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机电一体化推动电机节能新发展

环球鞋网 2008-6-24

    电机是一种应用量大、使用范围广的高耗能动力设备。据统计，我国电机耗电约占工业用电总量的60%～70%。实际应用中，我国电机的整体运行状况，同国外相比差距很大，机组效率约为75%，比国外低10%左右；系统运行效率为30～40%，比国际先进水平低20～30%。因此，我国的电机应用具有极大的节能潜力，推行电机节能势在必行。

    一、目前电机能耗状况

    改革开放2O多年来，我国在能源利用上取得“GDP翻两番而能源消费仅翻一番”的成就。但是，与发达国家相比，我国电力能源利用效率仍然较低，尤其是工业用电设备电能消耗高，浪费情况较为严重。大量的工业设备如风机、泵类设备以及传统的工业缝纫机、机械加工设备等，多采用交流电动机恒速传动的方案运行，导致交流电动机效率普遍较低。

    风机、泵类设备也多采用调节风门和阀门的办法来调节流量，这种调节方法虽然简单易行，但它是以耗费大量能源为代价；在工业缝纫机、机械加工设备中，往往采用离合器、摩擦片调节速度，造成大量的待机损耗和制动能耗。

    1、风机、泵类设备

    在工业生产、产品加工制造业中，风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，不能随运行工况的变化进行相应的调节，白白浪费了大量的能量。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且容易造成设备损耗，从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用居高不下。

    泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水(油)循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。

    2、工业缝纫机、机械加工设备

    传统的工业缝纫机电机是一款交流离合器电机，效率仅为40～50%；电机在工作时，不论缝制布料厚薄，始终全功率输出；在缝纫机待料待机时，电机通过离合器脱开负载，继续空载运行，造成极大的待机损耗。

    在中低档机械加工设备中往往采用摩擦片调节速度，利用摩擦片的摩擦作用降低电机转速，从而达到调节速度的目的，不仅造成大量的制动能耗，还加快了电机轴的磨损，降低电机使用寿命。

    目前，我国在家电行业已逐步采用变频调速控制技术以降低能耗，而工业控制领域中的许多速度调节方法还停留在传统技术层面上。根据美国能源部的一项数据显示，如果采用最新的高效率电机设备和一定的变频调速装置来替代旧的电机设备，工业用户至少能在现有基础上节省电能18%以上。目前许多国家均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式，我国也在积极鼓励工业企业采用高效、节能的电动机、锅炉、窑炉、风机、泵类等设备。

    二、以电子信息技术改造传统产业，达到节能降耗目的

    随着电子技术、信息技术的发展，电子信息技术在产品中的应用日趋成熟，传统的电机技术与电子信息技术相结合，产生了“机电一体化”产品。“机电一体化”又称“机械电子学”，是在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进了电子技术，并将机械装置、电子设备以及软件等有机地结合起来构成的系统的总称。“机电一体化”电机与传统电机有着质的区别，“机电一体化”电机包含了控制部分既控制器及嵌入式软件和驱动部分既电机，它是利用嵌入式软件实现对系统的智能化模糊控制。这种智能化模糊控制不仅能有效提高系统的运行精度，而且可以根据系统负载变化实时调整电机输出转速、输出功率，充分达到节能降耗的目的。下面举两个例子来说明“机电一体化”电机的使用效果：

    1、高效节能伺服控制电机在工业缝纫机领域的应用

    前面提到传统的工业缝纫机电机是一款交流离合器电机，效率仅为40～50%；电机在工作时，不论缝制布料厚薄，始终全功率输出；在缝纫机待料待机时，电机通过离合器脱开负载，继续空载运行，造成极大的待机损耗。而高效节能伺服控制电机采用直流无刷电机作为驱动元件，效率达到70～80%；伺服控制系统内含嵌入式软件，系统随时检测缝制布料的厚薄，将信息实时传递给嵌入式软件，通过软件调节电机的输出转速和输出功率，始终使电机工作在最合理、最节能状态；在缝纫机待料待机时，系统停止工作，没有待机损耗。通过高效节能伺服控制电机替代交流离合器电机在工业缝纫机领域推广应用，可在该领域节能50～60%，每台缝纫机可节电576千瓦时/年，据缝纫机行业协会估算，全国现在生产使用的工业缝纫机至少200万台，那么随着高效节能伺服控制电机的替代使用，可为社会节电11.52亿千瓦时/年。

