電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能綜述-陳偉華

1、電機(jī)及其系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)發(fā)展綜述電機(jī)及其系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)發(fā)展綜述陳偉華陳偉華全國(guó)旋轉(zhuǎn)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)全國(guó)旋轉(zhuǎn)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)中小型電機(jī)分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)中小型電機(jī)分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司20082008年年9 9月月上海上海主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、概述一、概述二、工業(yè)電機(jī)本體節(jié)能關(guān)注的主要產(chǎn)品二、工業(yè)電機(jī)本體節(jié)能關(guān)注的主要產(chǎn)品三、三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用三、三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用四、稀土永磁電動(dòng)機(jī)四、稀土永磁電動(dòng)機(jī)五、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)五、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)六、電機(jī)系

2、統(tǒng)節(jié)能及分析方法六、電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能及分析方法七、結(jié)束語(yǔ)七、結(jié)束語(yǔ)一、概述1、電機(jī)及其系統(tǒng)節(jié)能潛力IEC60034-30指出：全世界工業(yè)用電動(dòng)機(jī)消耗了總發(fā)電量的3040%，其系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能潛力可達(dá)到3060%；國(guó)際能源署電動(dòng)機(jī)工作組報(bào)告 ：電動(dòng)機(jī)通過(guò)改善效率結(jié)合變頻調(diào)速可以節(jié)約世界范圍內(nèi)7的電能，其中1/41/3的節(jié)約可來(lái)自于改善電動(dòng)機(jī)的效率。 電機(jī)系統(tǒng)是將不同部件或子系統(tǒng)組合在一起使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)，被拖動(dòng)裝置，傳動(dòng)控制系統(tǒng)以及管網(wǎng)負(fù)荷，主要用于：流體運(yùn)動(dòng)（泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等）；物料加工（如切削、攪拌、研磨、鉆等）；物流輸送（如傳送帶、電梯等）。因此，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能涉及多學(xué)科、多專

3、業(yè)、多領(lǐng)域，不同工況、不同負(fù)載特性、不同工藝過(guò)程、不同應(yīng)用場(chǎng)所所采用的節(jié)能措施是不同的。綜合起來(lái)主要考慮如表所示的措施：電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能措施典型節(jié)能量1系統(tǒng)安裝或更新高效電機(jī)28%正確選型、負(fù)載匹配節(jié)能量較大調(diào)速驅(qū)動(dòng)1050%高效機(jī)械傳動(dòng)/減速器210%電能質(zhì)量控制0.53%高效終端設(shè)備（比如泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等）節(jié)能量較大高效管網(wǎng)節(jié)能量較大2系統(tǒng)操作和維護(hù)潤(rùn)滑、校正、調(diào)整15%注1：具體節(jié)能措施可能是上述一種或多種措施的組合。 2、工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)的耗電情況 歐盟“提高高效電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)份額”，SAVE研究報(bào)告顯示: 工業(yè)用電動(dòng)機(jī)消耗電能占工業(yè)用電消耗的73%。工業(yè)部門(mén)的電機(jī)消耗情況電機(jī)73%其他

4、用電設(shè)備27%電機(jī)其他用電設(shè)備按行業(yè)分類，歐盟各行業(yè)消耗電能的比例為：歐盟工業(yè)電力消費(fèi)量造紙和印刷13%鋼鐵12%機(jī)械和金屬10%食品和煙草9%非金屬礦8%其它行業(yè)28%化工20%各行業(yè)電機(jī)和其他用電設(shè)備消耗電能的情況 ：工業(yè)部門(mén)的電力消費(fèi)量020406080100120140160180非金屬礦造紙和印刷食品和煙草化工鋼鐵機(jī)械和金屬萬(wàn)億瓦時(shí)/年電機(jī)其它用電設(shè)備中國(guó)是個(gè)發(fā)展中國(guó)家，相對(duì)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)工業(yè)發(fā)展比中國(guó)第三產(chǎn)業(yè)和占人口6070%的農(nóng)村要快很多。因此，工業(yè)用電動(dòng)機(jī)消耗的電能的比例應(yīng)比發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)更高（估計(jì)占總發(fā)電量的40%以上），且工業(yè)各不同行業(yè)的結(jié)構(gòu)和總量比例也與發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)

5、不同。 注：上述數(shù)據(jù)僅供參考。3、我國(guó)現(xiàn)狀和國(guó)家推動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的主要內(nèi)容據(jù)中國(guó)電監(jiān)會(huì)2008年4月公布的數(shù)據(jù)：截至到2007年底，中國(guó)發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量為7.13億千瓦，中國(guó)電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量按最保守估算應(yīng)在10億千瓦以上。這是因?yàn)椋簭?003年到2007年，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)規(guī)模以上企業(yè)生產(chǎn)的交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量已累計(jì)達(dá)到7億千瓦，除小部分出口外，大部分在國(guó)內(nèi)銷售，且大量電機(jī)隨進(jìn)口機(jī)電設(shè)備進(jìn)入中國(guó)；按發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量比例的通用算法為1：2.54估算，電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)在18億千瓦以上，但考慮電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)和安裝要滯后于發(fā)電機(jī)一定時(shí)間，故實(shí)際電動(dòng)機(jī)安裝量會(huì)少些；我國(guó)發(fā)電行業(yè)這些年始終處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，如按平

6、均每年發(fā)電5千小時(shí)，其中60%用于電動(dòng)機(jī)，全部在用電動(dòng)機(jī)年平均運(yùn)行時(shí)間約為1500小時(shí)2000小時(shí)，電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量應(yīng)為11億15億千瓦之間。如果70%用于電動(dòng)機(jī)，則其裝機(jī)容量為12.817億千瓦之間。因此，目前國(guó)內(nèi)各種文獻(xiàn)中將中國(guó)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)有裝機(jī)容量認(rèn)為是4.2億千瓦是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售的高效電機(jī)占電動(dòng)機(jī)總銷量的1%左右。98%以上電機(jī)產(chǎn)品是普通效率電動(dòng)機(jī)，比美國(guó)的高效電機(jī)效率低3%，比超高效電機(jī)效率低5%；風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)外先進(jìn)水平低35個(gè)百分點(diǎn)；電機(jī)傳動(dòng)調(diào)速及系統(tǒng)控制技術(shù)差距較大，系統(tǒng)效率比國(guó)外先進(jìn)水平低2030%，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大。國(guó)家發(fā)改委啟

