羅禮培東風(fēng)汽車有限公司

電機(jī)節(jié)能技術(shù)及其發(fā)展趨勢

羅禮培
東風(fēng)汽車有限公司

介紹了發(fā)展節(jié)能電機(jī)實現(xiàn)節(jié)能的巨大潛能，指出了節(jié)能電機(jī)將1 000億元級的市場待開發(fā)，詳細(xì)論述了電機(jī)節(jié)能的技術(shù)措施，最后介紹了電機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展前景及趨勢。

電機(jī)；節(jié)能技術(shù)；發(fā)展趨勢

眾所周知,汽車廢氣排放過度已造成全球性的溫室效應(yīng)，也是造成城市空氣污染的主要原因之一。此外，大量的煤炭、石油沒有經(jīng)過深加工就被燒掉，不但熱利用率低，還造成對環(huán)境的嚴(yán)重污染。解決城市環(huán)境污染和交通擁擠的重要途徑是發(fā)展高速公共交通工具（地鐵，城市輕軌）及電動汽車，高速電氣化列車則是實現(xiàn)城際快速交通的首選，其核心技術(shù)都是上世紀(jì)80年代以來和微電子技術(shù)并駕齊驅(qū)飛速發(fā)展起來的一門新技術(shù)——現(xiàn)代電力電子及交流電機(jī)傳動技術(shù)。此外，在軋鋼、造紙、水泥制造、礦井提升、輪船推進(jìn)器等工業(yè)和民用領(lǐng)域中也應(yīng)廣泛使用大中容量交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。此時，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用不但可達(dá)到節(jié)能的目的，還可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的性能最佳、改善工藝條件、并大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 發(fā)展節(jié)能電機(jī)實現(xiàn)節(jié)約能源的巨大潛能

能耗巨大的電機(jī)系統(tǒng)是國家節(jié)能政策的重點領(lǐng)域，也是“十三五“節(jié)能減排重點工程之一。我國電機(jī)保有量約17億kW，年總耗電量約3萬億kWh，占全社會總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)總用電量為2.6萬億kWh，約占工業(yè)用電的75%。雖然我國電機(jī)能效水平逐步提高，但總體能效水平仍然較低。從電機(jī)自身看，我國電機(jī)效率平均水平比國外低3至5個百分點，目前在用的高效電機(jī)僅占3%左右；從電機(jī)系統(tǒng)看，因匹配不合理、調(diào)節(jié)方式落后等原因，電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率比國外先進(jìn)水平低10%～20%。低效電機(jī)的大量使用造成巨大的用電浪費。工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)能效每提高一個百分點，可年節(jié)約用電260億kWh左右。通過推廣高效電機(jī)、淘汰在用低效電機(jī)、對低效電機(jī)進(jìn)行高效再制造，以及對電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)其負(fù)載特性和運(yùn)行工況進(jìn)行匹配節(jié)能改造，可從整體上提升電機(jī)系統(tǒng)效率5%～8%，年可實現(xiàn)節(jié)電1300億至2 300億kWh，最終，相當(dāng)于2～3個三峽電站的發(fā)電量。

工信部和質(zhì)檢總局《全國電機(jī)能效提升計劃》，預(yù)計將帶動近1 000億元級的高效電機(jī)及相關(guān)設(shè)備需求。以推動高效電機(jī)開發(fā)和推廣應(yīng)用，促進(jìn)電機(jī)產(chǎn)業(yè)升級，全面提高電機(jī)能效水平。根據(jù)計劃提出的目標(biāo)，通過電機(jī)產(chǎn)品升級換代，實現(xiàn)節(jié)電800億kWh，相當(dāng)于新建一個長江三峽工程。隨著中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，電機(jī)系統(tǒng)用電量約占全國用電量的60%，其中風(fēng)機(jī)用電占全國用電量的10.4%，泵類電機(jī)占20.9%，壓縮機(jī)占9.4%。但是，我國80%以上的電機(jī)產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平低2%～5%，電機(jī)系統(tǒng)效率比國外先進(jìn)水平低10%～20%。因此，我國在提高電機(jī)系統(tǒng)效率、加強(qiáng)系統(tǒng)節(jié)能管理方面有著巨大需求。高效電機(jī)是指有效輸出功率與輸入功率比較高的電機(jī)，主要為高效電動機(jī)。電動機(jī)在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能同時，本身也損耗一部分能量，這些損耗包括繞組損耗、鐵心損耗、風(fēng)磨損耗和負(fù)載雜散損耗。高效電機(jī)和普通電機(jī)相比，在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過程中具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率和更低的能量損耗。

