電機(jī)是一種應(yīng)用量大、使用范圍廣的高耗能動力設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，我國電機(jī)耗電約占工業(yè)用電總量的60%～70%。實際應(yīng)用中，我國電機(jī)的整體運行狀況，同國外相比差距很大，機(jī)組效率約為75%，比國外低10%左右；系統(tǒng)運行效率為30～40%，比國際先進(jìn)水平低20～30%。因此，我國的電機(jī)應(yīng)用具有極大的節(jié)能潛力，推行電機(jī)節(jié)能勢在必行。
一、目前電機(jī)能耗狀況
改革開放20多年來，我國在能源利用上取得“GDP翻兩番，而能源消費僅翻一番”的成就。但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我國電力能源利用效率仍然較低，尤其是工業(yè)用電設(shè)備電能消耗高，浪費情況較為嚴(yán)重。大量的工業(yè)設(shè)備如風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備以及傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)、機(jī)械加工設(shè)備等，多采用交流電動機(jī)恒速傳動的方案運行，導(dǎo)致交流電動機(jī)效率普遍較低。
風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備也多采用調(diào)節(jié)風(fēng)門和閥門的辦法來調(diào)節(jié)流量，這種調(diào)節(jié)方法雖然簡單易行，但它是以耗費大量能源為代價；在工業(yè)縫紉機(jī)、機(jī)械加工設(shè)備中，往往采用離合器、摩擦片調(diào)節(jié)速度，造成大量的待機(jī)損耗和制動能耗。
1. 風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備
在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運轉(zhuǎn)，不能隨運行工況的變化進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，白白浪費了大量的能量。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且容易造成設(shè)備損耗，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費用居高不下。
泵類設(shè)備在生產(chǎn)領(lǐng)域同樣有著廣闊的應(yīng)用空間，提水泵站、水池儲罐給排系統(tǒng)、工業(yè)水(油)循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)均使用離心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等設(shè)備。根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞；還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴(yán)重時損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質(zhì)量。
2. 工業(yè)縫紉機(jī)、機(jī)械加工設(shè)備
傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)電機(jī)是一款交流離合器電機(jī)，效率僅為40～50%；電機(jī)在工作時，不論縫制布料厚薄，始終全功率輸出；在縫紉機(jī)待料待機(jī)時，電機(jī)通過離合器脫開負(fù)載，繼續(xù)空載運行，造成極大的待機(jī)損耗。
在中低檔機(jī)械加工設(shè)備中往往采用摩擦片調(diào)節(jié)速度，利用摩擦片的摩擦作用降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的，不僅造成大量的制動能耗，還加快了電機(jī)軸的磨損，降低電機(jī)使用壽命。
目前，我國在家電行業(yè)已逐步采用變頻調(diào)速控制技術(shù)以降低能耗，而工業(yè)控制領(lǐng)域中的許多速度調(diào)節(jié)方法還停留在傳統(tǒng)技術(shù)層面上。根據(jù)美國能源部的一項數(shù)據(jù)顯示，如果采用最新的高效率電機(jī)設(shè)備和一定的變頻調(diào)速裝置來替代舊的電機(jī)設(shè)備，工業(yè)用戶至少能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上節(jié)省電能18%以上。目前，許多國家均已指定流量壓力控制必須采用變頻調(diào)速裝置取代傳統(tǒng)方式，我國也在積極鼓勵工業(yè)企業(yè)采用高效、節(jié)能的電動機(jī)、鍋爐、窯爐、風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備。
二、以電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，達(dá)到節(jié)能降耗目的
隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，電子信息技術(shù)在產(chǎn)品中的應(yīng)用日趨成熟，傳統(tǒng)的電機(jī)技術(shù)與電子信息技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了“機(jī)電一體化”產(chǎn)品?！皺C(jī)電一體化”又稱“機(jī)械電子學(xué)”，是在機(jī)構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置、電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)地結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。“機(jī)電一體化”電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)有著質(zhì)的區(qū)別，“機(jī)電一體化”電機(jī)包含了控制部分既控制器及嵌入式軟件和驅(qū)動部分既電機(jī)，它是利用嵌入式軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)的智能化模糊控制。這種智能化模糊控制不僅能有效提高系統(tǒng)的運行精度，而且可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載變化實時調(diào)整電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速、輸出功率，充分達(dá)到節(jié)能降耗的目的。下面舉兩個例子來說明“機(jī)電一體化”電機(jī)的使用效果：
1. 高效節(jié)能伺服控制電機(jī)在工業(yè)縫紉機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用
前面提到傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)電機(jī)是一款交流離合器電機(jī)，效率僅為40～50%；電機(jī)在工作時，不論縫制布料厚薄，始終全功率輸出；在縫紉機(jī)待料待機(jī)時，電機(jī)通過離合器脫開負(fù)載，繼續(xù)空載運行，造成極大的待機(jī)損耗。而高效節(jié)能伺服控制電機(jī)采用直流無刷電機(jī)作為驅(qū)動元件，效率達(dá)到70～80%；伺服控制系統(tǒng)內(nèi)含嵌入式軟件，系統(tǒng)隨時檢測縫制布料的厚薄，將信息實時傳遞給嵌入式軟件，通過軟件調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和輸出功率，始終使電機(jī)工作在最合理、最節(jié)能狀態(tài)；在縫紉機(jī)待料待機(jī)時，系統(tǒng)停止工作，沒有待機(jī)損耗。通過高效節(jié)能伺服控制電機(jī)替代交流離合器電機(jī)在工業(yè)縫紉機(jī)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，可在該領(lǐng)域節(jié)能50～60%，每臺縫紉機(jī)可節(jié)電576千瓦時/年，據(jù)縫紉機(jī)行業(yè)協(xié)會估算，全國現(xiàn)在生產(chǎn)使用的工業(yè)縫紉機(jī)至少200萬臺，那么隨著高效節(jié)能伺服控制電機(jī)的替代使用，可為社會節(jié)電11.52億千瓦時/年。
高效節(jié)能伺服控制電機(jī)不僅可以在縫紉機(jī)行業(yè)推廣應(yīng)用，也可以在工業(yè)集塵設(shè)備、機(jī)械加工設(shè)備中替代傳統(tǒng)的交流電機(jī)，其節(jié)電效果普遍達(dá)到30%以上。
2. 變頻調(diào)速電機(jī)在風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備中的應(yīng)用
風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備年耗電量占全國電力消耗的1/4，大量的電能由于交流電動機(jī)只能恒速輸出、無法根據(jù)工況變化自行調(diào)節(jié)而浪費。變頻調(diào)速技術(shù)是20世紀(jì)80年代末興起的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，它以體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大、精度高、功能強(qiáng)，可靠性高，操作簡便，便于通信等功能優(yōu)于以往的傳統(tǒng)調(diào)速方式(如變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速等)。變頻調(diào)速運行，是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)速的變化要求，改變供電電流的頻率，并配合電壓的調(diào)節(jié)，以獲得合理的電機(jī)運行工況。在不同的轉(zhuǎn)速情況下，均保持較高的運行效率。變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅降低了電能消耗，同時能改善啟動性能，保護(hù)電動機(jī)及負(fù)載設(shè)備免受瞬時啟動的沖擊，延長其工作壽命，還提高電動機(jī)及負(fù)載設(shè)備的工作精確度。