7、動(dòng)了“十一五”國(guó)家十大重點(diǎn)節(jié)能工程，電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程是其中之一，該工程的主要內(nèi)容是：1）更新淘汰低效電動(dòng)機(jī)及高耗電設(shè)備：推廣高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)、稀土永磁電動(dòng)機(jī)，高效風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)，高效傳動(dòng)系統(tǒng)等。更新淘汰低效電動(dòng)機(jī)及高耗電設(shè)備；采用高效節(jié)能電機(jī)及系統(tǒng)相關(guān)節(jié)電設(shè)備新裝電機(jī)系統(tǒng)。逐步限制并禁止落后低效產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售和使用。對(duì)老舊設(shè)備更新改造，重點(diǎn)是高耗電中小型電機(jī)及風(fēng)機(jī)、泵類系統(tǒng)的更新改造及定流量系統(tǒng)的合理匹配。 2）提高電機(jī)系統(tǒng)效率：推廣變頻調(diào)速、永磁調(diào)速等先進(jìn)電機(jī)調(diào)速技術(shù)，改善風(fēng)機(jī)、泵類電機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，逐步淘汰閘板、閥門(mén)等機(jī)械節(jié)流調(diào)節(jié)方式。重點(diǎn)對(duì)大中型變工況電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速改造，合理匹配電

8、機(jī)系統(tǒng)，消除“大馬拉小車”現(xiàn)象。3）被拖動(dòng)裝置控制和設(shè)備改造：以先進(jìn)的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式改造傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式，逐步采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速。采用高新技術(shù)改造拖動(dòng)裝置，重點(diǎn)是大型水利排灌設(shè)備、電機(jī)總?cè)萘?0萬(wàn)千瓦以上大型企業(yè)的示范改造等。4）優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制：推廣軟啟動(dòng)裝置、無(wú)功補(bǔ) 償裝置、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)等，通過(guò)過(guò)程控制合理配置能量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。5）重點(diǎn)改造領(lǐng)域?yàn)椋弘娏Γ苯?，有色，煤炭，石油、石化、化工，機(jī)電， 輕工，企業(yè)空調(diào)和通風(fēng)、樓宇集中空調(diào)的電機(jī)系統(tǒng)改造等。從上述電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程的主要內(nèi)容和措施來(lái)看：主要針對(duì)的是工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能潛力最大，但由于涉及到各行業(yè)，

9、各種復(fù)雜多樣的工況，不同的負(fù)載特性，千差萬(wàn)別的工藝過(guò)程，各種各樣的電機(jī)系統(tǒng)，因此，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能雖然復(fù)雜，但也可將其分為電機(jī)產(chǎn)品本體節(jié)能，被拖動(dòng)設(shè)備及傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能，管網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)能，以及系統(tǒng)內(nèi)不同部件或子系統(tǒng)合理匹配的節(jié)能，系統(tǒng)控制方式的節(jié)能等。二、工業(yè)電機(jī)本體節(jié)能關(guān)注的主要產(chǎn)品工業(yè)電機(jī)本體節(jié)能關(guān)注的主要產(chǎn)品 縱觀世界各國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能都是率先從電機(jī)產(chǎn)品本體節(jié)能開(kāi)始。 據(jù)Eu-25(2006)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，歐盟在用的工業(yè)電動(dòng)機(jī)中：工業(yè)用電動(dòng)機(jī)種類比例單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)4%三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)83%同步電動(dòng)機(jī)5%直流電動(dòng)機(jī)3.8%交直流兩用電動(dòng)機(jī)4%交流電動(dòng)機(jī)9

10、6.2%說(shuō)明：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分籠型和繞線型轉(zhuǎn)子兩種，而籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有成本較低，可靠性好，維護(hù)簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)速驅(qū)動(dòng)易于控制等優(yōu)點(diǎn)，且三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)消耗的電能占全部工業(yè)電動(dòng)機(jī)消耗電能的90%以上.因此，世界各國(guó)都將提高三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率作為提高電機(jī)本體效率研究的重中之重。除此之外，近十多年來(lái)發(fā)展較快的節(jié)能電機(jī)還有稀土永磁電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等。1 1、三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)我國(guó)傳統(tǒng)上把它歸于中小型異步電動(dòng)機(jī)的范疇，一般是按機(jī)座號(hào)（軸中心高（mm）來(lái)劃分： 說(shuō)明：還有1140V和3300V供電的電機(jī)，但不是主流產(chǎn)品。近年來(lái)，隨著大電流變頻器技術(shù)的發(fā)展和

11、提高，低壓變頻器的較大價(jià)差及可靠性等因素，國(guó)外如西門(mén)子、ABB等公司率先推出了低壓大功率電機(jī)，將低壓電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)從355擴(kuò)展到450，甚至于500及以上，功率從315kW擴(kuò)展到1000kW，近年還出現(xiàn)2000kW及以上的低壓大功率電機(jī)。中小型電機(jī)劃分中小型電機(jī)劃分小型電機(jī)（低壓小型電機(jī)（低壓220/380V220/380V）中型電機(jī)（高壓中型電機(jī)（高壓6KV/10KV6KV/10KV）九十年代前九十年代前中心高中心高/mm/mm功率范圍功率范圍中心高中心高/mm/mm功率范圍功率范圍80315803150.55200kW0.55200kW355630 355630 2001600kW20016

12、00kW九十年代后九十年代后中心高中心高/mm/mm功率范圍功率范圍中心高中心高/mm/mm功率范圍功率范圍63355633550.12315kW0.12315kW355710355710、800800、900900、100010001602500kW1602500kW 三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)除作為一般驅(qū)動(dòng)外，還可根據(jù)不同的負(fù)載要求，派生出如變極調(diào)速，電磁調(diào)速，高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，高轉(zhuǎn)差率，電磁制動(dòng)，齒輪減速等各種類型的品種。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的高速發(fā)展，三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)越來(lái)越多地被用作變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 IEC把三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)分成二類：為一般用途設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，這類電動(dòng)機(jī)適宜在恒頻正弦波供電

