高效节能电机范文精选

摘要：本文介绍了电机驱动的最新技术动向，及部分厂商的解决方案。本文网络版地址：http：//.

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关键词：电机；驱动；高效；节能

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.001

白电的电机三特征

“节能，静音，智能”，这将是未来几年白色家电产品的主要特性，Spansion公司的发言人（原富士通半导体微控制器）称，“技术创新，加快开发周期”是目前白色家电厂商产品开发的主要需求。对于家用电器耗能最大的电机，如空调、冰箱的压缩机，洗衣机的电机和风扇的电机，经历了从交流电机到直流无刷电机、永磁同步电机和直驱电机的演变。节能、提高能耗比是电机发展的主要因素；而减少电机的震动噪音，提供舒适、智能的控制等需求提升则推动电机控制器及控制技术的创新。

作为电机控制器的核心，芯片也经历着从专用芯片（ASIC）到8位、16位及32位通用微控制器（MCU）/数字信号处理器（DSP）的演变。电机控制算法的提升，不同种类电机的灵活控制，如正弦波矢量控制、闭环控制和无传感器控制、高转速电机控制等需要运算处理能力强、频率高、处理和采样速度快速的微控制器。

2013年中国白电市场，经过前几年的激励政策和产品推陈出新，变频家电已得到市场认可，变频产品市场份额逐年提升。

【摘 要】本文分析当前高效节能电机在我国应用现状，并通过某企业测试数据，测算高效电机的节能效果；对我国高效电机当前推广存在的困难进行分析，并根据笔者推广高效电机的实际工作经验，提出推广高效电机的意见和建议，推动我国高效节能电机逐步替代低效电机。

【关键词】高效电机；节能效果；推广建议

0 引言

电动机广泛应用于拖动风机、水泵、压缩机、机床等机械传动装置，是量大面广的终端耗能大户。近年来，在国家政策的支持下，我国电机能效水平逐步提高，但总体能效水平仍然较低。据测算，工业领域电机能效每提高一个百分点，年可节约用电260亿千瓦时。因此，推广高效电动机、淘汰低效电动机是提高能源利用效率的重要措施之一，符合我国当前经济发展的需要，是非常必要的。

1 我国在用电机现状

据统计，我国电机保有量约17亿千瓦，总耗电量约3万亿千瓦时，占全社会总用电量的64%，其中工业领域电机耗电约2.6万亿千瓦时，约占工业用电的75%。根据电机能效分级标准划分，我国在用的高效电机仅占3%左右，且现状生产的电机产品绝大多数也并不是高效的（而美国和欧洲分别从1997年和2011年强制推行高效电机及超高效电机），我国电机效率的平均水平比国外低3-5个百分点，加上与拖动设备匹配、调节方式等因素，我国电机系统运行效率比国外先进水平低10-20个百分点。近年来，国家高度重视高效电机推广工作，实施了高效电机推广惠民工程，然而，从电机生产企业反馈结果来看，推广效果并不理想。今年，国家又了《电机能效提升计划（2013-2015年）》，计划用3年时间，累计推广高效电机1.7亿千瓦。但从企业摸底情况来看，大部分企业对淘汰低效电机更换高效电机依持抵触态度，普遍反映实际节能效果并不明显，推广高效电机依然困难重重。

2 高效电机节能分析

为准确测试高效电机与普通电机的节能效果，我们选择了某电机生产企业YE3-160M1-2型号电动机与该企业早期生产的同规格Y160M1-2型号电动机分别在50%及75%负载率下进行了对比试验。

【摘要】电机高效节能的两种重要方式：变频调速系统与高效电机。分析了变频调速系统在风机与泵类负载中的节能原理与特点；高效电机提高效率降低损耗的措施，与普通电机区别的特点。