世界各國都制定了電機(jī)能效的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)美國全國電氣制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（NEMA標(biāo)準(zhǔn)），高效電動機(jī)比標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)效率提高2%～6%，超高效電動機(jī)效率高于“NEMA標(biāo)準(zhǔn)”電動機(jī)0.8%～4%。高效電機(jī)實現(xiàn)“高效”的本質(zhì)是減少電機(jī)內(nèi)部的能量損耗，高效電機(jī)的總損耗比普通電機(jī)低20%～30%，效率高2%～7%。高效電機(jī)的推廣有利于降低電機(jī)損耗、提高電機(jī)效率。提高電動機(jī)的效率在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能中是非常重要的一環(huán)。我國目前廣泛應(yīng)用的Y系列電動機(jī)效率平均值為87.3%，而美國高效電動機(jī)的效率平均值為90.3%，其近幾年推出的超高效電動機(jī)產(chǎn)品效率的平均值更高達(dá)91.7%。顯然，通過提高電動機(jī)效率來實現(xiàn)節(jié)約能源目的的潛能巨大。目前我國電動機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)4億多kW,年耗電量達(dá)12000億kWh，占全國總用電量的60%，占工業(yè)用電量的80%,其中風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)的裝機(jī)總?cè)萘恳殉^2億kW，年耗電量達(dá)8 000億kWh，占全國總用電量的40%左右，因此電動機(jī)的節(jié)能要求極大，也是節(jié)能效果最能體現(xiàn)的地方。采用新型電機(jī)設(shè)計、新工藝及新材料，通過降低電磁能、熱能、機(jī)械能的損耗來提高輸出效率，高效節(jié)能電機(jī)比傳統(tǒng)電機(jī)效率大約高3%～5%，目前達(dá)到2級能效指標(biāo)電機(jī)的占比不足10%，發(fā)展空間廣闊。電機(jī)作為基礎(chǔ)動力設(shè)備，近年來的多項政策和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，使得電機(jī)向節(jié)能方向加快發(fā)展、穩(wěn)定增長。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電機(jī)得到廣泛應(yīng)用，我國在提高電機(jī)系統(tǒng)效率、加強(qiáng)系統(tǒng)節(jié)能管理方面有著巨大需求。

要推動電機(jī)能效提升，顯然需要國家有關(guān)部門的大力支持。根據(jù)最新政策信息，有關(guān)部門已對電機(jī)能效提升推出全方面優(yōu)惠政策支持，比如財政資金補(bǔ)貼、給予優(yōu)惠稅率，優(yōu)先給予電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造綠色貸款等等，全力推進(jìn)能效升級。工信部印發(fā)《2013年工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展專項行動實施方案》，將重點推進(jìn)實施電機(jī)能效提升和涉鉛行業(yè)綠色發(fā)展兩個專項計劃。計劃除設(shè)定具體目標(biāo)外，更按月、按季度設(shè)定進(jìn)度要求，政策和中央財政支持力度不斷加強(qiáng)。而此前國家借由《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級（GB18163-2012）》的發(fā)布，大幅提高節(jié)能電機(jī)的準(zhǔn)入門檻，明確限制普通能效電機(jī)的生產(chǎn)銷售。財政部、國家發(fā)改委、工信部出臺關(guān)于高效節(jié)能通風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)的補(bǔ)貼政策。同時，國家財政部和國家發(fā)改委聯(lián)合出臺了《關(guān)于印發(fā)節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效電機(jī)推廣實施細(xì)則的通知》，我國實際上已經(jīng)形成了限制、推動、補(bǔ)貼、規(guī)劃落實等一系列的行業(yè)推動機(jī)制。在這種情況下，日前發(fā)布的全國電機(jī)能效提升計劃（2013-2015）對高效電機(jī)的推廣效果更加值得期待。

2 節(jié)能電機(jī)是國家節(jié)能減排領(lǐng)域1000億元級市場極待開發(fā)

電機(jī)是重要的工業(yè)耗能設(shè)備,廣泛應(yīng)用于泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、傳動機(jī)械等領(lǐng)域,其耗電量約占中國整個工業(yè)電耗的60%以上。由于電動機(jī)能源效率水平的提高對能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)具有重要意義，各國家紛紛制定了電機(jī)能效標(biāo)識，并頒布法令強(qiáng)制執(zhí)行。我國執(zhí)行高效電機(jī)（二級效率）能效標(biāo)準(zhǔn)，禁止普通效率電機(jī)（三級效率及以下）的生產(chǎn)；在歐盟，為執(zhí)行歐洲議會與歐盟理事會EuP指令電動機(jī)不應(yīng)低于IE2級能效水平；在美國，2010年強(qiáng)制執(zhí)行NEMA設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（即NEMA12-11標(biāo)準(zhǔn)）超高效率電機(jī)指標(biāo)。在倡導(dǎo)低碳、節(jié)能減排政策的推動下，節(jié)能機(jī)電設(shè)備推廣應(yīng)用將出現(xiàn)實質(zhì)性的進(jìn)展。

電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程被列為我國重點節(jié)能工程之一，節(jié)能電機(jī)是國家節(jié)能減排工作的重點領(lǐng)域。工信部將繼續(xù)推進(jìn)高耗能設(shè)備淘汰改造。積極推進(jìn)財政對落后電機(jī)、水泵、變壓器淘汰給予補(bǔ)助支持，推進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和改造。

對照淘汰路線圖，企業(yè)按照落后電機(jī)淘汰目標(biāo)任務(wù)，制定3年的淘汰計劃，淘汰在用低效電機(jī)1.6億kW，實施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技改1億kW。據(jù)此估算，高效電機(jī)及相關(guān)設(shè)備需求接近千億元。隨著能效提升計劃的推進(jìn)，高效電機(jī)市場需求將逐步釋放、逐年遞增。