13、電壓下運(yùn)行，也可用于變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，IEC60034-17：2002（GB/T20161-2006）“變頻器供電的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用導(dǎo)則”規(guī)定了這類電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用規(guī)范。為變頻器供電專用設(shè)計(jì)的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，IEC60034-25：2004（GB/T21209-2007）“變頻器供電籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和性能導(dǎo)則”描述了1000V及以下電壓源型變頻器供電專用多相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能特征和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。2 2、統(tǒng)一全球標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一全球標(biāo)準(zhǔn)世界各國(guó)已相繼制訂了低壓三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)NEMA，EPACT，加拿大CSA，歐盟CEMEP，澳大利亞和新西蘭的AS/NE，日本JIS和中國(guó)的GB標(biāo)準(zhǔn)等，但

14、由于存在較大差異，而使得電機(jī)的全球貿(mào)易存在障礙和困惑。為了統(tǒng)一全球電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，IEC于2006年成立了IEC/TC2 WG31工作組，專門(mén)制訂IEC60034-30“單速，三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的能效分級(jí)（IE代碼）”標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)了近3年的努力，工作組已于2008年7月完成了該標(biāo)準(zhǔn)的FDIS的文本，交予各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)組織投票，2008年9月投票結(jié)束，通過(guò)后將于2008年底正式發(fā)布。由于考慮到以下幾點(diǎn)：小功率電機(jī)多為單相家用電器電機(jī)，且不屬于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，節(jié)電效果不明顯；8極電機(jī)占市場(chǎng)份額等于或少于1%，且能通過(guò)對(duì)4極和6極電機(jī)調(diào)速控制而達(dá)到8極轉(zhuǎn)速；大于375kW電機(jī)效率提高有限。因此，該標(biāo)準(zhǔn)（IEC600

15、34-30）適用范圍為：額定電壓1000V及以下，輸出功率0.75kW375kW，極數(shù)為2、4、6極，S1連續(xù)工作制或S3斷續(xù)工作制（負(fù)載持續(xù)率為80%及以上）。該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍明確規(guī)定不包括IEC60034-25標(biāo)準(zhǔn)研究的電機(jī)，即不包括為變頻器供電專用設(shè)計(jì)的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。3 3、統(tǒng)一效率指標(biāo)、統(tǒng)一效率指標(biāo) 在IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)制訂之前，世界不同國(guó)家和地區(qū)電機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)效率指標(biāo)值存在一定差異。 美國(guó)、歐盟和澳大利亞對(duì)于電源頻率50Hz情況下電機(jī)效率隨輸出功率的變化曲線： 從上圖可知：各地電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)不但效率值不同覆蓋的電機(jī)功率范圍也不同歐盟標(biāo)準(zhǔn)不包括6極電機(jī)中國(guó)GB18613-2006

16、電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)中：功率在1.1 kW90 kW，極數(shù)為2、4極的電動(dòng)機(jī)的能效2級(jí)和能效3級(jí)分別直接采用了歐盟的eff1和eff2的效率標(biāo)準(zhǔn)。2、4極的其它功率范圍和6極的效率指標(biāo)參考了澳大利亞與新西蘭的AS/NE 1359.5同類標(biāo)準(zhǔn)。IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定將電動(dòng)機(jī)能效分為IE1、IE2、IE3三個(gè)等級(jí)，并分50Hz和60Hz兩套體系，分別用于電源頻率50Hz和60Hz的國(guó)家和地區(qū)，其中IE1為標(biāo)準(zhǔn)效率，IE2為高效，IE3為超高效率。對(duì)50Hz電源：IE1的能效水平相當(dāng)于歐盟的eff2（即我國(guó)的能效3級(jí)）；IE2的能效水平相當(dāng)于歐盟的eff1（即我國(guó)的能效2級(jí)），但因?yàn)槎叩臏y(cè)試方法不

17、同所以IE1和eff2，IE2和eff1的效率數(shù)值也不同，IE3能效水平歐盟現(xiàn)無(wú)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)60Hz電源：IE2與美國(guó)EAPACT能效水平相同；IE3與美國(guó)的NEMA PRIMIER水平相同；美國(guó)無(wú)IE1效率水平的電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，故IE1采用了巴西的標(biāo)準(zhǔn)。4 4、統(tǒng)一測(cè)試方法、統(tǒng)一測(cè)試方法 IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)要求效率的測(cè)試方法要參照IEC60034-2-1(2007版) 并規(guī)定：對(duì)IE1及以下能效指標(biāo)的電動(dòng)機(jī)可以采用中和低不確定度的測(cè)試方法，對(duì)于IE2及以上效率指標(biāo)的電動(dòng)機(jī)，只能采用低不確定度的測(cè)試方法。 IEC60034-2-1(2007版):取消了歐盟及中國(guó)能效現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)所依據(jù)的按輸入功

18、率0.5%估算雜散損耗的測(cè)試方法，明確反轉(zhuǎn)法為高不確定度的雜散損耗測(cè)試方法。歐盟新推出的EH-star法為中不確定度的雜散損耗測(cè)試方法美國(guó)的IEEE112B法為低不確定度的雜散損耗測(cè)試方法。中國(guó)的現(xiàn)行電機(jī)產(chǎn)品Y2、Y3、YX3系列都是以輸入功率的0.5%估算雜散損耗，作為產(chǎn)品的測(cè)試值。Y系列電機(jī)原采用反轉(zhuǎn)法測(cè)量雜散損耗，2008年公布的新修訂的Y系列產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)改用以輸入功率的0.5%估算雜散損耗。IEC60034-30的FDIS文件已發(fā)布，國(guó)際投票定于2008年7月25日9月26日進(jìn)行，此標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)過(guò)2年多3次國(guó)際工作組的討論，通過(guò)應(yīng)無(wú)懸念，預(yù)計(jì)在2008年底正式發(fā)布。屆時(shí)，全球?qū)⒕哂幸粋€(gè)各國(guó)都應(yīng)

