时间：2023-05-30 09:14:36
【关键词】减速节能电机；机采系统效率；应用
1、现状及存在主要问题：
中原油田采油三厂目前有抽油机井687口左右。机采系统年耗电量1.3亿kWh，占我厂总耗电量的50%以上。目前机采系统拖动装置存在问题较多，主要有如下两点：
（1）电机老化严重。我厂机采系统电机以6级、8级电机为主，少许为12级电机。目前在用最早的电机为1985年投用，大多数电机经过多次修理，我厂维修大队平均每年电机修理290台次左右。全厂抽油机电机有431台修理达3次以上，50%以上电机修理修理次数在4次以上，部分电机为1995年―1998年投产电机修理次数达8、9次之多。因电机老化，电机空载电流达损耗达2.5KW，已经没有什么修理价值。我厂机采系统电机多年没有更新，仅利用新井配套引进些普通电机，这些电机非节能型电机，效率不高。
（2）低产低能井多，电机冲次偏高。目前油田处于开发后期，截至2011年11月份统计，我厂低产液抽油机井较多我厂单井产液量≤10吨的363口，占总开井口数的51.9%（其中单井日产液量≤5吨的136口，5-10吨的227口，分别占总开井口数的19.5%、32.5%）。低产液井比例大、泵充满系数低，老式电机不能满足低产液井对低冲次的要求，影响机采系统效率的提升。
2、项目目的及技术经济指标：
试验及应用SRM开关磁阻、小容量减速节能电动机、双功低速等新型节能电机，提高机采系统效率，节电降耗。节电率达15-25%。
3、现场试验及实际应用概况：
2011年我厂共试验及推广应用节能电机4种18台，共计投入：89万元。其中SRM开关磁阻智能调速电动机2台、小容量减速节能电动机8台、游梁式抽油机专用节能配套电机2台、双功低速YCHD280L-1.5/18.5/37kW-1140V电机6台。平均冲次下降1.5次，节电效果20%左右。
主要电机具体使用情况及数据如下：
3.1SRM开关磁阻智能调速电动机：卫一采油区在WC18-6#、WC18-9#两口抽油机井进行了智能调速电动机调速系统节能试验（SRM-280电动机），通过跟踪调试，目前更换该装置的2口油井运行正常，节电效果明显。
现场试验有功电量日耗电量读数统计对比表：
安装井号 安装前后冲次变化 安装前日用电量（kWh） 安装后日用电量（kWh） 日节电量（kWh）
WC18-6# 未变化 291 212 -79
WC18-9# 未变化 268 182 -86
3.2小容量减速节能电动机：该电机适用于低产液井，环境适应性强、耐用性强、性价比高。装机容量小、输出扭矩大、转速低；齿轮传动效率高、功损小，运行效率高；采用负荷封油技术，齿轮油不渗不漏；低转速时无滑差、抽油机运行平稳；调冲次方便，电机容量小安装、维护、保养方便。综合节电率大于25%。
现场试验有功电量日耗电量读数统计对比表：
井号 安装前后冲次变化 安装前上/下行电流（A） 安装后上/下行电流（A） 电流下降比例
WCP2 2.7/1.7 8/9 6/7 22%
WC10-26 2/1.8 50/45 22/20 56%
3.3游梁式抽油机专用节能配套电机
游梁式抽油机专用节能配套电机，利用系统的机械特性，改造转动部分结构节能；根据系统运动时所需的拖动力，改造部分机械结构，合理选配电动机，降低电机自身损耗，提高电动机的效率节能；提高系统抽油效率。调整抽油机冲次时，不用更换皮带轮只需调节该节电器调速装置档位，即可随意变换；该设备具有机械储能装置。原电机存在能量损失，该节电设备能使其能量直接储存起来，并随后自动释放，既减少了能量损失，又防止反发电对电网的冲击；电机效率高，使用维护方便，综合节电率20―40%。适用于原配备45-55KW、冲次在1至6次的油井使用，低产低能井使用效果最佳。
在马寨油藏经营管理区MZWC95-32井安装后，经过油田分公司技术监测中心检测测试，测试结果如下：
井号 状态 电流（A） 有功功率（kW） 无功功率（kvar） 产液量（t/d） 产油量（t/d） 综合节电率
MZWC 95-32井 装前 44.6 9.25 28.8 14.6 0.5 21.6%
装后 24.4 8.11 14.1 15.7 0.55
对比 -20.2 -1.14 -14.7 +1.1 +0.05
4、节能效果及经济效益预测
节能效果：
4.1年节能能力
18台电机年可节电量57.8×104kWh；折标煤71.03吨。
截至2011年年底累计节能量及减少成本支出
今年已累计节电量22.6×104kWh；折标煤27.78吨。
安装18口井，单井平均冲次由3.8次降为2次，减少油井管杆磨损，减少作业井次2次，减少作业及管杆费用12万元。
4.2经济效益
项目投入：89万元
该项目年产出：
年节约用电57.8万kWh，节约成本0.73元/kWh×57.8万kWh=17.34万元；
今年已累计节电量22.6×104kWh；折标煤27.78吨。
年减少油井管杆磨损，减少作业井次2次，减少作业及管杆费用12万元。
该项目年可创效合计：57.8+1269.8万元。
5、投资回收期
中图分类号：TM621.3.文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2012)04(a)-0000-00
近年来，随着火电技术的快速发展，机组也向大容量，自动化，高参数的方向大步前进。但是如果拿来与世界发达国家水平相比，还存在着一定的距离。加强火电机组的运行优化，节能降耗，提高经济效益，改善生态环境，是我国电力工业可持续发展的必然选择。