高性能電機(jī)產(chǎn)品是企業(yè)為響應(yīng)國家節(jié)能、降耗的方針，合理提高能源利用率，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，減少CO2、SO2排放量而研制開發(fā)的新一代高效節(jié)能電機(jī)。目前高性能電機(jī)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于軍工、石化、冶金、水污、交通、紡織等各個領(lǐng)域，可替代傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)(如Y1、Y2系列異步電動機(jī)),有刷直流電機(jī)、串激電機(jī)等，平均節(jié)電率高達(dá)10%～20%，其能效標(biāo)準(zhǔn)可以達(dá)到我國的GB18613-2006中的1級能效標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行最高能級標(biāo)準(zhǔn)）及國際電工委員會IEC60034-30中的IE3超高效電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。從具體產(chǎn)業(yè)說，主營高效電機(jī)的企業(yè)自然直接受益本次計劃，而高效電機(jī)上游關(guān)鍵配套材料供應(yīng)商同樣受益匪淺，比如絕緣材料、硅鋼片、晶體管等。值得注意的是，計劃明確提出了要推動安全可靠的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等電力電子芯片及模塊在電機(jī)節(jié)能領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。IGBT具有節(jié)能效率高、便于規(guī)?；a(chǎn)、較易實現(xiàn)節(jié)能智能化等優(yōu)點，目前工業(yè)控制是IGBT最大的應(yīng)用領(lǐng)域。在IGBT研發(fā)生產(chǎn)方面具備優(yōu)勢的企業(yè)必然將受益本次電機(jī)能效提升計劃。

隨著國家節(jié)能減排的積極推行及高效節(jié)能電機(jī)補(bǔ)貼政策的逐步落實，高效節(jié)能電機(jī)業(yè)將迎來爆發(fā)式的增長。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能國內(nèi)工程項目實施3年來,超過1 500家工業(yè)電機(jī)用戶受益,實現(xiàn)年減排量超過100萬t CO2。由于電機(jī)使用量大面廣,國家發(fā)改委十分重視高效電機(jī)產(chǎn)品的推廣。為期3年的節(jié)能產(chǎn)品惠民工程,通過財政補(bǔ)貼方式,加強(qiáng)高效節(jié)能產(chǎn)品的推廣使用,提高用能產(chǎn)品能源效率。據(jù)了解,今后3年,對能效等級為1級或2級以上的空調(diào)、冰箱、平板電視、電機(jī)等10類產(chǎn)品進(jìn)行推廣。目前，國內(nèi)微分和中小型電機(jī)的生產(chǎn)及配套廠家在2 000家以上，已成為國民經(jīng)濟(jì)和國防現(xiàn)代化建設(shè)中不可缺少的一個基礎(chǔ)產(chǎn)品。

我國電機(jī)產(chǎn)品種類繁多,但效率不高。與發(fā)達(dá)國家比,平均效率低3%～5%，運(yùn)行效率低10%～20%。據(jù)調(diào)查,目前我國約有1億臺工業(yè)電動機(jī)、2 500萬臺壓縮機(jī)、3 000萬臺風(fēng)機(jī)和泵。但具備設(shè)計、生產(chǎn)、測試高效電機(jī)能力的企業(yè)只有30～50家。一些工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)用戶對電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能所帶來的經(jīng)濟(jì)效益缺乏認(rèn)識,或?qū)M(jìn)行電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造的技術(shù)問題存在障礙,并且缺乏有效的信息平臺分享電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造方面的成功經(jīng)驗。

我國高效電機(jī)市場規(guī)模僅占全部市場的10%～15%,且這些高效電機(jī)90%用于出口。市場調(diào)查表明,高效電機(jī)和普通電機(jī)的銷售價格分別為70元/kW～90元/kW和約40元/kW。此外,電機(jī)系統(tǒng)效率低下,長期低效率運(yùn)行。電機(jī)系統(tǒng)匹配不合理,大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重。從項目的400個案例來看,電機(jī)改進(jìn)的潛力很大,幾乎在一半左右。目前先進(jìn)技術(shù)主要依賴進(jìn)口,價格昂貴,好的技術(shù)應(yīng)用不廣泛。由于制度、技術(shù)、企業(yè)意識等多方面原因,我國電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造改進(jìn)空間很大。若實現(xiàn)運(yùn)行效率提高2個百分點,將在全國范圍節(jié)電200億kWh。

隨著中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，電機(jī)系統(tǒng)用電量約占全國用電量的60%，其中風(fēng)機(jī)用電占全國用電量的10.4%，泵類電機(jī)占20.9%，壓縮機(jī)占9.4%。但是，我國80%以上的電機(jī)產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平低2%～5%，電機(jī)系統(tǒng)效率比國外先進(jìn)水平低10%～20%。因此，我國在提高電機(jī)系統(tǒng)效率、加強(qiáng)系統(tǒng)節(jié)能管理方面有著巨大需求。