19、該遵守的統(tǒng)一的電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法。5 5、世界各國(guó)推進(jìn)高效電動(dòng)機(jī)的情況、世界各國(guó)推進(jìn)高效電動(dòng)機(jī)的情況各國(guó)現(xiàn)有相關(guān)法規(guī)和自定規(guī)則及實(shí)施情況（為2006年的數(shù)據(jù)） 國(guó)家國(guó)家/ /地區(qū)地區(qū)強(qiáng)制（實(shí)施年度）強(qiáng)制（實(shí)施年度）自愿協(xié)議（實(shí)施年度）自愿協(xié)議（實(shí)施年度） 市場(chǎng)份額市場(chǎng)份額美國(guó)美國(guó)EPAct-High EfficiencyEPAct-High Efficiency（19971997）高效高效NEMA Premium(2011)NEMA Premium(2011)超高超高效效NEMA Premium(2001)NEMA Premium(2001)超高效超高效NEMA PremiumNEMA P

20、remium超高效超高效(16%) (16%) EPACT(54%)EPACT(54%)加拿大加拿大EPAct-High EfficiencyEPAct-High Efficiency高效高效NEMA Premium(2001)NEMA Premium(2001)超高效超高效NEMA PremiumNEMA Premium超高效超高效(16%)(16%)EPACT(54%)EPACT(54%)墨西哥墨西哥EPAct-High EfficiencyEPAct-High Efficiency（19981998）高效高效NEMA Premium(2003)NEMA Premium(2003)超高效超

21、高效n.a.n.a.歐盟歐盟Efficiency Efficiency Classification and Classification and market reduction market reduction of EFF3 (1998)of EFF3 (1998)EFF1(9%)EFF1(9%)、EFF2(87%)EFF2(87%)For CEMEP agreement For CEMEP agreement members CEMP members CEMP 協(xié)議成員國(guó)協(xié)議成員國(guó)國(guó)家國(guó)家/ /地區(qū)地區(qū)強(qiáng)制（實(shí)施年度）強(qiáng)制（實(shí)施年度）自愿協(xié)議（實(shí)施年度）自愿協(xié)議（實(shí)施年度）市場(chǎng)份額市場(chǎng)

22、份額澳大利亞澳大利亞High efficiencyHigh efficiency（20062006）高效高效Premium efficiency Premium efficiency (2006)(2006)超高效超高效PremiumPremium（10%10%）超高效超高效High efficiencyHigh efficiency（32%32%）高效高效Standard (58%)Standard (58%)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 新西蘭新西蘭High efficiencyHigh efficiency（20062006）高效高效Premium efficiency Premium efficiency

23、 (2006)(2006)超高效超高效n.a.n.a. 巴西巴西High efficiency High efficiency 高高效效High efficiencyHigh efficiency（15%15%）高效高效 中國(guó)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)效率（標(biāo)準(zhǔn)效率（20022002）高效率（高效率（20102010） 高效率（高效率（20022002）超高效（超高效（20102010） 高效（高效（1%1%）標(biāo)準(zhǔn)效率（標(biāo)準(zhǔn)效率（99%99%） 韓國(guó)韓國(guó)S t a n d a r d S t a n d a r d efficiency(1996)efficiency(1996)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) High (10%)H

24、igh (10%)高效高效Standard (90%) Standard (90%) 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 從表2可以看出： 世界各國(guó)都制訂相應(yīng)法規(guī)來(lái)提高高效甚至超高效電動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)份額美國(guó)、加拿大推進(jìn)最快（高效電機(jī)占市場(chǎng)份額54%，超高效占16%）中國(guó)較慢（高效電機(jī)僅達(dá)1%），中國(guó)市場(chǎng)上電動(dòng)機(jī)效率水平僅為IE1（平均效率為87%）。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2007年中國(guó)生產(chǎn)交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量為1.88億千瓦。據(jù)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)中小型電機(jī)分會(huì)測(cè)算其中在IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍（與GB18613-2006略有差異）內(nèi)的電動(dòng)機(jī)（只含低壓、單速、2、4、6極三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，且不包括變頻專用電動(dòng)機(jī)）約為1億千瓦

25、以上，分布在近3000家電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，其中60多家電機(jī)廠生產(chǎn)了這1億千瓦的80%的產(chǎn)量。按照中國(guó)節(jié)能中長(zhǎng)期規(guī)劃的要求，到2010年電動(dòng)機(jī)效率水平應(yīng)達(dá)到IE2（平均效率為90%左右），并推廣IE3（平均效率近92%）效率的電動(dòng)機(jī)，顯然，差距還非常大。因此，需要強(qiáng)制性法規(guī)，政府執(zhí)法和監(jiān)督，配套政策（包括鼓勵(lì)政策和懲罰性政策），市場(chǎng)教育，示范項(xiàng)目以及標(biāo)準(zhǔn)制訂，產(chǎn)品研發(fā)，檢測(cè)技術(shù)的手段更新，主要骨干企業(yè)加工制造水平大規(guī)模提高等各方面工作的配合。 三、三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)三、三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電機(jī)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用在電機(jī)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用1 1、為一般用途設(shè)計(jì)的高效或超高效籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、為一般用途設(shè)計(jì)的高

26、效或超高效籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 高效（IE2）或超高效（IE3）的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與普通（IE1）電動(dòng)機(jī)相比有如下特點(diǎn)：1） 效率高，IE2比IE1平均高3%，IE3比IE1平均高近5%左右；2）需使用更多高質(zhì)量的材料。IE2比IE1電機(jī)成本高25%30%，IE3比IE1電機(jī)成本高40%60%左右;3）由于運(yùn)行溫度較低，電機(jī)壽命更長(zhǎng)，可降低維護(hù)成本；4）典型設(shè)計(jì)情況下起動(dòng)電流較大些；5） 轉(zhuǎn)子慣量較大；6) 額定負(fù)載下轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)差率較小。 在許多電動(dòng)機(jī)的工作生命周期中，能量消耗量所占實(shí)際成本比電動(dòng)機(jī)采購(gòu)成本高得多，且低效率電動(dòng)機(jī)比高效率電動(dòng)機(jī)維護(hù)費(fèi)用更高，壽命更短，但高效電機(jī)難以通過(guò)市場(chǎng)行為得到大量