1我国煤炭能源现状
据了解国家煤炭“十二五”规划以大集团企业为主，电力企业要想在中间分切煤炭这块蛋糕，肯定需要加快扩张的步伐。全国煤炭工作会议上，国家发改委提出能源消费总量控制思路，对能源消费总量和用电总量同时加以控制。按照国家提出的能源控制总量目标，到2015年预计国内煤炭消耗约为37亿吨，与2011年达的35.8亿吨煤相比，中间仅相差1亿吨。
可见，巨额的消耗不得不引起关注。随着社会经济的高速发展，环保也引起全社会的关注，所以电力工业要引进竞争机制，深入改革和创新，在兴建大型机组的基础上，重视原有机组的生产效率和降低用电成本。
2火电机组在经济运行中存在的问题
2.1汽轮机热耗
汽轮机运行的品质好坏直接影响到电厂的经济效益。这种品质一般以电厂的热耗指标来衡量的。目前热耗计算与分析已成为监测气机性能的手段之一。但是由于很多汽轮机考核试验热耗远远高于设计热耗，主要是因为理论设计和实际中存在着一定的差距，再加上冗长的气机热参数数字加重了人工工作量，也使离线监测失去了实效性，无法用监测的结果来改善运行品质和节能的目的。
2.2锅炉效率不高
2.2.1我国火力发电机组的点火启动是一个主要以燃油消耗的巨大过程，此过程不但耗费燃料油，而且增多用电成本，是电力工业节能降耗的攻坚难题。
2.2.2机组自投产以来，锅炉运行状况基本良好，各主要热力参数基本能达到设计值，能达到50%锅炉负荷时脱油稳燃能力，排烟温度比设计值稍低。但是锅炉内未燃尽造成的热损失。存在的主要问题是锅炉启停过程油耗较高，以降低启停油耗为目的提出锅炉燃烧器、油枪改造问题。
2.3热力系统及辅机设备不完善
国产引进型机组的试验热耗率比设计或经系统和参数修正后的热耗率大得多。一般试验与设计热耗率相差221.2～616.2kJ/(kW·h)，修正量（试验与修正后热耗率相差）达233.2～499.5kJ/(kW·h)，折合机组发电煤耗率8.7～18.7g/(kW·h)。而进口同类型机组（宝钢、福州、大连）试验热耗率与设计或修正后的热耗率则十分接近，有的机组试验热耗率不经任何修正甚至比设计热耗率还低。相比之下，说明国产引进的机组热力系统及设备不尽完善。
3火电机组节能的策略分析
3.1提高汽轮机的效率
3.1.1汽轮机冷端系统是凝汽式汽轮机装置的一个重要辅助系统,其性能的好坏将直接影响整个装置的经济性和安全性。如果能能提高凝汽器的真空度、减少凝汽器的冷却面积或减少循环冷却水流量,加强冷端系统运行管理和进行技术检测，实施优化调整，将会提高机组循环热效率、减少投资或降低运行成本。
3.1.2对运转多年的汽轮机组，提供合理的间隙和杜绝汽轮机本体疏水闸门排漏。提高汽轮机流通部门的改造，是提高汽轮机效率的有效途径。由此，整机改造后机组效率可提高到4个百分点，热耗率下降500千焦炭/千万时。
3.2进行锅炉优化
3.2.1 锅炉等离子点火可以减少燃油，降低点火成本,电厂锅炉等离子点火技术是一种新型锅炉点火燃烧技术，现在我国国内也成功实现了等离子无油点火启动，其优点表现在：利用等离子点火技术代替燃油启动，能节省大量的燃油，而且不产生废弃物，利于环保，更降低了运行成本。
3.2.2进行锅炉节油改造，实现节能的目的,为保证锅炉效率，应按照设计或接近于设计的煤种标准提供锅炉燃烧用燃料。采用先进的节油技术，进行锅炉节油改造。首先改造油枪，采用节能油枪。比如等离子点火技术就使耗油量大大减少。或者可以采用煤粉直接点火燃烧器利用特殊的结构和先进的机理，它将使特殊结构在喷口前部形成适合煤粉气流着火燃烧的高温高浓度区域，选用短距高强度点火燃烧器专用油枪，将有限的能量全部用于加热局部高浓度煤粉，达到节约燃油的目的。其次是改造磨煤机的硬件运行系统，降低安全隐患，并删除不必要的步骤，这个过程，就能节省电能损耗。
3.3运用先进节能技术实现机组运行优化
3.3.1提高电厂自动装置的投入率,提高电厂自动装置的投入率减少运行人员操作，减轻劳动负担，同时自动装置调整较人员调节及时，调节动作较快，容易保证设备和运行参数在最佳值工作，还有助于降低厂用电量。
3.3.2合理改变运行方式,根据机组状况，合理改变运行方式，使机组或辅机在最合理的方式小运行。加强设备治理，消除设备故障，彻底根除七漏现象，减少电厂工质浪费和材料损耗
3.3.3优化电厂内机组负荷分配,优化电厂内机组负荷分配不同类型的机组，具有不同的经济性；即使同一类型的机组，由于设计、安装维护等原因，具有不同的热力特性，机组煤耗也不同。对机组本身而言，在不同工况其热效率也不同。因此，当下达总负荷指令时，在电厂内部可以对不同机组进行负荷二次分配，分配原则一般根据机组的煤耗特性或等微增率分配负荷，使全厂经济性最好。
3.3.4优化机组启、停,当电厂停一台机组备用时，电厂在不考虑消缺因素时，要考虑让煤耗高的机组优先停运。多台机组备用，机组要求启动时，优先考虑启动煤耗低的机组，这样可以降低全厂煤耗，提高经济性。
4结语
火电厂是一次能源用能大户，全年耗煤量非常巨大，提高火电厂的一次能源利用率，尽可能的降低发电成本,降低机组热耗、节约燃料、提高电厂热效率、降低发电成本,减少环境污染,已成为当今工业先进国家火力发电技术的主要发展方向。
参考文献
[1]耿建渝,郑德升.600MW级火电机组主机参数选择探讨.电站系统工程.2011年04期.