事實上，政府鼓勵和扶持社會組織發(fā)展，是完善國家治理體系的重要內(nèi)容，是國家應(yīng)盡的義務(wù)。政府對社會組織的財政資助具有明顯的補(bǔ)貼性質(zhì)，只要其用途完全符合促進(jìn)社會組織發(fā)展的宗旨，其財產(chǎn)所有權(quán)就應(yīng)轉(zhuǎn)移給社會組織。政府作為投入人，可對該項資產(chǎn)的使用做出限定，并監(jiān)督社會組織規(guī)范運(yùn)作。這進(jìn)一步突顯了“社會公共資產(chǎn)”提法的重要性。一味從資產(chǎn)來源角度尋求權(quán)屬界定，必然會陷入“死胡同”，無益于社會資源的投入和社會事業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

高效電機(jī)指有效輸出功率與輸入功率比較高的電機(jī)，主要為高效電動機(jī)。電動機(jī)在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的同時，本身也損耗一部分能量，這些損耗包括繞組損耗、鐵心損耗、風(fēng)磨損耗和負(fù)載雜散損耗。高效電機(jī)和普通電機(jī)相比，在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過程中具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率和更低的能量損耗。目前我國電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)4億多kW，年耗電量達(dá)12 000億kWh，占全國總用電量的60%，占工業(yè)用電量的80%，其中風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)的裝機(jī)總?cè)萘恳殉^2億kW，年耗電量達(dá)8 000億kWh，占全國總用電量的40%左右，因此電動機(jī)上的節(jié)能要求極大，也是節(jié)能效果最能體現(xiàn)的地方。采用新型電機(jī)設(shè)計、新工藝及新材料，通過降低電磁能、熱能、機(jī)械能的損耗來提高輸出效率，高效節(jié)能電機(jī)比傳統(tǒng)電機(jī)效率大約高3%～5%，目前達(dá)到2級能效指標(biāo)電機(jī)的占比不足10%，因此其發(fā)展空間廣闊。

3 電機(jī)節(jié)能技術(shù)

電機(jī)的節(jié)能方法多種多樣，節(jié)能措施也有多項：新購電動機(jī)，應(yīng)首先考慮選用高效節(jié)能電動機(jī)，然后再按需考慮其他性能指標(biāo)，以便節(jié)能電能。提高電動機(jī)本身的效率，如將電動機(jī)自冷風(fēng)扇?？稍谪?fù)荷很小或戶外電動機(jī)在冬季時停用冷風(fēng)扇，有利于降低能耗。

將定子繞組改線成星—三角形星混合串接繞組，按負(fù)荷大小轉(zhuǎn)換星形接法或三角形接法，有利于改善繞組產(chǎn)生的磁動勢波形及降低繞組工作電流，達(dá)到高效節(jié)能的目的。采用其他連續(xù)調(diào)速運(yùn)行方式，如使用調(diào)速器、變極電動機(jī)、電磁耦合調(diào)速器、變頻調(diào)速裝置等。

更換“大馬拉小車”電動機(jī)，電動機(jī)“大馬拉小車”除了浪費電能外，極易造成設(shè)備損壞。另外，合理調(diào)整電動機(jī)配套使用，可使電動機(jī)運(yùn)行在高效率工作區(qū)，達(dá)到節(jié)能的目的。

合理安裝并聯(lián)低壓電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，有效地提高功率因數(shù)，減少無功損耗節(jié)約電能。從接火處通往電能表及通往電動機(jī)的導(dǎo)線截面應(yīng)滿足再流量，且導(dǎo)線應(yīng)盡量縮短，減小導(dǎo)線電阻，降低損耗。以上措施可以分別采用，也可以多項采用。總之，對電動機(jī)采取一些必要的技術(shù)節(jié)能措施，有利于電網(wǎng)的承荷能力，也有利于用戶節(jié)省電費。

老式電動機(jī)的節(jié)能改造：更換電動機(jī)的外風(fēng)扇，將電動機(jī)的外風(fēng)扇改為節(jié)能型，對于不同型號的電動機(jī)，有對應(yīng)的節(jié)能型風(fēng)扇產(chǎn)品可供選用。主要用于單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的2極和4極電動機(jī)，改后可提高效率1.35%～2.55%；采用磁性槽泥代替原來的槽楔，用磁性槽泥進(jìn)行電動機(jī)節(jié)能改造后，可降低電動機(jī)的鐵芯損耗和附加損耗，提高效率，雖然啟動轉(zhuǎn)矩會下降10%～20%，但很適應(yīng)空載或輕載啟動的電動機(jī)改造。

電機(jī)系統(tǒng)變頻器節(jié)能即是通過改動電動機(jī)電源頻率完成速度調(diào)理的，是一種典型的高功率、高性能的調(diào)速手法，電機(jī)系統(tǒng)變頻器節(jié)能是使用電力電子半導(dǎo)體器材的通斷作用來完成電力電能大功率的改換及操控的電子電路設(shè)備，可直觀地進(jìn)行操控和顯現(xiàn)。