27、推廣。究其原因主要是：高效電機(jī)需要花費(fèi)更多的前期成本，而最終用戶沒(méi)有意識(shí)到高效電機(jī)壽命周期成本LCC（Life Cycle Cost）的節(jié)省，或沒(méi)有從中直接受益，因?yàn)轭A(yù)算管理設(shè)備資金的人不一定同時(shí)管理著能源的使用。 在工業(yè)行業(yè)，一臺(tái)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)每年可能消耗的能源相當(dāng)于設(shè)備成本的510倍，電動(dòng)機(jī)使用年限約1220年，其可能消耗的總能源費(fèi)用相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)成本的60200倍，占全壽命周期成本的70%左右。此外，維護(hù)費(fèi)用指所有備品配件費(fèi)及人工費(fèi)，通常占?jí)勖芷诔杀镜?020%。 注：壽命周期成本LCC是指從產(chǎn)品使用到產(chǎn)品廢棄為止，整個(gè)過(guò)程所消耗的成本。如電動(dòng)機(jī)的壽命周期成本包括：設(shè)備初置費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)（即

28、電費(fèi)）、維護(hù)費(fèi)及其它費(fèi)用。下圖給出了IE2、IE3兩種電機(jī)各三個(gè)規(guī)格（1.1kW、11 kW、110 kW），其壽命周期成本LCC相對(duì)于IE1電機(jī)降低的比例（%，縱坐標(biāo)）隨著電機(jī)年運(yùn)行時(shí)間（橫坐標(biāo)）變化的曲線 從上圖可得出的結(jié)論是：1）IE3比IE2電機(jī)LCC降低的多；2）年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的電機(jī)比年運(yùn)行時(shí)間短的電機(jī)的LCC降低的多；3）功率小的電動(dòng)機(jī)比功率大的電動(dòng)機(jī)的LCC降低的多；4）當(dāng)年運(yùn)行時(shí)間小于1000小時(shí)時(shí)，LCC的降低率可能成負(fù)數(shù)，即此時(shí)高效、超高效電機(jī)壽命周期成本相對(duì)于IE1電機(jī)反而更高。 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)另一個(gè)特點(diǎn)是：當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在高負(fù)載區(qū)（如75%100%額定功率）時(shí)，其效率接近或等

29、于額定功率時(shí)的效率；運(yùn)行在低負(fù)載區(qū)，特別是負(fù)載率低于50%時(shí)，電機(jī)效率下降很快；功率因數(shù)則基本從額定負(fù)載開(kāi)始，隨著負(fù)載率的下降而下降。 因此，作為一般用途的高效或超高效電機(jī)，要使其真正發(fā)揮高效電機(jī) 的作用，至少應(yīng)有兩個(gè)要求：年運(yùn)行時(shí)間要長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)外一些文獻(xiàn)提出應(yīng)在3000小時(shí)以上。負(fù)載率要高，應(yīng)在75100%額定負(fù)載之間，這就要求電動(dòng)機(jī)的配套商和最終用戶在選配高效或超高效電機(jī)時(shí)，應(yīng)合理匹配電機(jī)和被拖動(dòng)負(fù)載的功率，以免出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，導(dǎo)致高價(jià)格的高效率電機(jī)沒(méi)有起到節(jié)能的效果。2 2、空載或輕載降壓節(jié)能、空載或輕載降壓節(jié)能 實(shí)際工作中大部分的電動(dòng)機(jī)不是滿載運(yùn)行，或不是始終滿載運(yùn)行，而是工作

30、于滿電壓及負(fù)載較輕或負(fù)載波動(dòng)頻繁的狀態(tài)，在滿載運(yùn)行的同時(shí)，也會(huì)有較大比例的輕載或空載運(yùn)行時(shí)間。 在電動(dòng)機(jī)滿電壓及輕載、空載時(shí)，定子電流有功分量大大減小，而勵(lì)磁的無(wú)功電流基本不變（所以功率因數(shù)下降很多），在空載損耗中占很大比例的定子鐵耗也基本不變，導(dǎo)則效率很低。如果適當(dāng)降低電壓，可使勵(lì)磁無(wú)功電流成比例下降，功率因數(shù)提高，由于定子鐵耗與電壓的平方成正比，電壓的下降，可使定子鐵耗大量減少，使電機(jī)的運(yùn)行效率較大提高。（ 額 定 電 壓 下 ， 隨 負(fù) 載 率 變 化 的 功 率 因 數(shù) 值 ）負(fù) 載 率 功 率 因 數(shù) 曲 線 圖 UN=380V負(fù) 載 （ ）cosPN 18.5kW, 2p=4圖.電

31、機(jī)負(fù)載率與功率因素的關(guān)系3、變頻調(diào)速節(jié)能1）變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展變頻調(diào)速具有以下優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速保持良好的動(dòng)態(tài)特性交流電動(dòng)機(jī)采用變頻起動(dòng)更能顯著改善其起動(dòng)性能，大幅度降低起動(dòng)電流，增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。恒速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流調(diào)速調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流調(diào)速（發(fā)展較快） 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)最早的目的主要是為了調(diào)速控制，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的高速發(fā)展，變頻調(diào)速已經(jīng)能獲得高精度的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制，達(dá)到直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)比直流電機(jī)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格低、無(wú)換向器，運(yùn)行可靠；控制電路比直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)單、易于維修；特別是對(duì)于特大容量和極高轉(zhuǎn)速的負(fù)載，由于直流電動(dòng)機(jī)換向器的換向能力

32、限制了其容量和轉(zhuǎn)速，交流電動(dòng)機(jī)則不受限制。 因此，特大容量且對(duì)傳動(dòng)裝置控制要求很高的傳動(dòng)，如大型鋼板軋機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、聚乙烯壓機(jī)等；再如轉(zhuǎn)速極高的傳動(dòng)裝置，如在化工和食品行業(yè)的離心機(jī)、高速攪拌機(jī)和高速磨頭等，其動(dòng)態(tài)性能要求較高，這些場(chǎng)合都以采用交流變頻調(diào)速為宜。 2）變頻調(diào)速節(jié)能在風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載上的應(yīng)用 除滿足傳動(dòng)控制的調(diào)速要求外，變頻調(diào)速技術(shù)還可用于節(jié)能，目前用得最多的是對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載設(shè)備的調(diào)速節(jié)能，主要因?yàn)椋猴L(fēng)機(jī)、泵類系統(tǒng)消耗了工業(yè)電動(dòng)機(jī)用電的40%左右；風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，在選型裕量過(guò)大和需減少風(fēng)量（流量）時(shí)，變頻調(diào)速的節(jié)能效果尤其顯著；在使用風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備的大部分場(chǎng)