提高工作效率变频器的基本工作原理就是通过半导体元器件将工频电流信号转变成其他频率信号，使交流电转换成直流电，之后通过逆变器实现对电流与电压的调节与控制，使煤矿机械设备实现调速运转，简而言之也就是“交—直—交”的转换过程。在这个过程中，频比控制模式起着极其重要的作用。机电设备的转速和电源输入频率呈正相关关系，通过调节、控制电源频率，可以达到调整机电设备转速的目的。根据这一原理，可以改进压频比控制模式，在煤矿机电设备运转过程中逐渐加大变频功率，同时辅之以先进的操作控制系统，从而在一定程度上提升煤矿机电设备的运行效率，具体如下：
（1）功率器件方面，智能功率模块（IPM）可以有效提高变频功率；
（2）压频比控制方式方面，目前转矩直接控制模式和矢量控制模式很好地拓宽了该技术的应用范围，已经在诸多企业获得了应用。
2根据负载合理选择
变频器与电机负载是选择变频器和电机时必须考量的因素，具体要求为：
（1）一般的恒转矩负载要求
变频器必须具备以下几个条件：过载能力较大；过载时间足够；具备较大的启动及转动转矩；具备恒定转矩特性。
（2）对于风机、泵类的负载
选择变频调速系统时需符合以下两个条件：设备经济性、可靠性较高，能够提供稳定的转速；可以针对机电设备的情况选择变频控制模式。
（3）对于恒功率负载
选择变频器时需符合以下两个条件：输出为定值控制；该变频器能够满足对其进行针对性设计的需求。因此，为了确保电机处于经济运行状态，必须根据负载的机械特性，选择合适的变频调速电机。而使用中的变频调速电机，要尽量避免长时间空载、轻载，同时要加强设备维护检修，使其保持在最佳工作状态，
3改进四象限变频器，提高煤矿机电设备的灵活性
采煤作业环境复杂多变，大量机电设备处于负荷频繁波动状态，这些因素给煤矿安全生产带来了很大困扰。当前煤矿机电设备采用四象变频器技术大大缓解了这个现象。四象限变频器将整流电路由原来的全波整流桥调整为由智能功率模块构成的可控整流桥，以便更好地完成采掘工作。四象限变频器与普通变频器的区别在于电机处于发电状态时，其逆变电路和整流电路将会发生互换，从而实现将电机所产生的电量输送至其他设备的目的。
3．1在采煤机中的应用
我国采煤机变频调速系统已由之前的“一拖二”改进为现在的“一拖一”。我国自主研发的采煤机已处于世界领先水平，例如采煤机ACS－800变频器，可以确保加速时不过流、减速时不过压。整个过程可根据电机功率进行计算，还能根据现场情况做适当调整，从而实现降低能耗、提升工作效率的目的。
3．2在提升机中的应用
在煤矿提升装置中应用时，普通变频器存在较大的弊端，问题主要在于电机制动产生的能量会过多消耗在电阻上。变频技术的创新，可以将电机处于二、四象限运行过程中发电产生的电能回馈给电网侧使用，从而让提升机实现匀速、加速工作与平稳启动、关闭，并借助数字控制系统有效提升工作效率，这对保障工作人员的人身安全起着重要作用。
3．3在胶带输送机中的应用
胶带输送机具有大功率、高电压等特点，主要通过胶带与轮毂之间的摩擦作用实现煤炭传送。可以采用变频节能技术对上山胶带输送机进行改造，原理和提升机相似，改造可以改变胶带输送机的启动模式，彻底实现软启动，让机电设备实现平稳运行。变频节能技术还能降低机电设备的发热量，在降低能耗的基础上延长胶带的使用寿命，最终提高胶带输送机的工作效率。
4使用变频技术改善各电路元件间的逻辑关系
优化电路变频器由键盘、电机、电源板、控制主板等构成，结构相对复杂。采用变频节能技术改善电路元件之间的逻辑关系，不仅可以优化电路，为煤矿机电设备提供适宜的运行环境，而且能够在一定程度上延长煤矿机电设备的使用寿命。变频节能技术实现这一功能的关键在于通过IGBT等功率开关器件以及PWM控制技术，实现从交流到直流再到交流的转换。变频器电路一般包括主电路和控制电路两个部分，主电路的正常运行需要控制信号配合。通常电压检测电路会设置一个电压上限值，如果检测到的直流母线电压超过该上限值，电压检测电路便向变频器发出控制信号，使变频器的过压保护启动。
5结语
（1.合肥工业大学 电气及自动化工程学院，安徽 合肥 230009；
2.六安职业技术学院 机电工程学院， 安徽 六安 237158）
摘 要：针对电机在负载较小时运行效率低、资源浪费的问题，详细分析了电机节能的基本原理，基于STC89C51单片机提出了一种功率因数控制方案，通过单片机的控制实现功率因数的调节，进而达到电机节能的设计目的。本文给出了系统工作原理、系统硬件结构以及软件流程，实际的使用和测试表明，本系统对于经常处于负载较轻或者负载经常变化的电机有较好的节能效果，系统的稳定性也满足设计要求。
关键词 ：单片机；电机节能；电流检测；功率因数