正是由于變頻器的這個優(yōu)越性，使得其適用領(lǐng)域越來越寬廣，所采用技術(shù)也不斷拓寬，同時也為追求變頻器的小型化提供了可能性。由于新一代的IGBT采用了漏極-控制極新技術(shù)，使得集電極-射極簡的飽和電壓大為降低，因而采用這種新器件損耗也跟著降低，達(dá)到降低發(fā)熱消除損耗的效果。變頻器在全速運(yùn)行中浪費的電能節(jié)約了下來，也就說這樣可以節(jié)省了一定的電能。尤其是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如恒壓供水系統(tǒng)等，實現(xiàn)了按需拖動，幾乎完全消除了拖動系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的浪費。在變頻器運(yùn)行過程中，實現(xiàn)了進(jìn)一步提高電能變換效率，降低待機(jī)損耗；避免電力公害，盡量減少電流諧波，提高功率因數(shù)；提高電源裝置和系統(tǒng)的電磁兼容性；降低電噪聲，實現(xiàn)高性能可控性的優(yōu)點。變頻器節(jié)能技術(shù)被煉鋼廠所采用，煉鋼廠的除塵風(fēng)機(jī)、水系統(tǒng)、給料系統(tǒng)都應(yīng)用了變頻器這個節(jié)能技術(shù)，變頻器的廣泛應(yīng)用為我國的節(jié)能事業(yè)做出了貢獻(xiàn)，也為節(jié)能變頻器的廣泛推廣提供了有利條件。

據(jù)悉，電機(jī)運(yùn)行所消耗的電量大約占到全世界用電量的50%以上。出于對起動沖擊、過載保護(hù)、系統(tǒng)安全等處于對電機(jī)保護(hù)的原因，高效能的電動機(jī)經(jīng)常在低功率狀態(tài)下運(yùn)行，這種“快馬拉慢車”的情況工業(yè)生產(chǎn)中十分常見。變頻調(diào)速就是通過改變電源頻率調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)平滑調(diào)速方法。根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求，通過實時檢測系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，采用變頻調(diào)速設(shè)備對電動機(jī)的輸入頻率，轉(zhuǎn)速，輸入功率，使得電機(jī)按需輸出，隨時調(diào)節(jié)。避免了低效低能，減少了功率的虛耗，節(jié)省大量的電能。這種技術(shù)被廣泛運(yùn)用于鼠籠型異步電動機(jī)。

由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，只要通過改變電動機(jī)工作電源頻率就可以達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻調(diào)速節(jié)能就是利用這樣的特點。其以變頻器為供電電源的變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)通過改變電源頻率實現(xiàn)平滑地調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能和控制自動的目的。變頻調(diào)速交流電動機(jī)，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、制造成本和運(yùn)行費用低、能在惡劣環(huán)境下可靠運(yùn)行等一系列優(yōu)點。此類電機(jī)效率高、調(diào)速范圍廣、精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、操作和維修方便。定額是以連續(xù)工作制（S1）為基準(zhǔn)的連續(xù)定額。也可以運(yùn)行在S3、S4、S5工況下。常規(guī)電機(jī)額定頻率為50 Hz，可以在3～100Hz范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速，3～50 Hz 為恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，50～100 Hz為恒功率運(yùn)行。變頻電機(jī)適用于驅(qū)動軋鋼、起重、運(yùn)輸、機(jī)床、印染、造紙、化工、紡織、制藥等要求連續(xù)和頻繁正反轉(zhuǎn)的各種機(jī)械設(shè)備上。由于電機(jī)中電流的大小是隨負(fù)載的變化而改變，而電流的大小又直接影響到電機(jī)的消耗功率，實際上也就是電機(jī)消耗的功率也是隨負(fù)載的大小而改變，而在工作實際中負(fù)載的大小并非是一定值，因此要想具體地計算系統(tǒng)的節(jié)能值是比較困難的。變頻調(diào)速器是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。它是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機(jī)的變淺析變頻電機(jī)節(jié)能技術(shù)。變頻調(diào)速是交流電機(jī)調(diào)速方法中的方案，采用變頻器對風(fēng)機(jī)械進(jìn)行調(diào)速對節(jié)約能源，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。變頻調(diào)速技術(shù)制造業(yè)有著非常廣泛的運(yùn)用，因為采用該技術(shù)既對產(chǎn)量有著較大的提高作用，理論上提高5%～10%轉(zhuǎn)速是可行的。也可改善產(chǎn)品質(zhì)量，隨著電機(jī)速度的變化，在生產(chǎn)加工中的電機(jī)速度調(diào)節(jié)具有調(diào)速跨度大、調(diào)節(jié)精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，相應(yīng)的也就提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。變頻調(diào)速特別適宜使用于常規(guī)電機(jī)功能無法企及的場合，由于變頻技術(shù)自動化程度高，易于實現(xiàn)無人操作，所以變頻調(diào)速具備了在惡劣環(huán)境以及精確位置控制系統(tǒng)場合使用的能力。