33、合，對(duì)變頻調(diào)速的控制精度，動(dòng)態(tài)性能要求不高，變頻器的成本相對(duì)較低，控制較簡(jiǎn)單，便于推廣。 最終用戶在選用風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備時(shí)，由于整個(gè)配套系統(tǒng)的裕量傳遞，往往會(huì)較大地超出其實(shí)際需要，這是因?yàn)椋猴L(fēng)機(jī)、泵類生產(chǎn)廠要求配套電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率要按一定的裕度大于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的額定運(yùn)行點(diǎn)的功率，而電機(jī)功率型譜是分檔的，如選不到合適的型號(hào)時(shí)會(huì)選擇上一檔的產(chǎn)品（如電動(dòng)機(jī)的功率55kW以上一擋就是75kW），因此，裕度大于2030%是常見(jiàn)的。最終用戶往往把系統(tǒng)的最大風(fēng)量（流量）和風(fēng)壓（水壓、液壓）的裕度（通常為1015%）作為選型的依據(jù)，而風(fēng)機(jī)和泵類的功率型譜也是有限的，當(dāng)選不到合適的型號(hào)時(shí)，也是選擇大一個(gè)檔的

34、產(chǎn)品，同樣造成較大的裕度。 設(shè)計(jì)裕度經(jīng)過(guò)二階段因素的放大，將較大的超出額定風(fēng)量（流量）的需求，極端情況可達(dá)到50%以上。 除了設(shè)計(jì)裕度超出額定風(fēng)量（流量）需求外，實(shí)際工藝對(duì)風(fēng)量（流量）的需求也是變化的。如：發(fā)電廠的機(jī)組參與調(diào)峰，白天和黑夜負(fù)載變化頻繁，其凝結(jié)水泵的流量也要求頻繁變化；化工廠的冷卻循環(huán)泵冬天和夏天需求流量差別很大等等。 如果交流傳動(dòng)系統(tǒng)不調(diào)速，只能靠調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、風(fēng)道擋板的開(kāi)度（或閥門(mén)的開(kāi)度）來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)（泵）的風(fēng)量（流量），電機(jī)的輸入功率基本不變，造成電能的浪費(fèi)。 對(duì)于水泵，采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時(shí)，由于閥門(mén)開(kāi)度的減小，水泵出口的壓力上升，閥門(mén)兩邊的壓差將增大，造成能量的浪費(fèi)同時(shí)還易損害閥門(mén)

35、。 實(shí)際上，上述種種情況在各個(gè)行業(yè)非常普遍。 3）風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載變頻調(diào)速節(jié)能的原理風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備的機(jī)械特性為： QN； HN2； TN2； PN3；其中：Q風(fēng)量（流量）； N風(fēng)機(jī)（泵）的軸速度； T軸轉(zhuǎn)矩； H風(fēng)壓（水壓）； P軸功率。 由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速N與電源頻率成正比，因此改變頻率即可以改變N，而N與風(fēng)量（流量）Q成比例變化，可達(dá)到調(diào)節(jié)Q的目的，而軸功率也可大大減少。如 ，則 ，則 ，軸上功率僅為額定時(shí)的12.5%，可節(jié)能（節(jié)電）80%以上，當(dāng)然，這是理想狀態(tài)，考慮到其它因素，如電動(dòng)機(jī)在減速后，其效率將下降，但與其輸出功率大幅下降相比，所消耗的電能還是較大幅下降的。12NN 12QQ 18P

36、P 下圖可說(shuō)明風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備變頻調(diào)速節(jié)能的原理： QHQ1Q20H2H1H3CABn1n2R1R2風(fēng)機(jī)、水泵風(fēng)壓（水壓）H-風(fēng)量（流量）Q特性曲線圖n1代表風(fēng)機(jī)水泵在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的 特性；n2代表風(fēng)機(jī)水泵在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性；R1代表風(fēng)機(jī)水泵管路阻力最小時(shí)的阻力特性；R2代表風(fēng)機(jī)水泵管路阻力增大到某一個(gè)數(shù)組時(shí)的阻力特性。 風(fēng)機(jī)水泵在管路特性曲R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量、壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。 由于工藝要求需減小風(fēng)量（流量）到Q2，實(shí)際上通過(guò)增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)水泵的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，風(fēng)壓（水壓）增大到H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)

37、水泵所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。 顯然風(fēng)機(jī)水泵所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)單控制方式。 若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)（水泵）所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積。 由圖可見(jiàn)功率的減少是明顯的。4）采用變頻調(diào)速節(jié)能應(yīng)考慮的因素值得注意的是，如非為了調(diào)速控制，是否采用變頻調(diào)速方式來(lái)節(jié)能，要綜合評(píng)估系統(tǒng)的總體節(jié)電效果，要根據(jù)系統(tǒng)的壽命周期成本來(lái)決定。應(yīng)考慮的因素有：a.采用變頻調(diào)速系統(tǒng)本

38、身增加的損耗量。因?yàn)樽冾l器自身的損耗有3%-6%，在變頻器供電情況下感應(yīng)電機(jī)將增加損耗1%-2%，系統(tǒng)總損耗將增加4%-8%。系統(tǒng)節(jié)電量少于，等于或稍大于增加的損耗量都是不可取的。b.究竟節(jié)電量達(dá)到多少應(yīng)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)還要考慮采用變頻器增加的購(gòu)置成本及增加的維護(hù)成本。c. 節(jié)電量的計(jì)算要對(duì)負(fù)載系統(tǒng)做詳盡的調(diào)查，分析和計(jì)算，總之，設(shè)備設(shè)計(jì)裕度越大，負(fù)載波動(dòng)越大，電機(jī)空載時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)電量越大。四、稀土永磁電動(dòng)機(jī)四、稀土永磁電動(dòng)機(jī) 稀土永磁材料的磁性能優(yōu)異，它經(jīng)過(guò)充磁后不再需要外加能量就能建立很強(qiáng)的永久磁場(chǎng)，用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)的電勵(lì)磁場(chǎng)。 稀土永磁電機(jī)不僅效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，還可做到體積減小，重量