中图分类号：TM301文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）03-0137-03
交流异步电机具有结构简单、成本低廉、操作方便、可靠性高等特点，在工业、农业中广泛使用，作为机电设备的重要动力输出装备在各行各业特别是工矿企业中使用。但是在实际的使用过程中，许多电机运行在恒定输出功率之下，无法改变系统的输出功率。这与实际运行环境中负载实时变化的事实是相矛盾的，是一种非常不经济、不环保的运行状态，往往会造成较大的能源浪费，同时还会造成不必要的电机损耗。所以说电机节能系统的研究和推广具有很大的迫切性和必要性。
针对上述情况，本文在详细分析电机能源浪费原因、电机节能控制原理的基础上，基于STC89C51单片机设计了一种功率因数控制方案，该方案通过单片机对电机系统的控制实现了电机功率因数的调节，进而在不同的负载情况下，实现了系统功率的改变，达到电机节能的目的。本文给出了系统的硬件设计、软件流程分析等，并且在实际的工作环境中进行了测试，表明，本系统符合设计要求，工作稳定，对经常处于负载较轻或者负载经常变化的电机有较好的节能效果。
1 电机能源浪费原因分析
交流电机虽然有使用简单、价格低廉、可靠性好的特点，并在工业、农业中广泛使用，但是却有相当一部分交流电机由于各方面的原因处于电能浪费状态并增加了机器的损耗，总结起来，电机造成能源浪费的原因主要有[1]：
（1）大部分电机在实际使用过程中，都采用直接启动方式，不但对电网和动力系统造成冲击，并且超出常规运行电流的大电流启动造成巨大的电能损耗。
（2）在实际的工作环境中，往往在电动机动能配置的时候，会较为片面的追求相对安全的余量，这就会造成电动机容量过大的结果，导致工作中的电动机偏离系统设计的最佳工作状态，使得运行的功率因数降低。
（3）工作环境中，由于成本、管理、人员控制等原因，往往会让电动机采用稳定功率运行，这样在电动机空载、轻载的时候，会造成巨大的额外电能损失。
2 电机节能原理
目前我国电机系统的运行效率与国际水平相比还有较大差距，大概在10%-20%左右，随着国家节能减排的力度加大，电机节能技术也日益受到重视。针对上述电机能量浪费原因的分析，可以通过建立较为完善的实时监控测量系统，对电机的运行参数进行全面你的监控，适时调整电机的输入输出的功率，这样能够使电机按照负载的实际需求进行适当的输入和输出，对功率进行灵活的调节，从而减少系统电能的浪费和消耗。目前较为流行的电机能耗控制方法是功率因数控制阀，此方法通过实时监测电机功率因数角的变化，监测电压，进而进行调整，从而使电机达到最佳运行状态。本方法的特点有[2]：
（1）比较适合恒定功率运行，负载经常变化的电机。
（2）实现电压、电流的同步协动，电机节能效果显著增强。
（3）适用范围较广，适用于大多数三相交流电机，只需要按照功率大小进行分别配置即可。
（4）稳定性和精确性好。
电动机在额定负载的情况下功率因数最高，系统运行状态最佳，但是在空载的情况下，功率因数最低。并且根据电动机工作原理可以分析得知，电动机的负载电流会随着负载大小变化，所以可以将负载电流作为系统检测信号。功率因数越高，有用功占功率总功率的比重越大，系统运行效率更好。所以说，从某种意义上来说，功率因数是衡量电气设备运行效率高低的一个重要系数，功率因数降低，则说明用于无用功的消耗的增加，设备的运行效率在降低。所以在电机节能技术中，往往会把功率因数作为重要的检测指标。提高功率因数的优势主要有以下几个方面：
（1）通过功率因数的提高，减少了电机的损耗，减少和生产成本，提高系统工作效率。
（2）通过功率因数的改善，减少了供电系统中的电压损耗，可以使得电机的供电电压更为稳定，改善了电能质量，减少的电机的磨损，降低了安全隐患。
（3）功率因数的提高可以提高系统的裕度。
在本文设计的系统中，主要通过对正在运行电机的相电压和相电流进行过零检测，计算出功率因数角，通过内控芯片的比对、检测以及处理，在通过脉冲信号触发电流，控制导通角，使电压和电流随负载的变化灵活进行调整，从而真正达到降压节能的目的[3]。
系统设计整体框图如图1所示：
3 系统硬件设计
本文在详细分析电机能源浪费原因、电机节能控制原理的基础上，基于STC89C51单片机设计了一种功率因数控制方案，该方案通过单片机对电机系统的控制实现了电机功率因数的调节，进而在不同的负载情况下，实现了系统功率的改变，达到电机节能的目的。
STC89C51具有指令速度快、稳定性好、在线烧录、编程简单、成本低等原因，非常适合本文设计系统。