【关键词】电机节能；变频调速系统；高效电机；节能分析

1. 引言

随着环境恶化、资源匮乏，节能环保理念越来越深入到经济社会发展中，各国都在节能环保技术及推广方面加大投资。随着我国《“十二五”节能环保产业规划》的出台，节能环保被推上了一个新高度。据中投顾问的《2011-2015》年中国高效节能电机行业投资分析及前景预测报告显示，目前我国电动机装机总容量已达4亿多KW，年耗电量达1.2万亿KWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%，其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿KW，年耗电量达8000亿KWh，占全国总用电量的40%左右。这些电动机大多在较低的电能利用率下运行，只要将这些电动机电能利用率提高10～15%，全年至少可节电100亿KW以上。足以看出电机节能的市场巨大潜力和重要性。电机耗能现象严重，不仅增加了企业生产成本，造成了电力能源的极大浪费，更与我国推行的节能减排战略不相符。目前提高电机运行效率可以有效地改变电机的高能耗现象，节能效果十分明显，能耗可比普通电机降低20%至30%。电动机节能的主要途径，一是通过变频调速系统，改善变频电机的运行效率；二是使用高效电机。

2. 变频调速节能

变频调速技术用于节能，目前用得最多的是对风机、泵类负载设备的调速节能，原因是风机、泵类负载的转矩与转速的平方成正比。用调速的方法改变其负载流量，节电率可达20%～60%等。我国电厂大部分风机和水泵都采用定速驱动，靠调节风门、风道挡板或阀门的开度来调节风机风量，水泵流量来满足生产工艺对风量和水泵流量的要求，造成的电能浪费很严重。只有少数风机和水泵增设了液力偶合器等装置调速，虽然改变了负载转速，但是电动机转速不变，部分能量损耗在液力偶合器中，其运行效率较低，节能效果不明显。若采用高压变频器对风机水泵进行改造，通过改变风机水泵转速，从而改变风机风量，水泵流量以适应生产工艺的需要，运行能耗最省，节能效果非常明显。现在变频调速技术已成为最理想的一种调速节能方式。

2.1原理。

（1）变频调速就是通过改变输入电源频率来调节变频电动机的转速。

摘 要：分析了更换直流电机后节能效果变差的油井参数变化，并对其参数进行优化组合，采取大泵径、长冲程、低冲次来减小瞬时功率，发挥节能设备优势使应用的节能设备达到最佳节能效果。

关键词：直流电机；节能效果

中图分类号：C35 文献标识码： A

直流电机是通过定子产生的旋转磁场拖动永磁转子旋转，随着转子的转动位置传感器不断送出信号，改变电枢绕组的通电状态，使得某一磁极下导体中的电流方向始终保持不变，从而达到节能目的。通过对单井安装前后的各运行参数及节能效果对比，发现有些井在更换电机后的节能效果良好，但部分油井在更换电机后虽然电机是在节态工作，但是节能效果并不十分明显。因此，我们对这两类油井进行对比分析，并优化调整，以充分发挥设备的节能效果。

1安装情况及存在问题

安装后共测试80口井系统效率，平均系统效率为34.26%。统计可对比测试井数72口井，平均系统效率上升3.66个百分点，其中有60口井消耗功率下降，平均单井消耗功率下降0.98KW，这部分油井运行参数降低的同时，抽油机的负荷率也随之降低，从而使电机做功更加合理，油井消耗功率下降，系统效率得到明显改善。

（1）部分电机出现“小马拉大车”的现象，导致电机节能效果差。统计表明，有17口井安装后存在着电流上升的现象，且在更换电机后，油井的生产运行参数不但没有下降，还略有上升，而电机运行功率又降低一个级别，导致抽油机上载荷率基本没有改变，从而呈现“小马拉大车”的现象，导致电机节能效果差。

（2）电流变化大导致油井不平衡，影响节能效果。直流电机的工作原理是通过定子产生的旋转磁场拖动永磁转子旋转，随着转子的转动位置传感器不断送出信号，改变电枢绕组的通电状态，使得某一磁极下导体中的电流方向始终保持不变。由于与普通电机原理不同导致油井运行电流较安装前变化较大。虽然安装后电流有所下降，但上下电流相差值变大，使7口井平衡块调到头也不平衡，部分井平衡比甚至达到120%以上。影响节能效果。