風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能運行是我國節(jié)能的一項重點推廣技術(shù)，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節(jié)約能源法》把它列為通用技術(shù)加以推廣。實踐證明，變頻電機(jī)用于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備驅(qū)動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，普遍節(jié)電達(dá)到30%～50%。
三、致力于打造節(jié)能服務(wù)提供商，為保護(hù)環(huán)境盡責(zé)
節(jié)能降耗已成為當(dāng)今社會發(fā)展的一大主題，而且各行各業(yè)電動化、智能化的程度越來越高，由此催生了一個巨大的節(jié)能市場。作為高壓變頻領(lǐng)域的領(lǐng)航企業(yè)，我們根植市場前沿，致力于打造節(jié)能服務(wù)提供商，為中國的節(jié)能事業(yè)添力，為保護(hù)人類共同的生存環(huán)境盡責(zé)，并將此作為公司的歷史使命。在這一使命的驅(qū)使下，公司自成立后，即自主研發(fā)高壓變頻調(diào)速產(chǎn)品，經(jīng)過近10年的完善、改進(jìn)和推廣，如今高壓變頻調(diào)速裝置遍布全國除西藏、臺灣以外的所有省、市、地區(qū)，在電力、冶金、水泥、石化、礦山等高耗能行業(yè)，在華能、大唐、國電、華電、中電投等電力集團(tuán)，在寶鋼、首鋼、鞍鋼、邯鋼、中石油、中石化等國有大中型企業(yè)，在大大小小的私有企業(yè)，利德華福的產(chǎn)品得到了廣泛認(rèn)可，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為社會節(jié)約了大量能源。同時海外市場銷售穩(wěn)步向前，先后在南亞、西亞、歐洲、南美、北美取得重要突破，為我們的產(chǎn)品全面進(jìn)入國際市場奠定堅實的基礎(chǔ)。
同時，我們還投入大量資金，利用北京得天獨厚的人文環(huán)境，引進(jìn)清華、北交大等重點院校的優(yōu)秀技術(shù)人才進(jìn)行專業(yè)培養(yǎng)，并與科研院所、大專院校合作開發(fā)高壓變頻器、風(fēng)力發(fā)電變流器等產(chǎn)品，如今，公司產(chǎn)品在性能、品質(zhì)、大功率、應(yīng)用領(lǐng)域方面不斷提升。在性能方面，我們實現(xiàn)了從最初的交流變壓變頻控制到矢量控制，從普通二角限到四象限運行能量回饋；在品質(zhì)方面，公司已建立了一套完整的質(zhì)量保證體系，運行穩(wěn)定性逐年提高，故障率逐年下降，從用戶現(xiàn)場的實踐證明了我們的產(chǎn)品品質(zhì)已達(dá)到了國外同等水平；在產(chǎn)品功率等級上，目前已實現(xiàn)了8000kW變頻器的設(shè)計和銷售；在應(yīng)用領(lǐng)域方面，我們除在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域外還擴(kuò)大了覆蓋面，開發(fā)了應(yīng)用于除風(fēng)機(jī)水泵外的礦井提升、皮帶傳送等高精度、高性能控制的特殊負(fù)載。2006年，由我們投資成立的清能華福公司自主研制的1.5MW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電變流器樣機(jī)，目前已實現(xiàn)少量銷售和風(fēng)機(jī)現(xiàn)場投運成功，明年將形成批量生產(chǎn)，實現(xiàn)部分替代進(jìn)口品牌，這些都將為中國節(jié)能環(huán)保事業(yè)作出新的貢獻(xiàn)。
十年來，公司在響應(yīng)國家提倡的節(jié)能減排號召方面做出了積極的貢獻(xiàn)，我們向社會提供的2000臺變頻調(diào)速設(shè)備每年為國家節(jié)煤約115.2萬噸，每年減少對環(huán)境產(chǎn)生粉煤灰23.04萬噸。
四、電機(jī)節(jié)能的遠(yuǎn)景目標(biāo)和發(fā)展方向
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)節(jié)能的前景十分看好。據(jù)國家能源部的初步估算：如果全面啟動電機(jī)節(jié)能工程，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、閥門等機(jī)械節(jié)流調(diào)節(jié)方式，全國的用電量將下降15～20%而GDP保持不變。
通過研發(fā)高效節(jié)能的變頻調(diào)速技術(shù)，在工業(yè)、交通、辦公自動化等領(lǐng)域推廣使用，將電機(jī)的平均能耗下降20～30%，這是電機(jī)行業(yè)“十一五”期間的節(jié)能目標(biāo)。
來源:北京興德利技術(shù)開發(fā)有限公司