功率因数的检测主要是对运行状态电机的相电流和相电压进行检测，在异步电动机中，由于感性负载的存在，所以在电压经过过零点后，往往会有一个延迟角，电流才能过零，这个夹角就是功率因数角。电压过零检测就是把输入的负载电压转换成同一相位的矩形波，通过单片机的输入管脚，送入核心处理器，这个矩形波的下降沿既是脉冲的触发信号，又是单片机的定时器信号。电流过零检测就是把电流信号转换为矩形波，有单片机进行检测和处理。通过对功率因数角的检测，然后通过余弦取值，进而判断功率因数角的大小，推导出系统负载的变化，进而改变晶闸管的导通角[4]，实现电压的调节。电压电流过零检测电路如图2所示，其中电压采样电路如图3所示。通过本采样电路，可以对电机的线电压隔离降压，然后进行整流，达到直流信号再经过滤波、分压后送至单片机的A/D端进行模数转换，可以得到实时的电压值，由单片机进行判断。
电流采样电路如图4所示，通过本采样电路，可以利用三个电流互感器分别检测三相电流，采集的信号通过桥式整流后送入单片机的模数转换接口进行检测，将其与预先设定的数值进行比较，进而判断负载的状态，决定是否触发脉冲，降低系统电压。
在完成系统检测之后，就要进行系统处理和触发，其中晶闸管的触发是通过触发电路实现的，所以说触发电路才是决定系统准确性和可靠性的关键电路，直接影响着系统节能的效率，所以由较高的设计要求。触发电路的脉冲信号必须大于相应晶闸管的触发阈值，同时触发脉冲的幅度和上升沿坡度也会影响触发精度。为保证晶闸管的可靠导通和系统的可靠运行，本系统中的触发电路采用两个三极管组成放大电路[5，6]，系统电路结构如图5所示。
4 系统软件设计
本系统采用模块化的设计思想，以主程序为核心设计子模块，简化和结构设计，运行中通过主程序实现对子模块的调用。主要设计流程如图6所示：
上电后系统先调用初始化子程序，对各个功能模块进行初始化并进行检测，同时对模糊控制算法进行离线处理，把计算得到的模糊控制查询表存入单片机的存储器中，以便节能时查表使用．初始化子程序完成后，进入软起动设定程序，进行软起动初始时间的设定，若不设定，则系统会默认在一个系统周期之内自动进入软启动，启动完成后进入主循环，电压、电流等功能电路对系统进行采样，并将采样信息送入主控制器，后由各子程序进行处理，并进行故障检测。系统每半个周期都要对晶闸管进行一次触发，并且还要完成模数转换、状态显示等功能，所以对实时的要求较高。
5 系统测试分析
在系统设计完成后，需要进行详细的功能测试和性能测试，验证系统设计的正确定。但是由于系统实际条件限制，本系统智能针对实验室异步电机进行测试。系统功能测试结果如表1所示：
系统空载时，电压对功率因数的影响如表2所示：
由上述结果可以看出，电压的降低对于系统空载时的功率因数影响很大，通过功率因数的调节，确实可以达到功率调节的目的。
实验室电机为9KW，本次测试时间为4小时，每个系统状态各一个小时，系统性能测试结果如表3所示：
【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。
2.1 试验数据说明
电机处于50%负载率运行时，Y160M1-2输出功率为5522.3W，YE3-160M1-2输出功率为5524.1W，可以等同认为在同一负载率下运行，其输入功率分别为6715.0W、6392.0W，转速分别为2965.4rpm、2976.7rpm。
电机处于75%负载率运行时，Y160M1-2输出功率为8284.6W，YE3-160M1-2输出功率为8265.0W，可以等同认为在同一负载率下运行，其输入功率分别为9679.0W、9270.0W，转速分别为2949.3rpm、2964.1rpm。
2.2 节能效果分析
电动机处于50%负载率运行时，Y160M1-2电机效率为82.24%，YE3-160M1-2电机效率为86.42%，效率提高4.18个百分点；电动机处于75%负载率运行时，Y160M1-2电机效率为85.59%，YE3-160M1-2电机效率为89.16%，效率提高3.57个百分点。
从现场测试效果来看，节能效果明显。
3 高效电机推广存在的困难分析
3.1 对高效节能电机替代普通电机的认识不到位
电机作为拖动设备的动力装置，在大多数运行环境下，对其运行参数的要求不高，也不属于易损设备，很多上世纪六十年代生产的J系列电动机仍然在很多企业中正常运转。在市场经济下，有些企业目光短视，缩减成本进行采购，这与高效电机价格较高成了一对矛盾。只要能电机保证生产正常运行，大部分企业一般不会拿出额外的投资来更换电机，当然也更不会拿出超出普通电机很多的投资来更换高效电机，这是高效电机推广困难的主要因素。另外，信息不对称、观念错位、市场不规范、节能意识不强等也成为高效电机在我国推广的障碍。
3.2 对高效节能电机节能效果认知度不够