2013年11月14日，由中国半导体行业协会嵌入式系统工作委员会和电子产品世界杂志社共同主办的“第三届高效节能电机控制技术解决方案专题研讨会”在上海召开。

IMS Research公司周万木、微芯科技公司伍羡恩、Spansion公司钟成保、飞思卡尔公司陈刚、浙江大学陈阳生和上海大学阮毅共六位演讲者，分别从高效电机控制市场、实际应用方案、控制技术理论三个方向，分别向与会的近200位听众发表了精彩的技术演讲和热烈的互动交流。

在题为《中国高效节能电机全产业链透视与市场热点分析》的演讲中，周万木指出，中国正在推进传统制造业的转型与升级，在这样的大背景下，因此传统的电机和电机控制行业也正在发生变化。

为提升能效等级，工信部2013年6月份公布了电机能效提升计划（2013-2015年），到2015年，实现电机产品升级换代，50%的低压三相笼型异步电动机产品、40%的高压电动机产品达到高效电机能效标准规范，累计推广高效电机1.7亿千瓦，淘汰在用低效电机1.6亿千瓦，实施电机系统节能技改1亿千瓦，实施淘汰电机高效再制造2000万千瓦。

电机控制的集成化趋势使客户对电机控制MCU， FPGA和DSP性能的要求越来越高，同时要求半导体芯片厂商也能提供集成的解决方案，在单颗芯片中集成更多的功能，I/O、驱动、控制算法以及工业以太网模块等。

微芯科技公司伍羡恩在《家电应用中高效节能的双电机控制》中指出，在过去几十年里家用电器中无刷永磁电机的合作始终稳步增长。一直以来，这些无刷电机主要都是由梯形波控制的。现在，随着数字信号控制器（DSC）的成本逐渐降低，性能不断提升，使得采用诸如磁场定向控制（FOC）等更为先进的控制算法成为可能，从而可以极大地提高效能并支持更为平滑的运行。同时，现场演示了微芯科技公司如何利用DSC的优势，在洗衣机和干衣机等有两个电机的家电应用中运用先进控制算法，只需采用一个DSC，就能简化系统架构，降低系统成本，并可同时提升两个电机的能效。

接下来，Spansion公司钟成保和飞思卡尔公司陈刚分别分享了两家公司最新的电机控制解决方案，并提出了他们对于当前电机控制技术趋势的见解。

论坛的最后两个演讲分别来自浙江大学陈阳生教授和上海大家阮毅教授，他们分别从理论的高度分别讲述了《永磁电机弱磁条件下的控制方案》和《变频技术的演进与发展》两个题目，很好地为现场一线应用工程师们恶补了“深奥”的控制技术方面的理论知识。

在对基于步进电机的运动控制系统设计进行优化的过程中，工程师必须综合考虑成本、性能、效率、未预料到的反馈难题(如机械共振)以及开发时间等因素。现代的电机控制系统面临着在多种不利环境中工作的难题，而传统解决方案的总效率通常受限于整个系统所遇到的最坏情况。自适应控制算法对于提取出经过优化的机电系统的最大效率而言是必不可少的。

系统映射

如果希望得到最高效率，就必须对整个机电系统的边界条件进行映射。所有的系统变量都必须考虑到：温度、机械降解、加速度、速度、电源电压等等。系统架构也会对其产生影响。

在开环系统中，通常需要以最坏情况下的电流驱动和速度曲线来激励电机，所以我们可以认为效率并不是这类系统的首要设计目标。这种类型的测试非常耗费时间，因为必须在电机可能使用的所有电源电压、温度和速度值下对系统进行验证，以尽量减小出现共振的风险。每个步进电机系统都存在发生共振的可能，这通常是因为工作在(或接近于)电机的自然频率而造成的。避开这些区域是至关重要的，因为共振可能会造成电机丢步或进入失速状态。不过，对于开环系统而言，确定这些区域可能是非常困难的。

闭环控制通常采用以下两种形式：基于传感器的系统(光或是霍尔效应)和无传感器的系统。无传感器的系统也称为“半闭环系统”，通常使用由电机线圈所产生的电压来作为反馈。基于传感器的控制系统使用得很广泛，但是在映射实践中必须考虑传感器的其他变化。无传感器的系统的一项主要优势在于，它只需要读取与电机的物理运动有关的信息。它的另一项重要的优势是降低了闭环或半闭环系统的系统成本，同时，由于不需要外部传感器，也降低了系统的复杂度。成功的设计需要理解反电动势的特性。

