电机系统节能纵横谈

电机系统节能纵横谈——“2008第三届电工装备创新与发展论坛”主题报告回顾

当今，如何满足持续、快速增长的能源需求，实现能源的清洁高效利用，是我国面临的严峻挑战。节能优先，降低能耗，是我国能源发展的战略思路。节能是解决我国能源问题的根本途径，需要我们大力推进节能技术，提高能源利用效率，其中电工行业的电机系统节能技术是我国节能减排战略的重要组成部分，也

是国家十大重点节能工程的重中之重。 2008年9月，为继续做好行业节能技术和创新的服务工作，促进我国电机系统节能技术的推广及应用，中国电工技术学会在沈阳召开了“2008第三届电

工装备创新与发展论坛”，主题为“电机系统节能”。 本届论坛荟萃了有关部门的领导、两院院士和著名专家，他们分别就我国有关能源发展、电机系统节能政策、电机系统节能技术、电机能耗标准等专题发表了精彩的演讲。另外还有在电机系统节能领域做出突出贡献的企业派出代表与会做报告，向大会交流节能新技术、新产品。为与读者分享本届论坛的成果，本文特采撷了论坛主题报告的主要观点或精华部分，希望读者从中有所裨益。

推进我国电机系统节能的建议

唐元（国务院研究室工交贸易司司长）：电动机是我国最主要的用电设备，其耗电量占总用电量的一半以上。我国电机平均运行效率比国外先进水平要

低10个百分点以上，造成这种状况的原因是多方面的，主要有三点： 一、电机行业技术进步缓慢，能源转换效率低，这是导致我国电机能效水平低的关键因素。原因主要有：一是缺乏内在动力，电机生产企业以低成本优先、电机消费企业以低价格优先，导致电机市场仍然被高耗低效电机所主导，企业对开发和应用先进节能电机不感兴趣；二是缺乏外部压力，目前我国对电动机的最低能效缺乏强制性标准，企业生产高耗低效电机不受限制，生产高效节能电机没有压力；三是缺乏市场机制，一些推进高效节能产品行之有效的机制没有广泛应用，国家鼓励节能产品应用的财政税收政策也迟迟不到位，推广应用高效节

能电机产品及其生产工艺和技术缺乏市场环境。 二、电机实际负载率低、“大马拉小车”现象突出，这是导致电机能效水平低的重要因素。原因主要有两点：一是工程设计规范规定的余量过大、过于保守；

二是主机设备设计和配套环节留有余量过大。 三、节能型电机推广难，国内市场难以打开。主要是因为：原材料成本高；缺乏产品质量检测中心；缺乏对消费者使用超高效电机的鼓励措施；企业发

展缺钱。 针对电动机节能存在的问题，建议如下：1、加强宏观指导和综合协调；2、抓紧修订设计规范，这是投资少、见效快、节电效果显著，并能从根本上治理“大马拉小车”现象的方法，建议尽快对各行业有关电机的设计规范进行全面修订；3、抓紧制定和实施电机能效标准，建议正在起草的《能源法》中，对电动机的最低效率做出规定，建议国家标准化委员会将电机能效标准作为重要内容，尽快制定不同类型和用途的电机能效标准，并作为强制性标准实施；4、加快新型电机的研发推广力度，当前应积极推进两类关系重大的能效电机的研究开发和

产品推广力度，一是自主研发稀土永磁电动机系列产品，二是自主研发超高效率

电动机系列产品。

我国高效永磁电动机的现状与发展

唐任远（中国工程院院士）：根据IEC制定的超高效和超超高效电机效率标准，永磁电动机由于采用永磁体励磁，在提高效率方面具有很大的空间和优势。针对永磁电动机自身特点，经过优化设计可以达到IEC规定的IE3和IE4的效率限值。考虑到我国稀土资源丰富和稀土永磁产量已列世界前茅的优势，研

发超高效和超超高效永磁同步电动机是我国发展高效电机的重要途径。 目前，国内许多高校、研究所和企业针对不同应用场合，先后开发出了多种高效、超高效和超超高效异步起动永磁同步电动机和变频调速永磁同步电动机产品。需要说明的是，这些产品是在IEC60034-30颁布之前研发的，与IE3和IE4的效率值稍有出入，但是只要进一步优化设计，采用高性能材料和先进工艺，可以开发出符合IEC60034-30能效分级标准的两个系列的高效永磁同步电

动机。 为此，既要采用超高效感应电动机降低损耗、提高效率的技术，如采用高性能硅钢片、提高定子槽满率、用铸铜转子代替铸铝转子，改进风扇设计和提高制造精度等；又要针对永磁同步电动机的设计制造特点，对其中关键技术进行研究攻关。国内对此已经做了大量工作，取得了一些突破性进展，但尚须进一步完善，