部分用能企业更换高效节能电机后反映，其用电量与原低效电机节能相比，节能效果并不明显，对高效电机节能率3-5%存在质疑。笔者以为，同等输出功率的更高一级能效电机的转差会减少20%-30%，转速比普通电机高10转以上，其拖动设备运行状态发生了一定改变，而对于大多数的用电设备，其电力消耗与转速的三次方成比例关系，例如，增加2%的运行速度将会造成增加8%的电力消耗，这就很容易抵消更换高效电机所预期的节能量。节能效果只考虑耗能，不考虑出力增加，是统计节能量偏小的重要因素。
3.3 高效电机价格偏高
高效电机从设计、材料和工艺上都采用了先进的技术措施，例如采用新型材料、合理的定转子槽数、风扇参数和正弦绕组等，来降低损耗，因此高效电机生产成本比普通电机高10-20%左右，有的甚至高50%，导致许多用户产生“节能不节钱”的观念。
3.4 电机销售模式决定高效电机推广困难重重
据有关资料显示，电机销售面向的三类客户其产品用量所占比分别为：终端用户占5%，商约占15%，下游产业的机械设备配套商占80%。由于由此可见，高效电机能否最终被市场接受，机械设备配套商的态度最为关键。由于大多数机械设备配套商并不是最终使用者，他们更多的是考虑如何节省一次性投入，提高自己终端产品在竞标中的价格优势，关注价格多于关注效率，缺乏主动采购高效电机的动力，而终端用户又没有决定采用高效电机的权力，这是高效电机推广的重要瓶颈。
3.5 电机系统节能技术改造合同能源管理项目推行困难
合同能源管理作为近几年兴起的一种市场化节能机制，对于促进企业提升能源利用效率发挥了积极作用。由于电机系统节能改造项目投资较大、节能量统计计量困难、回收期长等因素，有些节能服务公司仅仅以高效电机与普通电机的节电率来核算其回收期，不愿意开展电机系统技术改造的项目。
4 高效节能电机推广建议
4.1 加强政府强制
一是有关部门严格按照GB18613-2012标准要求，加强对电机生产企业执行能效标准的监督，对于达不到能效标准的企业坚决予以查处，促使其转型升级，彻底切断低效电机来源；二是充分发挥工业固定资产投资项目节能评估审查的约束作用，加强对电机能效方面的专项审查，确保增量电机选用高效电机产品；三是招投标部门严格准入准则，禁止配套低效电机的产品参加竞标。
4.2 转换高效节能电机的推广和财政补贴方式
近几年，国家对节能产品补贴分为补贴到用户和补贴到制造商两种，补贴到用户（节能电器、汽车等）的市场情况较好，而补贴给制造商（高效电机）的市场情况就不太理想，原因就是补贴过程复杂，企业要将应用高效电机的用户信息反馈到政府后才能领到补贴，而终端用户也没有直接感受到高效电机财政补贴的优惠政策。建议高效电机推广也采用补贴到终端用户财政补贴方式。
4.3 加快合同能源管理模式进行电机系统节能改造
电机系统节能改造，涉及电平衡测试、方案设计、系统优化等技术的整合，专业性较强，掌握核心技术、服务质量高、资源整合能力强的节能服务公司具备这样水平。政府应当制定单独的电机系统节能改造推进和补贴政策，并协调金融部门建立易于操作的投资合作平台，加大对高效电机推广及电机系统节能技术改造合同能源管理项目的金融信贷支持。
5 结论
电力节能是工业节能的重中之重，高效节能电机相比普通电机具有非常明显的节能效果，通过对电机系统进行节能改造，使用高效电机、淘汰在用低效电机，可以深入挖掘节能潜力。采取行之有效的措施，推广高效电机，促进我国在用电机的更新换代，对于促进工业发展方式转变和“十二五”节能约束性目标是实现具有十分重要的意义。
【参考文献】
总经理近藤史郎向《经济》记者介绍公司时说：“可以把我们理解为一家创能、节能企业。我们的产品主要用在和能源相关的地方。我们的核心技术是电力电子设备、功率半导体及控制系统。在这个核心技术平台上，我们构筑了创能技术平台及节能技术平台。”
一番解释之后，给记者留下突出印象的是，这里的技术和能源有关，具有节能和创能的特点。
在经济刚刚开始发展的阶段，大量使用能源就能立即让经济面貌出现变化。但煤炭、石油等资源是有限的，同时，大量使用后带来的污染问题，也难以解决。一个企业是否具有较高的能源使用技术，这不仅关系着企业成本的支出，也与其能否在新市场上夺得先机有着重要关系。富士电机公司作为电气企业，发挥能源利用上的技术优势，便能够让人知道这是一家具有战略眼光的企业。
专注中国的能源及环境市场
《经济》：我们知道富士电机成立于1923年，是日本最著名的电气企业之一。但很多读者可能还不是很清楚富士电机在中国的情况。请您介绍一下。
近藤史郎总经理（以下简称近藤）：我们在1965年已经开始向中国提供水力发电机，80年代，设立派遣员工事务所，并拥有中国最高的变频器出口销售市场占有率；90年代以后，我们在中国设立了一些工厂，主要生产马达等产品。现在我们在中国有销售网点15个，在中国从事生产及售后服务等业务的企业有25家。
《经济》：从事生产及售后服务的企业主要分布在哪些地方？富士电机的特点是什么？