    高效节能伺服控制电机不仅可以在缝纫机行业推广应用，也可以在工业集尘设备、机械加工设备中替代传统的交流电机，其节电效果普遍达到30%以上。

    2、变频调速电机在风机、泵类设备中的应用

    风机、泵类设备年耗电量占全国电力消耗的1/4，大量的电能由于交流电动机只能恒速输出、无法根据工况变化自行调节而浪费。变频调速技术是20世纪80年代末兴起的一种新型电力传动调速技术，它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强，可靠性高，操作简便，便于通信等功能优于以往的传统调速方式(如变极调速、调压调速、滑差调速等)。变频调速运行，是根据负载转速的变化要求，改变供电电流的频率，并配合电压的调节，以获得合理的电机运行工况。在不同的转速情况下，均保持较高的运行效率。变频控制技术的应用，不仅降低了电能消耗，同时能改善启动性能，保护电动机及负载设备免受瞬时启动的冲击，延长其工作寿命，还提高电动机及负载设备的工作精确度。

    风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》把它列为通用技术加以推广。实践证明，变频电机用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，普遍节电达到30%～50%。

    三、以创新促发展，迎接机遇和挑战

    节能降耗已成为当今社会发展的一大主题，而且各行各业电动化、智能化的程度越来越高，由此催生了一个巨大的节能电机市场。作为电机生产企业，横店集团联宜电机有限公司坚定走“以创新促发展”的道路，迎接新的机遇和挑战。

    横店集团联宜电机有限公司提出“致力于节能环保产业的创新，为人类平衡和谐提供动力”，并将此作为公司的历史使命。在这一使命的要求下，公司从2003年至今进行产品结构调整，淘汰部分技术含量低、高耗能、噪音大的产品，同时投入大量资金引进技术人才、聘请国内外专家，并与科研院所、大专院校合作开发“机电一体化”产品，已先后开发成功高效节能工缝机伺服电机、节电滤波器、基于单片机的电机节电器、食物残渣处理器电机等多款环保节能型产品。产品投放市场后因节能效果十分显著、质量稳定可靠倍受客户青睐，一直供不应求。根据国家政策导向，联宜电机又着手开发高档变频电机、数控机床伺服电机等，虽然产品还处于小试阶段，已有多家风机、泵类设备生产厂家与公司签订全年采购合同，预计08年可实现批量生产，首年将达到年产10万台变频电机产量。联宜电机在从事环保节能产业的创新中取得了可喜的成就：07年上半年公司实现销售收入4亿元，利税7000多万元，较去年同期分别增长35%、32%。

    横店集团联宜电机有限公司的创新也就是将电子信息技术应用于电机产业，以环保节能产品迎合市场需求。在电机产业节能降耗大环境下，每个电机生产企业只有不断创新、提升产品技术含量，才能抓住机遇，不断发展，否则，将难以生存。

    四、电机节能的远景目标和发展方向

    以电子信息技术为核心的“机电一体化”产品在节能降耗方面的作用已初现端倪，上述提到的几个行业是能源浪费较严重、正在大力推动改进的几个例子，其实还有更多的行业有待挖掘。随着电子信息技术的发展，电机节能的前景十分看好。据国家能源部的初步估算：如果全面启动电机节能工程，开发以电子信息技术与传统电机技术相结合的“机电一体化”产品，并替换现普遍使用的传统交流电机，全国的用电量将下降15～20%而GDP保持不变。

    通过研发高效节能变频电机、各种电子控制的节能伺服电机并形成产业化生产，在工业设备、交通、办公自动化等领域推广使用，将电机的平均能耗下降20～30%，这是电机行业“十一五”期间的节能目标。

    通过开发拥有自主产权的电机驱动系统优化运行软件和标准，大力推广“机电一体化”和“光机电一体化”技术的应用，以电子信息技术改造传统电机技术，全面提升电机技术含量，增强电机智能化程度，推动电机节能降耗，是未来一段时期内电机行业的发展方向。