39、減輕。既可達(dá)到傳統(tǒng)勵(lì)磁電機(jī)所無(wú)法比擬的高性能（如超高效、超高速、超高響應(yīng)速度），又可以制成能滿足特定運(yùn)行要求的特種電機(jī)，如電梯曳引電機(jī)、汽車專用電機(jī)等。 稀土永磁電機(jī)與電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，更使電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能提高到一個(gè)嶄新的水平。 在工業(yè)領(lǐng)域，作為驅(qū)動(dòng)用的稀土永磁電機(jī)主要有異步起動(dòng)高效永磁同步電動(dòng)機(jī)、變頻供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)。1 1、異步起動(dòng)高效永磁同步電動(dòng)機(jī)、異步起動(dòng)高效永磁同步電動(dòng)機(jī) 永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比：永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比：不需要無(wú)功勵(lì)磁，可以提高功率因數(shù)，減少了定子電流和定子電阻損不需要無(wú)功勵(lì)磁，可以提高功率因數(shù)，減少了定子電流和定子電阻損耗，且穩(wěn)

40、定運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗，效率比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高耗，且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗，效率比同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高28%28%。在在25120%25120%額定效率范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，在輕載額定效率范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，在輕載時(shí)節(jié)能效果更顯著。時(shí)節(jié)能效果更顯著。1）抽油機(jī)用高效高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩永磁同步電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)具有變化的負(fù)載特性，其上升時(shí)帶負(fù)載，下降時(shí)基本為空載，且要求有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。以往使用三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為抽油機(jī)電機(jī)時(shí)，由于需要起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，往往用“大馬拉小車”，如正常運(yùn)行時(shí)最多需要37kW的電機(jī)，但往往為了滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求需要選擇55kW甚至75kW。由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

41、在額定負(fù)載點(diǎn)效率最高，在低負(fù)載率下效率和功率因數(shù)降低較多，因此即使是高效感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的效率也是很低的。而高效高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩永磁同步電動(dòng)機(jī)可以替代大一個(gè)至兩個(gè)功率等級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，并可在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中都保持高效率和高功率因數(shù)，節(jié)電率可達(dá)到20%左右。 2）紡織化纖機(jī)械用高牽入轉(zhuǎn)矩平滑起動(dòng)高效永磁同步電動(dòng)機(jī) 紡織機(jī)械中如細(xì)紗機(jī)等，其負(fù)載特性是在一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載大小是單方向變化的，據(jù)統(tǒng)計(jì)其最小負(fù)載與最大負(fù)載相比可低30%以上,且負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，要求有較高的牽入轉(zhuǎn)矩，但不能有太大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在設(shè)計(jì)上要滿足牽入轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求。在寬負(fù)載變化范圍內(nèi)永磁同步電動(dòng)機(jī)所具有的高效率、高功率因數(shù)特性，對(duì)

42、長(zhǎng)期運(yùn)行的紡織機(jī)械節(jié)能效果是非常顯著的 2 2、變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)、變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī) 變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)加上轉(zhuǎn)子位置傳感器閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成自同步永磁電動(dòng)機(jī)，具有電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)類似的優(yōu)異調(diào)速性能，又實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化，主要用于高控制精度和高可靠性的場(chǎng)合，如航空、航天、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、電動(dòng)汽車等。 相對(duì)于變頻調(diào)速電機(jī)，稀土永磁電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效果較為顯著。首先，稀土永磁電機(jī)本體效率比變頻器供電感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高35%，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，稀土永磁電動(dòng)機(jī)的效率變化相對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)小得多。如一臺(tái)軸功率為100 kW的風(fēng)機(jī)，配置110 kW的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在n/nN=1時(shí)，電機(jī)效率為

43、93%；在n/nN=0.5時(shí)，電機(jī)效率降為84%；在n/nN=0.3時(shí)，電機(jī)效率只有54%，而稀土永磁電機(jī)的運(yùn)行效率始終保持在90%左右。 3 3、在工業(yè)領(lǐng)域永磁電機(jī)推廣尚存在的問(wèn)題、在工業(yè)領(lǐng)域永磁電機(jī)推廣尚存在的問(wèn)題 盡管稀土永磁電機(jī)在性能上具有許多優(yōu)勢(shì)，但目前在中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用并不廣泛。據(jù)全國(guó)稀土永磁電動(dòng)機(jī)協(xié)作網(wǎng)2006年統(tǒng)計(jì): 2006年為油田抽油機(jī)配套的永磁同步電動(dòng)機(jī)為1萬(wàn)臺(tái)，約30萬(wàn)kW； 紡織及化纖電動(dòng)機(jī)2萬(wàn)臺(tái)，約15萬(wàn)kW； 數(shù)控機(jī)床用伺服電動(dòng)機(jī)2萬(wàn)臺(tái)，約10萬(wàn)kW，累計(jì)不超過(guò)4050萬(wàn)kW。 而2006年，我國(guó)交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量達(dá)到近1.6億kW，其中工業(yè)用電動(dòng)機(jī)估計(jì)為1.3億k

44、W，相比之下，工業(yè)用永磁電動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)份額較小。 永磁電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域要得到廣泛應(yīng)用應(yīng)解決如下問(wèn)題： 1）不可逆退磁問(wèn)題 如果設(shè)計(jì)或使用不當(dāng)，永磁電動(dòng)機(jī)（如釹鐵硼永磁體）在過(guò)高溫度時(shí)，或在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下，或在劇烈的機(jī)械振動(dòng)時(shí)，有可能產(chǎn)生不可逆退磁，或叫失磁，使電動(dòng)機(jī)性能降低，甚至無(wú)法使用。如何提高永磁材料的熱穩(wěn)定性和一致性，一直是國(guó)內(nèi)外專家、永磁材料和電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)研究的重要課題。2）成本問(wèn)題 相對(duì)電勵(lì)磁電機(jī)，永磁電機(jī)的成本要高較多，這需要用它的高性能和運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省來(lái)彌補(bǔ)。 3) 不同負(fù)載特性的專用異步起動(dòng)永磁電機(jī)系列產(chǎn)品較少 異步起動(dòng)永磁電機(jī)相對(duì)變頻器供電的永磁電機(jī)成本低，控制和