近藤：无锡富士电机有限公司有员工400多人，主要生产变频器。生产断路器的富士电机大连有限公司和生产各种马达的富士电机马达（大连）有限公司的员工数量分别为780人和460人。在上海、深圳、常熟、珠海等地也有我们的工厂，员工人数都分别达到数百上千不等。
我们的生产内容较大，但我们的基本理念很简单，就三条：第一，强化综合事业，不仅要保证内容的多样化，还要在成本等方面与中国保持一致；第二，加速开拓用户；第三，在智能电网、自动售货机及电动汽车等方面，拓展新事业。
《经济》：我们注意到近藤总经理特别注重能源、环境问题。这是为什么呢？
近藤：提高能源利用效率，可以为解决环境问题作贡献，其关键的技术在于能源转换。电力电子技术是实现高效率能源转换最有效的手段，我们在这方面有着长年积累的经验和先进的技术。功率半导体、电路及控制系统是电力电子事业的基础，在这个基础平台上实现最合理的能源利用。
《经济》：这些技术能够用在什么地方？
近藤：在社会及产业各个方面均有其用途。但我们的产品比较多地用在了钢铁、石化、水泥、数据中心、半导体工厂及汽车的组装厂中。
比如在制造业方面，可以用于节能、环保，用于数据中心及无尘室的节能与高效化；在水环境方面，用于污水处理厂、工厂排水等等。
强有力的半导体事业
《经济》：我们知道，半导体事业是日本几家综合厂家去年亏损的主要领域。富士电机也在从事半导体事业，经营情况如何？
近藤：我们所销售的功率半导体是指耐高压、大容量制品，如1700V、PrimePACK、High Power Module方面的产品，与电视、数码上使用的半导体在市场方面不一样。
在很多核心技术上，我们的第六代、第七代IGBT电子零件技术，耐高压IC技术及高放热性能捆绑技术等，都是富士电机自己独到的技术。
在智能城市概念上的新开拓
《经济》：富士电机的生产内容超出了我们的想象，能否用一个比较具体的方式解释一下？
近藤：最简单的说法便是智能城市概念。在这个概念里，我们的产品用在了光伏发电、地热发电、风力发电及火力发电方面，同时和这些发电系统有关联的是电池、环境测试、智能电表、电动汽车、绿色数据中心等。在智能城市这一概念里，很多产品、系统都离不开富士电机的产品。
《经济》：最近电动汽车的充电系统就非常引人注目。
近藤：在这方面，富士电机的产品非常多。比如马达、电动汽车的充电器、大型电动机车上的控制基板等，就是我们生产提供的。在充电设施上，我们的充电站与智能电网联网，可以实现快速充电。同时，相关的产品也用在了铁路上。
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。
在设计VSD时，我们必须慎重处理，以防止电机控制器产生不必要的能量损耗，引起较多的热量散失到电机散热器、外壳和附近的电路中，从而导致电机的使用成本增加、尺寸增大、寿命缩短。VSD的最大损耗来源于驱动电机绕组的开关以及恢复二极管，在开关关闭后，恢复二极管在短暂时间内将会产生相电流。
三相ACIM和BLDC驱动器需要6个IGBT或MOSFET驱动三个电机相位。而对于SR驱动器，根据所使用的相位数，最少只需2个IGBT和二极管。
大多数线电压控制器都是基于IGBT而不是MOSFET的，因为IGBT在较高的工作温度下具有更好的传导性能。在较低的电压下，MOSFET是首选器件。在开关开启的状态下，传导损耗主要是直流损耗。在开关开启和关闭的过程中都会产生开关损耗，其大小与开关频率成正比。
对于标称VGE约为15V的驱动器，设计者只能通过提供适当的栅电压来改善传导损耗。通过选择采用NPT或场截止技术(Field-Stop technology)以减少开关开启或关闭损耗的IGBT模块，降低开关频率，和/或选择合适的驱动器和电阻以优化IGBT的栅极驱动，我们可以减少开关损耗。
优化栅极驱动的难点在于需要同时满足两个优化目标――尽可能降低开关损耗，同时控制EMI。在集成式电机～控制器模块中，这一优化设计是固定的，是模块的一种永久性特征。半导体公司在技术研发过程中已经投入了大量的精力，确保电气设备和工业机械的制造商只需最小的研发成本就能够实现高效的电子控制解决方案，同时大大缩短产品的上市时间。飞兆半导体公司推出的智能电源模块(Smart PowerModule，SPM)就是这样一个高性价比的例子，它效率高，具有EMI优化的驱动器、二极管和过流保护功能。图2给出了一种高效驱动器的简化线路图。
可变频驱动器(VFD)是最简单最常见的三相ACIM。这类控制器每千瓦的成本只有几十美元，已经开始应用于原先电机驱动器成效比较低的一些应用领域。
采用面向磁场的控制(Field―oriented control，FOC)算法可以使VFD精确控制电机的定子磁场，使得定子磁场总是比转子磁场超前90。，从而实现高效的最佳磁位形。磁通矢量是这种算法的另外一种叫法。通过使用具有交流感应电机的VSD，泵类和通风设备的驱动器每年可节省多达50％的能耗。采用VSD之后，我们不必再使用机械式齿轮、皮带轮、传动带之类的硬件设备了。