SLA映射

反电动势可以方便地提取出与机电系统的运动有关的详细信息，并提供诊断数据。在电机的驱动电流脉冲之间，电机线圈运动经过电机磁场时，就会产生电压。这一信息通常被称为电机的速度和／或负荷角(SLA)。可以通过监视反电动势的幅度来很好地近似步进电机的角速度。

图1给出了使用AMIS-30522细分步进电机控制器驱动安装在机械系统中的传统步进电机时SLA引脚的映射。这一信息是在对NXT输入(确定电机激励速度的时钟输入)进行扫频的过程中收集的。随着它从左向右移动，激励的频率升高，可以清晰地看到不同的工作区域。测量整个系统的电机特性的能力是AMIS-305xx系列所具有的一种非常强大的特性――特别是它能够处理传统的设计难题，而在此之前，系统设计人员只分析电机的共振性能，而没有认识到一旦整个机械装置放在一起之后这些区域可能会发生变化。

【摘要】本文主要分析了高效节能电机的相关问题，针对我国高效节能电机的使用情况和节能效果展开了论述，进而讨论了电厂应该如何更好的使用高效节能电机，提出来应用的对策。

【关键词】高效；节能；电机；电厂；应用

中图分类号：TE08 文献标识码： A

一、前言

高效节能电机的应用大大提升了电厂的生产和运行效率，这就为电厂的进一步壮大和发展奠定了设备基础，所以，进一步推广使用高效节能电机在电厂中的使用非常有必要。

二、工业电机的本体节能

纵观世界各国的成功经验，电机系统节能都是率先从电机产品本体节能开始。工业用电机分直流和交流二大类，据Eu――25(2006)统计数据口l显示，欧盟在用的工业电动机中，交流电动机占96．2％，直流电动机占3_8％。在交流电动机中，三相感应电动机占87％，单相感应电动机占4％，同步电动机占5％，交直流两用电动机占4％，三相感应电动机又分笼型和绕线型转子两种，但绕线型转子感应电动机使用较笼型感应电动机少得多。笼型感应电动机具有成本较低，可靠性好，维护简单，通过调速驱动易于控制等优点，且三相笼型感应电动机消耗的电能占全部工业电动机消耗电能的90％以上，因此，世界各国都将提高三相笼型感应电动机的效率作为提高电机本体效率研究的重中之重。除此之外，近十多年来发展较快的节能电机还有稀土永磁电机和开关磁阻电机等。

三、高效节能电机的主要原理及节能效果

目前，电气设备与控制系统的设计者同时面临着大量苛刻的设计目标。此外，他们的设计方案还必须采用环保的方式，以符合多项节能政策的要求。

在美国，各项节能政策是由美国能源部(DOE)、美国环保署(EPA)和加利福尼亚洲推出的――加州作为世界上第十二大电量消费者，在过去十多年内始终将自己定位为美国节能减排方面的先行者。加州能源委员会(CEC)推出了多项严格的立法，大力推广节能减排的先进技术。他们超前的节能政策常常成为整个美国节能政策的样板。

虽然这些政策和强制措施看起来往往妨碍了产品的设计与推出，但是它们对于推动相关的技术革新是必要的催化剂，而这些技术革新将有助于保持全球的健康与能源供应。政府部门始终致力于减少温室气体的排放，减少新增发电装置的需求，保持足够的电力供应。实现这些目标最有效、最及时的方法就是提高常用家用产品和工业产品的运行效率。

根据美国的能源政策和环保法令，以及欧盟的能源标识指令92/75/EEC，产品销售商和消费者很容易对比各种设备的电气效率，以及其他一些资源的使用情况，例如天然气和水。这种能源标识能够表明一种设备在正常使用方式下将会消耗多少能源。符合EPA能源之星标准的设备相比标准模式能够节省10％～66％的能源和／或水资源。DOE认为，符合能源之星要求的设备每年能够节能20％～30％。

