雙碳背景下的電機發展趨勢及前景


"雙碳"目標是中國的偉大愿景,也是可持續發展的要求以及化石能源短缺的局面所帶來的全球能源多樣化發展的必然格局。 實現這個偉大目標的最重要的一個方式是可再生能源在能源消耗比例中的增加,而風電又成為世界上增長最快的新能源,近年裝機容量每年增加超過30%,單機容量75akW的風電機組已批據生產·國際上5MW 的風電機組已研制成功并進入小批生產,目前正在發展1020MW的風電機組。


研究表明, 電動機消耗了世界上超過40%的電力,而這個值可以降低25%! 這個巨大的節能減排空間是電機發展的偉大動力和市場空間。


在工業應用領域, 由于電動機是工業領域主要的原動機,三分之二以上的工業用電由其傳遞,因此提高其本身的電能利用率。對于能源節約和環境保護具有重要意義,為此國內外已紛紛發展了高效率感應電動機、該類產品比傳統的一般效率電機的損耗下降20%左右,近年來國際上又出現損耗下降超過30%以上的所謂超高效電動機,主要得益于永磁體的應用可省去勵磁損耗。因此永磁同步電機和永磁直流電動機的產品品種和產量與日俱增。同時,由于我國經濟的持續增長,對于各種軋機、高爐風機、鐵道牽引、軌道交通、脫船動為、排灌用泵、電站給水泵等主輔機傳動用的大型交、直流電動機,單機容量正在增大,品種正在增多。耐高溫、耐低溫和超高速電動機的應用也日趨增加。


在消費應用領域,以工業、辦公室和家庭自動化為契機,國內外都致力于發展微電子技術、機器人和家用電器所需的各種微型電機。為滿足日益提高的高可靠性、高精度、快速響應及數字控制等方面的要求。電機正在向機電一體化、無刷化、無鐵心化和永磁化方向發展。


用于控制計算機和通信系統以及醫療器械微型自動裝置的微型電機,正在向超微型方面發展,國外已研制出直徑為56arami,每秒鐘擺動10萬余次的擺動式電動機。此外,利用壓電、壓磁元件的超聲波特性的各種微特電機正在得到大力的發展。


采用電力電子枝術、微電子技術及現代控制理論。革新傳統結構,發展機電—體化產品,是電機發展的必然趨勢。此外,采用電力電子電路系統的軟起動和節能裝置與感應電機配套,為電機運行節能開辟了新的途徑。交流伺服電機及無刷直流伺服電機系統,在結構上已呈現機電—體化趨向。以微機為核心,電機為對象的智能電機,已研發問世。


采用新材料以不斷提高電機性能是電機產品更新的主要措施之一。譬如,采用稀土永磁材料制造交、直流電機,可使電機的體積小、質量小、磁性能穩定,運行可靠,效率高、節約電能。國內外已大量采用釹鐵硼、鋁鎳鉆和鐵淦氧等永磁材料;制造印制繞組電機、盤式繞組電機、空心杯轉子電機、無刷直流電機、寬調速直流電機、汽車電機、低速同步電機和用于儀器儀表、農業、交通和篆用電器等方面的電機。永磁材料的發展趨勢是提高磁能積和熱穩定性。并進一步降低成本。


超導材料的電流密度可達10?A/cm",磁場強度可達幾到十幾特斯拉,在超導交流發電機中,用超導直流勵磁繞組,可將電機氣隙的磁遁密度最大值提高到56T.國外已研制成多臺27kW的試驗樣機。隨著超導材料性能的改進和超導技術的亮善、特別是今后高臨界溫度的超導材料進入下業性生產后,必將會帶來電機技術的準新和發展。


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