電機(jī)是電氣化時代的主要動力機(jī)械，也是電網(wǎng)主要耗能設(shè)備。電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、公用設(shè)施和家用電氣的各個領(lǐng),電機(jī)系統(tǒng)用電量約占我國總用電量的60%以上,已成為我國實施節(jié)能減排工程重點關(guān)注領(lǐng)域。據(jù)了解，我國目前約有6成的電機(jī)在低于設(shè)計額定負(fù)荷60%的負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，導(dǎo)致高達(dá)30%的用電被浪費掉。而由于長期低電壓運(yùn)轉(zhuǎn)，全國每年被燒毀電機(jī)數(shù)量在20萬臺次以上，因此花費的修理費達(dá)20億元左右，造成的高達(dá)100億元級停工停產(chǎn)損失。因此，在缺電形勢下研發(fā)推廣低壓電機(jī)節(jié)能技術(shù)，是我國當(dāng)前推進(jìn)節(jié)能型社會構(gòu)建的重要目標(biāo)。經(jīng)長期研究與大量推廣應(yīng)用證明，運(yùn)行在“三低”情況下的異步電機(jī)，只有裝上增容補(bǔ)償節(jié)電器，才是徹底解決問題的辦法，而且是一種安全可靠，簡便易行，投資少，見效快的節(jié)電措施。補(bǔ)償后功率因數(shù)可提高到0.95～0.98.這是異步點擊所需要的勵磁無功功率和漏磁所消耗的無功功率可有節(jié)電器直接來提供，不必再與相距電機(jī)較遠(yuǎn)的變壓器進(jìn)行交換，這樣即可減少線損和變損而節(jié)電，又可增加變電器的容量，平均節(jié)電30%以上，變壓器可增容30%，導(dǎo)線截面積可減少30%左右，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，延長電機(jī)、交流接觸器、變壓器及導(dǎo)線使用壽命。若將集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償、就地補(bǔ)償同時結(jié)合使用，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益可大大提高。企業(yè)實施節(jié)能改進(jìn),不僅可以降低能耗成本,而且有助于緩解政府能源供應(yīng)和建設(shè)壓力,對減少廢氣污染保護(hù)環(huán)境也有巨大的現(xiàn)實意義。

4 電機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展前景及趨勢

電機(jī)耗電占社會總耗電量的60%以上，這一數(shù)字使節(jié)能電機(jī)成了市場的焦點。不過，價格過高、商業(yè)環(huán)境不成熟、扶持政策不到位等因素令高效節(jié)能電機(jī)的推廣舉步維艱。電機(jī)用電量占社會總用電量的比例通常達(dá)60%～70%，當(dāng)然是中國節(jié)能運(yùn)動的重頭戲，毫無懸念地躋身于全國十大節(jié)能重點工程。作為工業(yè)設(shè)備最主要的動力源，電機(jī)的裝機(jī)量巨大，且與國民經(jīng)濟(jì)水平的相關(guān)性極高。在中國政府高調(diào)開展節(jié)能減排的大背景下，發(fā)展節(jié)能電機(jī)如箭在弦上，引而待發(fā)。一時間，“節(jié)能電機(jī)有望加速全面取代傳統(tǒng)電機(jī)”的聲音不絕于耳，也引起了全社會的關(guān)注。然而，節(jié)能電機(jī)之路卻并不樂觀，政策困境、企業(yè)的技術(shù)實力、全社會的商業(yè)成熟度都制約著這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。挖掘商業(yè)機(jī)會需要對產(chǎn)業(yè)內(nèi)在狀況有更深入的理解。為了推廣節(jié)能電機(jī)，我國對普通標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)制定了強(qiáng)制性新標(biāo)準(zhǔn)，其中高效節(jié)能電機(jī)的平均效率為90.5%，相比傳統(tǒng)Y系列電機(jī)的平均效率大約提高了3%，達(dá)到了發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品的水平。高效節(jié)能電機(jī)的價格較傳統(tǒng)電機(jī)平均高20%～30%，但通過節(jié)省電費支出，基本在1年內(nèi)即能消化回收多支出的購置費用。據(jù)經(jīng)驗測算，以電機(jī)產(chǎn)品壽命10年計，通常購置、安裝、維護(hù)費用占總費用的3%，電費占97%。以10 kW電機(jī)為例，假定普通電機(jī)購置價格為2 100元，高效節(jié)能電機(jī)購置價格為2 600元，年運(yùn)行時間為3000小時，工業(yè)電價為0.6元/kWh，電機(jī)效率提高3%，則購置成本回收時間只需0.93 a。

盡管從長期看，節(jié)能電機(jī)有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但中國企業(yè)生產(chǎn)高效節(jié)能電機(jī)的積極性仍然不高。國家政策在高效節(jié)能電機(jī)的推廣過程中起決定性作用，實際情況中，多種因素導(dǎo)致了中國高效節(jié)能電機(jī)的推廣難。電機(jī)的銷售渠道主要有3類：終端用戶占5%，代理商約占15%，下游產(chǎn)業(yè)的機(jī)械設(shè)備配套商占80%。電機(jī)作為各種工業(yè)設(shè)備的主要部件，其下游產(chǎn)業(yè)主要是各種工業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。其中風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)和空調(diào)制冷機(jī)對電機(jī)產(chǎn)品的需求量最大，其耗電量分別占全國總耗電量的10.4%、20.9%、9.4%和6%。而工業(yè)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)業(yè)競爭大都非常激烈，對上游的電機(jī)價格非常敏感，大多難以承受價格高20%～30%的節(jié)能電機(jī)。因此，價格因素成了高效節(jié)能電機(jī)在國內(nèi)推廣的最大障礙。另一方面，國內(nèi)企業(yè)普遍缺乏節(jié)能意識，決策時很少考慮隱性成本?；趥鹘y(tǒng)的價格招標(biāo)采購模式，必然導(dǎo)致價格低廉的電機(jī)產(chǎn)品勝出。面對國內(nèi)市場需求不足，生產(chǎn)高效節(jié)能電機(jī)的企業(yè)從一開始就不得不開拓國外市場，產(chǎn)品出口比例曾一度高達(dá)95%以上，目前出口比例仍在70%以上。

