнергии приобретает гораздо большее значение в течение всего срока службы оборудования.

Это особенно актуально для насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров и производственного оборудования, работающих в режиме непрерывной эксплуатации. При выборе оборудования для таких областей применения покупателям следует сравнить как минимум четыре фактора, прежде чем определять более высокий класс эффективности:

• годовое количество рабочих часов;
• фактическая нагрузка на двигатель, а не только номинальная мощность;
• стоимость электроэнергии на местном рынке;
• ожидаемый срок службы оборудования.

Например, переход с IE3 на IE4 может иметь экономический смысл на производственной линии, работающей в непрерывном режиме, но будет гораздо менее значимым для вспомогательного оборудования, работающего ограниченное количество часов в неделю.

Именно поэтому мы обычно предпочитаем анализировать данные клиента мощность двигателя, напряжение, частота, количество полюсов или требуемая частота вращения, режим работы, приводное оборудование и годовой график эксплуатации прежде чем рекомендовать уровень эффективности.

При переменных нагрузках класс энергоэффективности двигателя — это лишь половина критериев при выборе

Распространенной ошибкой при закупках является чрезмерный акцент на показателях эффективности IE при одновременном игнорировании реальных условий эксплуатации оборудования.

Насос, вентилятор или компрессор могут быть оснащены двигателем класса IE4, но при этом работать неэффективно, если в ходе работы часто требуется мощность ниже номинальной, а регулирование производительности системы осуществляется посредством механического дросселирования или иного неподходящего метода.

Международное энергетическое агентство считает, что как модернизация приводных систем, так и более широкое использование частотно-регулируемых приводов являются важными мерами по повышению энергоэффективности в промышленности, особенно в условиях переменной нагрузки. МЭА – Энергоэффективность 2025: Промышленность.

Для данного типа применения в опубликованной таблице характеристик YVF2 указаны модели габаритов H200–355 с номинальной мощностью 18,5–315 кВт. Другие габариты и значения мощности YVF2 необходимо подтвердить для конкретной модели. Серия предназначена для промышленного оборудования, которому требуется работа с регулируемой частотой вращения.

Для более крупных приводных систем наша Двигатель с регулируемой частотой YVF3 H355–450 охватывает диапазон примерно от 132 до 900 кВт.

С точки зрения проекта вопрос, таким образом, изменяется с:

“Нам указать IE3 или IE4?”

кому:

“Речь идет о режиме работы с постоянной нагрузкой или же регулирование скорости вращения двигателя в зависимости от фактических потребностей технологического процесса позволяет сократить энергопотребление в большей степени, чем просто смена класса энергоэффективности?”

Это различие имеет большое значение для насосов, вентиляторов, компрессоров и технологического оборудования, работающего в изменяющихся условиях эксплуатации.

Где применяется синхронный двигатель с постоянными магнитами?

Еще одним вариантом, который все чаще рассматривается в проектах по созданию высокоэффективных приводов, является синхронный двигатель с постоянными магнитами.

Наш Синхронный двигатель с постоянными магнитами TYP Диапазон мощности составляет примерно 0,75–355 кВт и предназначен для промышленных систем с приводом на основе частотно-регулируемого преобразователя (ЧРП).

Мы не рекомендуем рассматривать PMSM в качестве универсальной замены трехфазного асинхронного двигателя. Решение следует принимать исходя из того, можно ли в конкретной области применения эффективно использовать его КПД и возможности регулирования скорости.

Для традиционных машин с фиксированной скоростью, где приоритетными критериями являются простота конструкции, привычный порядок технического обслуживания и легкость замены, асинхронный двигатель класса IE3 или IE4 может оставаться более практичным решением.

Для оборудования с большим годовым наработком, переменной нагрузкой или строгими целевыми показателями энергопотребления на протяжении всего срока службы привернутое внимание заслуживает PMSM.

Для покупателей-производителей оригинального оборудования (OEM) это различие имеет важное значение, поскольку переход с асинхронного двигателя на двигатель с постоянными магнитами может также повлиять на конфигурацию привода, стратегию управления и конструкцию оборудования. Поэтому этот вопрос следует учитывать на этапе проектирования, а не рассматривать как замену двигателя в последнюю минуту.

Для двигателей высокой мощности требуется иной метод расчета КПД

С ростом мощности двигателя экономические факторы приобретают ещё большее значение.

Наш Высокомощный электродвигатель YE3 H355–450 Диапазон мощности составляет примерно 160–1 000 кВт для крупного промышленного оборудования, а платформа YVF3 обеспечивает работу с переменной частотой для высокомощных систем.

При таких уровнях мощности решения о покупке не следует принимать, исходя исключительно из цены двигателя за киловатт. Покупателю необходимо оценить предполагаемую рабочую точку, годовой наработ, способ пуска, колебания нагрузки, а также необходимость регулирования скорости.

Мощный двигатель, работающий в непрерывном режиме при нагрузке, близкой к расчетной, демонстрирует иную эффективность по сравнению с двигателем аналогичной номинальной мощности, который большую часть времени работы функционирует при пониженной технологической нагрузке.

Поэтому для крупных насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров и тяжелого промышленного оборудования мы рекомендуем убедиться в том, что фактический профиль работы перед окончательной доработкой конфигурации двигателя и системы управления.

Как мы подбираем энергоэффективный двигатель для проекта OEM-производителя

В большинстве проектов в сфере оригинального оборудования (OEM) и промышленности мы не начинаем подбор двигателя с того, что предлагаем заказчику выбрать между IE3, IE4, IE5 или PMSM. Мы начинаем с самой машины.

К информации, которая обычно влияет на наши рекомендации, относятся:

Как только эти параметры станут ясны, сравнивать варианты двигателей станет гораздо проще.

Стандартное оборудование OEM может хорошо сочетаться с двигателем класса YE3 IE3. Для оборудования, работающего в режиме непрерывной эксплуатации, целесообразно использовать двигатели классов YE4 или YE5. Для насоса или вентилятора со значительными колебаниями нагрузки более эффективным решением может стать система с переменной частотой YVF. В случае проекта, требующего высокой эффективности в сочетании с режимом работы с переменной скоростью, целесообразно рассмотреть платформу TYP PMSM.

Направление развития закупок промышленных двигателей очевидно

Рынок промышленных двигателей развивается в направлении повышения эффективности, однако мы не ожидаем, что во всех областях применения будет использоваться одна и та же технология производства двигателей.

Вместо этого покупателям всё чаще придётся выбирать между Асинхронные двигатели IE3, IE4 и IE5, двигатели с регулируемой частотой вращения и синхронные двигатели с постоянными магнитами с учетом фактических эксплуатационных показателей оборудования.

Это также соответствует общим тенденциям в области политики за пределами Китая. В 2024 году Министерство энергетики США приняло новые и пересмотренные стандарты энергосбережения для электродвигателей расширенного спектра применения, что укрепило общемировую тенденцию к внедрению более эффективных промышленных двигательных систем. Министерство энергетики США — Стандарты на электродвигатели с расширенной областью применения.

Для производителей оригинального оборудования, дистрибьюторов и заказчиков промышленных проектов это придает еще большее значение этапу определения технических характеристик двигателя. Выбор подходящего двигателя все чаще сводится к поиску баланса между класс энергоэффективности, требования к регулированию скорости, наработка, нагрузка на оборудование и затраты на электроэнергию в течение срока службы а не просто на основе сравнения цены покупки.