进而在全行业推广应用。

我国电机系统节能政策

戴林（发改委能源研究所研究员）：发改委能源所主要为政府部门制定能源发展战略、能源发展规划、能源法规和能源技术标准等提供了理论依据和政策建议。我们从计划经济时期就一直在努力推动电机系统节能，希望通过产、学、

研、用等几个方面来促进我国电机系统节能工作的发展。 电机节能不仅仅是电机本体的节能，而应更强调的是电机系统节能，目前这个概念已经被中央政府的各级决策人员所认知。电机系统节能政策包括淘汰落后、设备租赁、制订标准、财税、补贴等几大方面。目前，能源所的课题小组都

已做出了相应的方案，希望能为我国的电机系统节能工作做出贡献。

新型高效永磁无刷电机

褚自强（英国设菲尔德大学电子与电气工程系教授）：以前我们大都是孤立地研究电机，但是学科有交叉，在电机本体方面，也是这么一个概念。设计电机目前在国际上并不只是单单着眼于电机，现在我们必须考虑功率电子学和控

制技术，使之与电机相结合，这样才能成功，才能提高效率。 所谓混合式电机的概念，就是希望能够把多类电机的优势加以利用并集成，创造出一个新型的电机，各类电机是可以集合的。每种电机都有其特点，设计时需要深刻理解，使之应用于特定的场合。另外，不仅仅是电机本体要优化，系统

要优化，还要找到其有效的应用场合。

电机系统节能及其评估

赵争鸣（清华大学电机系教授）：2006年到2008年，国家发改委先后启动了200多项电机系统节能项目和工程，进展很大，也碰到了很多问题：节能成本问题，节能不节钱；由于测量仪器和方法的不统一所带来的节能认知问题；电机系统节能是系统节能，是一个优化运行方式的问题，而不是某一单个设备的问题；现在对电机系统节能的认识仍在深化之中，原来电机系统是一个需求的机制，而现在则是向节能机制转变，包括观念、运行方式、管理、技术与产品等的改变，国外也提出了“电机系统的生态设计与运行”的概念，这是以后电机系

统节能的发展方向。 总体来说，实践和研究试验结果说明：电机优化设计对提高电机效率很有限；在不改变材料的条件下，改变绕组接法、改善通风冷却方式以及增加适当的槽锲对减少杂散损耗、机械损耗和一定的铜耗和铁耗有效果；采用变频调速技术是电机系统节能的有效措施，但是对变频调速技术的采用必须理性，不能盲目地上项目，所以必须根据负载类型和运行情况，对电机与变频器进行优化配置；电机系统节能评估是一个复杂的过程，涉及到评估方法、选择变量、测试仪器等，

这是一个很深入的工作。电机系统节能还任重道远，还要继续努力。

国内外电动机能效标准概况

秦和（上海电器科学研究所副所长兼总师）：中国积极实施电动机能效标准。《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级（GB18613-2006）》是在《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值（GB18613-2002）》的基础上修订的。标准规定的内容包括能效等级、能效限定值、目标能效限定值、节能评价值和试验方法。与原标准技术相比，修订后的新电动机能效标准增加了目标能效限定值和能效等级、增加75%额定输出时的效率要求、删除了节能评价

值中对杂散损耗的要求。 美国电动机能效标准包括EPACT标准、NEMA Premium和IEEE 841-2001，美国下一步将实施一系列措施来提高电动机效率。从1998年起至今，欧洲电机制造商实施EU-CEMEP协议，通过销售节能电动机，使电能节约700万kWh，相应减少300万吨CO2。欧盟环保法规包括WEEE（废弃电气电子设备指令）、RoHS（电气电子设备若干有限物质禁用指令）、EuP（用能产

品环保设计指令）和Reach（化学品注册、评估和授权制度）。

电机及其系统节能技术发展

陈伟华（上海电器科学研究所电机分所所长）：电机系统节能虽然复杂，但可将其分为电机产品本体节能、被拖动设备及传动系统节能、管网系统的节能，以及系统内不同部件或子系统合理匹配的节能、系统控制方式的节能等。 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。据统计数据显示，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。世界各国都制订相应法规来提高高效甚至超高效电动机的市场份额，其中美国、加拿大推进最快，而中国较慢，中国市场上