45、維護(hù)更簡(jiǎn)單，但相對(duì)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)則成本更高，且對(duì)各種負(fù)載的適應(yīng)能力不如籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)那么強(qiáng)。但其除高效率的優(yōu)點(diǎn)外，其某些重要特性在某些場(chǎng)所應(yīng)用也比后者更優(yōu)越。如：油田領(lǐng)域：其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可比一般籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)大得多，用于前述油田抽油機(jī)上正好滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高的要求，且可比籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)低一到二個(gè)功率等級(jí)，其在合理功率匹配和負(fù)載周期變化情況下保持高效率的雙重優(yōu)越性使得它在抽油機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用開(kāi)始廣泛起來(lái)。紡織領(lǐng)域：但在紡織行業(yè)則不要求高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，否則容易起動(dòng)時(shí)拉斷紗線，但要求較高的牽入轉(zhuǎn)矩，故其設(shè)計(jì)方案與抽油機(jī)電機(jī)不同。要用永磁電機(jī)在寬轉(zhuǎn)速和寬負(fù)載率范圍內(nèi)的高效率來(lái)彌補(bǔ)其相對(duì)較高的成本，以替代在這種負(fù)載狀態(tài)下

46、的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，就必須針對(duì)不同的負(fù)載特性開(kāi)發(fā)具有不同關(guān)鍵特性的永磁電機(jī)。 目前，針對(duì)工業(yè)領(lǐng)域各行各業(yè)不同負(fù)載特性的專用異步起動(dòng)永磁電機(jī)系列產(chǎn)品還不多見(jiàn)，因此應(yīng)開(kāi)發(fā)滿足不同負(fù)載特性的專用異步起動(dòng)永磁電機(jī)系列產(chǎn)品。 此外，異步起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)給被拖動(dòng)設(shè)備造成機(jī)械沖擊，如何加以抑制，也是要解決的關(guān)鍵技術(shù)。4）大規(guī)模生產(chǎn)問(wèn)題 永磁電動(dòng)機(jī)中的永磁材料具有很強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，在將永磁體裝入轉(zhuǎn)子以及電機(jī)整體裝配時(shí)，比其它電機(jī)的工藝難度大，且更費(fèi)工時(shí)，尤其是裝配較大的工業(yè)電機(jī)時(shí)，如果沒(méi)有適合的工藝裝備，難度更大。以一家年生產(chǎn)400萬(wàn)kW，功率范圍為0.55kW315kW的低壓籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)企業(yè)為例，平均每月裝

47、配的電動(dòng)機(jī)數(shù)量為35萬(wàn)臺(tái)，而這對(duì)于裝配同數(shù)量同功率范圍的工業(yè)用永磁同步電機(jī)來(lái)說(shuō)是難度極大的。5）控制問(wèn)題 永磁電動(dòng)機(jī)制成后不需外部能量即可維持其磁場(chǎng)，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場(chǎng)較為困難，這也使永磁電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍受到了限制。但是隨著電力電子器件和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，大多數(shù)永磁電機(jī)在應(yīng)用中，可以不必進(jìn)行磁場(chǎng)控制而只需進(jìn)行電樞控制，設(shè)計(jì)時(shí)把永磁電動(dòng)機(jī)、電力電子器件和電機(jī)控制三項(xiàng)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使永磁電機(jī)在更廣泛的工況下運(yùn)行。6）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) 國(guó)際上尚無(wú)此類標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)也無(wú)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范此類產(chǎn)品。這對(duì)生產(chǎn)廠的制造和用戶的選用，以及性能和質(zhì)量判定帶來(lái)困難。五、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 開(kāi)

48、關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）是80年代初隨著電力電子，微電腦和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型交流無(wú)級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM），功率變換器，控制器及位置和電流檢測(cè)器組成。SRD的運(yùn)行需要在實(shí)時(shí)檢測(cè)的反饋量一般為轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速和電流等，然后根據(jù)控制目標(biāo)綜合這些信息，給出控制指令，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制和保護(hù)等功能。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)環(huán)節(jié)是SRD的重要組成部分，檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)是各相開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行正確邏輯切換的根據(jù)，也為速度控制環(huán)節(jié)提供速度反饋信號(hào)。 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)該系統(tǒng)具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)： 1）電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、制造工業(yè)簡(jiǎn)單、可工作于極高速，工作可靠，能適用于各種惡劣環(huán)境甚至強(qiáng)振動(dòng)

49、環(huán)境。 2）損耗主要產(chǎn)生于定子，易于冷卻，可允許有較高溫升，從而能以小的體積取得較大的輸出功率； 3）轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無(wú)關(guān)，可較大限度簡(jiǎn)化功率變換器，其可靠性高，系統(tǒng)成本低； 4）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，大于額定轉(zhuǎn)矩23倍，起動(dòng)電流小（30%額定電流），低速性能好； 5）在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)具有高效率； 6）調(diào)速范圍廣，調(diào)速比大于20：1，調(diào)速平滑無(wú)級(jí)； 7）在制動(dòng)和電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，同樣具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性。因此，適用于頻繁起動(dòng)或頻繁正反轉(zhuǎn)運(yùn)行場(chǎng)合，轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)到1000次/h； 8）負(fù)載特性好，穩(wěn)定精度高，在負(fù)載大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)速可保持不變。 這些優(yōu)點(diǎn)使得開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在家用電器、工業(yè)領(lǐng)域、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電機(jī)、高轉(zhuǎn)速電機(jī)方面得到了一定的應(yīng)用。但開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)存在如下問(wèn)題： 1）轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的雙凸極結(jié)構(gòu)，電磁特性以及開(kāi)關(guān)非線性影響，采用傳統(tǒng)控制策略得到的合成轉(zhuǎn)矩不是一恒定的轉(zhuǎn)矩，因此導(dǎo)致了較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。目前，已有許多文獻(xiàn)涉及這個(gè)領(lǐng)域，取得了一定效果。2）噪聲 對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)本體，噪聲是一