图1给出了美国家庭每年电能消耗的分布情况。在全球产生的总能耗中大约有57％用于驱动电动机。在美国，电动机的能耗占总电能消耗的20％。

一般的美国家庭每年大约消耗1.1万度的电量，花掉1000美元。其中有很大一部分电能用于HVAC系统的旋转电机、井泵、洗衣机等设备――每年总共约耗电1000亿度。对于这一耗电水平，如果将电机效率仅仅提高5％，那么就会节省可观的电量。

多年来，交流感应电机(ACIM)一直是大部分家用、商用和工业应用的主要设备，每台的平均功率只有几个马力。它制造便宜，维护成本低，可靠性好，得到了全球性的普及，在所有已安装的电机中有90％是感应式电机。

随着新型电机技术的出现，工程师们有了更多的选择――虽然这种新型电机还并没有普及。这些新型电机包括无刷直流电机(BLDC)、开关磁阻式电机(SR)以及固定式ACIM电机。尽管其中很多电机结构已经推出了十几年，但是现在我们仍可以采用一些高级的控制技术发掘这些电机最大的潜能。 大多数ACIM在75％～90％的额定负载下能够发挥最高的效率。对于通常仅使用电机峰值负载的一小部分的应用而言，通过在电机负载范围内优化效率，每年在节能方面降低的成本大约相当于该电机/控制器购买价格的一半。据DOE估计，有44％的工业用电机的工作负载始终低于其额定负载的40％。目前的智能可变速驱动(vafiable-speed drives，VSD)技术能够根据应用的需求，只在需要的时候提供最大扭矩或速度。

摘要：现我国电机行业能源消耗大，促使国家推广高效节能的电机技术。泰豪沈阳电机有限公司研发了YXKK500-4高效节能型异步电动机，通过测试分析计算，该电机效率达到了国家高效节能的标准。

关键词：高效节能、效率

一、背景

随着我国国民经济的快速发展，能源的消耗也呈现同步的增长趋势，国家对高效节能型电机十分重视，有很多的优惠政策，财建[2011]62号文件规定，对高压高效电机的财政补贴为26元/千瓦，以本项目为例，国家的财政补贴为4.16万元/台，这将对高效电机的推广起到积极作用。

高效电机的推广势在必行，尤其电机的用电量约占工业用电量的66%，初步预计在未来的30年内，高效电机将逐步取代传统低效率电机成为市场上的主流产品。

该电机主要驱动的设备为引风机，适用于电站、石化、煤炭、造纸、冶金等行业，应用领域较广。高效电机的发展动向：高效率、高功率因数、节约能源、温升低、噪声低、振动小、运行稳定可靠、外形小型化、维修使用方便快捷。

二、主要难点

此电机要求大转动惯量，如何克服负载转动惯量较大，保证电机正常起动；此电机的转子结构故采用铸铝结构，其转子铝耗、杂散损耗较大，如达到高效标准，则必须精确的计算各种损耗，有一定的难度。

摘要：油田生产过程中存在较大的节电潜力，大量电机处于"大马拉小车"的状态，效率低。中小型三相异步电动机耗电约占35%，是耗能大户。

引言

在胜利油田各采油厂，电机是原油生产的主要动力，被广泛应用在油田生产生活的各个领域，机械采油、注水、油气集输三大系统的电力驱动装备几乎是电机，可以电机是油田的主要用电设备，占总耗电量的80%。然而，在生产实际中，由于管理技术水平等问题，很多电机处于轻载、低效、高耗能的运行状态，电能浪费严重。因此，电机节能降耗是油田节电降耗、降低开采成本的主要探索方向。

1 电机高耗低效运行的原因

胜利油田使用电机的机采系统、输油（气）系统、注水系统、水泵系统，其电机的运行状况均不乐观，离经济运行有一定的差距，造成电机效率低下，能耗过大。其原因主要有以下几个方面：

1.1老旧电机数量仍然较多

部分电机使用时间过长，内部材料老化严重，有些电机的使用时间在20-30年以上；而另一部分电机制造工艺已属落后淘汰技术，各类技术性能参数远差于新型电机。无论是电机过旧还是制造工艺过时，均会造成电机运行负担加重，电机效率低下，电机损耗也远远高于新装或新型电机。

1.2电机匹配不当，运行设置不科学