电动机效率水平仅为IE1（平均效率为87%）。

按照中国节能中长期规划的要求，到2010年电动机效率水平应达到IE2（平均效率为90%左右），并推广IE3（平均效率近92%）效率的电动机。显然，差距还非常大。因此，需要强制性法规、政府执法和监督、配套政策、市场教育、示范项目以及标准制订、产品研发、检测技术的手段更新，以及主要骨干

企业加工制造水平大规模提高等各方面工作的配合。

利德华福高压变频系统的原理与应用

倚鹏（北京利德华福电气技术有限公司总师）：北京利德华福电气技术有限公司拥有国内高压变频器产量最大的生产基地。截至到2008年6月，公司累计销售台数已达1800台，市场占有率35%，位居国内行业领先地位。2007

年荣获国家质量监督检疫检验总局颁发的“中国名牌产品”称号。 HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，直接3、6、10kV输入，直接3、6、10kV高压输出。变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。系统特点：现场安装方便；可远程监控；模块旁路技术；多种运行方式保证系统安全；变频器对电网无谐波污染；

掉电不停机；飞车启动功能；多种冷却方案。 目前公司生产的变频器最大功率等级已达到7500kW。近年来，研发生产的无速度传感器矢量控制及能量回馈系统也陆续推向市场，解决了风机水泵以外的负载高性能调速的需要，这些都标志着利德华福的高压变频器可以适应更宽

广和高端的应用领域。

电机的节能技术及应用

虞威廉（河北电机股份有限公司总师）：电动机能效水平的提高对于我国当前的节能减排工作具有重要意义。电机系统节能工程作为我国十大节能工程得以实施，也表现了中国政府对于电机系统节能工作的重视。电机企业应根据国家战略发展要求，大力做好6个方面工作：针对交流电动机开发新产品；做好电机的升级换代工作；积极开发电机机电一体化产品；提高制造企业的工艺水平；

加大结构调整力度；大力开拓国际市场。 河北电机具有年生产450万kW电机能力，产品有15大系列2000多个规格。专特电机产品稳步进入跨国公司采购系统，不断完善的营销网络满足了客户

全球化的需求。 河北电机不断推进技术改造和技术创新，致力于高效节能电机的研发和推广已有10年的历史，为国家节约能源近200万kW。1993年公司自主开发出了符合美国NEMA EPACT标准的高效电机。1997年，设计并试制完成了具有完全自主知识产权、完全符合美国NEMA Premium标准的超高效电机系列产

品，电机效率平均提高3%~8%。

高效节能电机的技术研发创新及应用效果

高建平（北京毕捷电机股份有限公司副总经理）：毕捷公司主导产品为H80~630mm、低压220~690V、高压3~10kV等高中低压三相异步电动机。公司近几年来每年投入1000多万元研发费用，成功开发满足美国、北美、欧盟及澳洲标准的高效电机，并以拥有自主品牌和自主知识产权的产品打入这些发达国

家的高效电机市场。超高效电机处于世界先进水平。公司开展高效、超高效电机设计制造的经验是：开放的设计思路与实践相结合；先进、合理的生产工艺与经

验相结合；高品质的材料、零部件与成本控制相结合。 公司今后的工作：完成CGX超高效电动机全部规格产品的试制，并率先在北京开始大量应用高效、超高效电动机；完成NEMA系列超高效电动机的产业化；完成超高效稀土永磁电动机的开发工作；加大系统节能产品的生产；提升产品检测水平，建设国内一流电机试验中心。毕捷公司愿意以适当形式与同业共同分享公司的高效电机技术，推动全国高效电机的生产与应用，为国家节能减排

做出贡献。

高效电机的节能减碳

施兆兴（无锡东元电机有限公司重电事业部研发中心处长）：东元电机有限公司成立于1956年，在20多个国家和地区拥有分支机构，可以设计制造从0.1~45000kW的电机。东元电机的高效电机节能减碳工作始于1990年，斥巨资建立高效电机检验室，是亚洲第一家荣获美国商务部NVLAP认证的公司，也是亚洲第一家、世界第二家荣获美国能源部CC002A能源效率认证的公司。 高效电机可以在节能减碳方面大有可为。从欧洲提出的效率分级制来看，可以预见欧洲即将管制电机效率。在北美地区最高效率机种统计中，东元有33个机种，占87%；在欧盟最高效率机种统计中，东元有27个机种，占64%。针对国内电机“大马拉小车”的状况，在电机设计方面，降低固定损（铁损+机械损）是最重要的，这符合未来高效电机的发展方向。这里面，拥有稳定的矽钢片

来源非常重要。

另外，东元电机也在积极发展绿色能源，拥有自主的风电技术，单机容量越来越大，是台湾地区唯一有能力自行生产风机系统的公司。

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