在全球降低能耗的背景下，高效節(jié)能電機(jī)成為全球電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識。西方發(fā)達(dá)國家都相繼制定了電動機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)與能效標(biāo)識制度，明確了電機(jī)節(jié)能與效率提高的時間表、執(zhí)行方式與實施范圍。電機(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛，覆蓋生產(chǎn)生活的各個方面，不同的電機(jī)應(yīng)著不同的功能要求而出現(xiàn)。機(jī)床、軋鋼機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、印刷機(jī)、水泵、抽油機(jī)、起重機(jī)、傳送帶、生產(chǎn)線等設(shè)備上大量使用電動機(jī)；高層建筑的電梯、滾梯由電動機(jī)牽引，賓館自動門、旋轉(zhuǎn)門也靠電動機(jī)驅(qū)動；電動汽車由電機(jī)驅(qū)動；醫(yī)療設(shè)備中的心電機(jī)、X光機(jī)、CT、牙科手術(shù)工具、滲析機(jī)、呼吸機(jī)、電動輪椅等等，也都離不開電動機(jī)作為動力。節(jié)能減排是中國政府近幾年工作的重點內(nèi)容，其中，工業(yè)節(jié)能又是節(jié)能減排工作的重中之重，而在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能又是工業(yè)節(jié)能最重要的內(nèi)容，國家相繼出臺了一些政策落實節(jié)能減排工作。在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方面，中國相繼出臺了一些指導(dǎo)政策，加快了淘汰低效電機(jī)及拖動設(shè)備的速度，加強(qiáng)了高效節(jié)能電機(jī)推廣力度；財政部和國家發(fā)改委將高效、超高效電機(jī)應(yīng)用列入惠民工程；工業(yè)和信息化部也先后發(fā)布了兩批“高耗能落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄”；財政部和國家發(fā)改委又將高效電機(jī)納入節(jié)能產(chǎn)品惠民工程實施范圍；節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中將電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能列入重點節(jié)能九大工程，提出示范推廣稀土永磁無鐵芯電機(jī)、電動機(jī)用鑄銅轉(zhuǎn)子技術(shù)等高效節(jié)能電機(jī)技術(shù)和設(shè)備。

我國能源生產(chǎn)和消費已列世界第二，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了工業(yè)生產(chǎn)和人民生活發(fā)展的需要，在能源十分緊張的情況下，卻因為在節(jié)能方面的巨大差距，造成單位產(chǎn)值能耗太大，每年的能源浪費驚人。能源短缺和環(huán)境污染是人類當(dāng)前面臨的共同的世紀(jì)性難題。上世紀(jì)70年代以來兩次世界性的能源危機(jī)以及當(dāng)前環(huán)境問題的嚴(yán)重性，引起世界各國對節(jié)能技術(shù)的廣泛關(guān)注。我國提出了不斷提高能源利用效率和效益的節(jié)能目標(biāo)，而節(jié)能工作的重點則放在推行量大面廣的節(jié)能技術(shù)上。如相當(dāng)一部分的風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載，由于采取恒速驅(qū)動，浪費掉大量的電能。這類拖動系統(tǒng)約占工業(yè)電力拖動總量的50%，如果采用調(diào)速節(jié)能技術(shù)則至少可節(jié)約20%以上的電能。其中一項重要措施就是要逐步實現(xiàn)電動機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，發(fā)展電機(jī)調(diào)速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術(shù)，只有這樣才能以較低的能源消費彈性系數(shù)和較大的節(jié)能量來長期支持國民經(jīng)濟(jì)快速、健康、持續(xù)的發(fā)展。

近10年來，現(xiàn)代電力電子技術(shù)開始向高頻、高效（低開關(guān)損耗）、高功率因數(shù)、高功率密度（組合集成化）及高壓大功率方向迅速發(fā)展。以GTO、JT、MOSFET為代表的自關(guān)斷器件得到長足的發(fā)展，尤其是以IGBT為代表的雙極型復(fù)合器件的驚人發(fā)展，使得電力電子器件正沿著大容量、高頻、易驅(qū)動、低損耗、智能模塊化的方向前進(jìn)。伴隨著電力電子器件的飛速發(fā)展，大功率逆變器及交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也日趨高性能化。

近年來，國民經(jīng)濟(jì)各部門對風(fēng)機(jī)和水泵需求不斷增長，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，全國風(fēng)機(jī)、水泵電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s35 000 MW，耗電量約占全國電能耗量的40%左右。以火力發(fā)電廠為例，據(jù)統(tǒng)計全國火力發(fā)電廠的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)、鍋爐給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵和灰漿泵等的配套高壓電動機(jī)總?cè)萘考s為15000MW，這些設(shè)備為長期連續(xù)運(yùn)行但常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，因此其節(jié)能潛力很大。據(jù)估計通過變頻器調(diào)速提高風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)運(yùn)行效率的節(jié)能潛力每年可達(dá)300～500億kWh，相當(dāng)于6～10座裝機(jī)容量為1 000 MW級的大型火力發(fā)電廠的年發(fā)電總量。因此大力推廣變頻器特別是高壓變頻器的應(yīng)用十分有意義。目前國際上對高壓電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究非常活躍，變頻器種類繁多。我國高壓電動機(jī)多為6 kV和10kV等級，由于受到電力電子器件耐壓限制，尚難以實現(xiàn)該等級變頻器的直接高壓輸出。而單元串聯(lián)式多電平變頻器的輸出電壓可達(dá)到10kV甚至更高，且輸入、輸出波形好，對電網(wǎng)的諧波污染小，因此在我國得到廣泛應(yīng)用。國際上該技術(shù)比較成熟，輸出電壓可達(dá)14.4 kV，變頻器采用水冷技術(shù)，單機(jī)最大容量可達(dá)15 000 kW。我國采用空冷技術(shù)，變頻器驅(qū)動的電動機(jī)功率在3 500 kW以下。國外變頻器基本已做到開環(huán)、閉環(huán)以及無速度傳感器控制三位一體的控制，而我國的產(chǎn)品大多仍是普通的V/ F控制方式。業(yè)內(nèi)在變頻器調(diào)速系統(tǒng)方面已開展了許多研究，當(dāng)務(wù)之急是如何將理論知識轉(zhuǎn)化為工業(yè)產(chǎn)品，提高我國變頻器的性能和質(zhì)量。變頻器發(fā)展對與之配套的電動機(jī)提出了新的要求。以往對配套電動機(jī)的研究，主要在減小變頻器供電電源的諧波分量所引起的電動機(jī)損耗增加、溫升升高、振動加大、噪聲增大以及諧波轉(zhuǎn)矩增大等方面。近年來，隨著IGBT在變頻器中的應(yīng)用，載波頻率甚至高達(dá)20 K，由此帶來一系列負(fù)面影響，如高頻的PWM脈沖波嚴(yán)重影響電動機(jī)的絕緣和壽命，變頻器輸出的共模電壓，形成軸電流，造成軸承點蝕，從而縮短電動機(jī)壽命。此外變頻電動機(jī)的供電電源經(jīng)高頻調(diào)制，其性能測試方法不同于工頻電機(jī)，急需研制適合變頻電機(jī)性能測試的方法和檢測儀器。

5 結(jié)語

交流異步電動機(jī)被人們廣泛地使用來拖動工作機(jī)械，中國是一個中小型電機(jī)的生產(chǎn)大國，也是一個中小型電機(jī)的使用大國。電機(jī)作為主要的驅(qū)動動力源，交流電動機(jī)耗用的電能已占全國總發(fā)電量的60%以上,可我國80%以上的電機(jī)產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平低2～3個百分點。伴隨我國經(jīng)濟(jì)的高速增長,資源能源消耗、生態(tài)環(huán)境惡化已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因素和最大障礙。節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和提高經(jīng)濟(jì)效益，開發(fā)和推廣高效節(jié)能電機(jī)已是勢在必行，意義巨大。

節(jié)能信息與動態(tài)

金山區(qū)加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度

今年來，金山區(qū)采取多項措施加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，著力改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

（1）提升行業(yè)準(zhǔn)入門檻。完善新建項目環(huán)保管控體系，實施項目準(zhǔn)入清單，高標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)新項目，提高產(chǎn)業(yè)集聚度。完善“三委四局一中心”會審制度，嚴(yán)格實行建設(shè)項目落戶一票否決制。

（2）加強(qiáng)常態(tài)管理。監(jiān)督杜絕“未批先建”和“未批先開”情況，堅決停建或依法取締產(chǎn)能嚴(yán)重過剩行業(yè)的違規(guī)建設(shè)項目，全面清理整、頓違反環(huán)評制度和“三同時”制度的建設(shè)項目。

（3）積極引導(dǎo)升級改造。引導(dǎo)企業(yè)加大節(jié)能改造，使用綠色能源、清潔技術(shù)，降低產(chǎn)品單耗、產(chǎn)值能耗，逐步實現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型發(fā)展。全面落實環(huán)境整治工作方案，加快實施新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整3年行動。

（金山）

Energy Saving Technology and Developing Trend of Electrical Motor

Luo Lipei
Dongfeng Motor Co.,Ltd

The article introduces huge potential of developing energy saving electrical motor and points out that there are 100 billion currency level market of energy saving electrical motor to be developed energy saving electrical motor. The author describes technical countermeasures of electrical motor energy saving and finally introduces developing prospect and trend of electrical motor energy saving technologies.

Electrical Motor, Conservation Technology, Developing Trend

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.08.001