BLDC控制器具有梯形调制和最新的正弦调制两种调制方法。无传感器算法通过测量导通相位之间未激励电机绕组上的反电动势来近似估计转子的位置，采用这种技术之后，我们就不需要原本为电子换向控制而解析转子方位的磁场霍尔传感器了。这类器件的普及将会降低无刷电机的成本。
开关磁阻电机具有极佳的起动扭矩和很高的可靠性，制造方法甚至比ACIM还要简单。但是，由于人们对这种电机技术普遍缺乏了解，导致了对它的误用，使用范围较小。
【关键词】无功就地补偿；合理选型；节能改造；调速节能
Analysis and Discussion of Motor Energy Saving
ZHANG Xiao-ting LI Zhao-hua
（Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Jinan Shandong，250101，China）
【Abstract】Introduces the advantages， disadvantages of wattless power compensation of motor . Discusses the reasonable selection of motor and energy saving to achieve the purpose of energy saving from the rational choice model of the motor， rated capacity， reasonable design of several motor starting and running programs. Introduces several methods of speed control motor and its advantages， such as The frequency control of motor speed， the thyristor cascade speed control， electromagnetic adjustable speed motor， hydraulic coupling， variable speed control etc.
【Key words】Wattless power compensation； Rational selection； Energy saving； Speed control and energy saving
0 前言
电动机能耗是一个很重要的考核指标，特别是冶金行业中，电动机种类繁多，做好电动机运行节能工作至关重要，不但可以减少电费开支，降低企业运行成本，还可以减少配电系统的电力损耗，提高配电系统的运行效益。鉴于电动机工况的不同特点，节能降耗的措施是多方面的，现就目前普遍采用的几种主要节能降耗措施加以分析，谨供大家共同探讨。
1 电动机的无功就地补偿
1.1 基本原理和发展情况
将就地补偿装置安装在电动机的附近，并直接与电动机连接在一起的补偿方式称为无功功率就地补偿，亦称个别补偿，笼式电动机通常采用并联电容就地补偿的方式，绕线式电动机可以选用SPM型智能化静止进相机就地补偿的方式。
1.2 优点
1）有利于降低电力系统线损，提高无功补偿经济当量值；
2）有利于挖掘供电设备的潜力，减少配电线路导线的截面和配电变压器的容量；
3）实施电动机无功就地补偿的投资，按现行电价计算，半年左右的期限内即可回收。
1.3 应注意的几个问题
有的电动机不适宜进行就地补偿，对经常停用的电动机、年利用小时数很低的电动机，不采用就地补偿方式。另外，为了减少技术上的复杂性，对多速电动机，经常反复开停、点动或堵转的电动机（如电梯或天车上的电动机），双向转动或反接制动的电动机也都不采用就地补偿。
2 电动机的合理选型和节能改造
据国内资料介绍，我国中小型异步电动机的用电负荷约占电网总负荷的80%以上，在几个主要电网中，电动机所消耗的电能占整个工业用电量的60%-68%左右。因此做好电动机的节能降耗具有十分重要的经济意义。国家标准GB/T12497-90《三相异步电动机经济运行》中对电动机的合理选择和经济运行的要求，作了全面而明确的规定，是实施电动机节能的指南。
2.1 电动机的合理选型
1）选用节能型电动机，淘汰高能耗的老式电动机
Y系列电动机十全国统一设计的笼式转子三相异步电动机，20世纪80年代中期即在我国推广采用，其优点是效率高、起动性能好。
2）合理选择电动机的型号
选择电动机型号除了满足拖动功能外还应考虑其经济运行性能。对于年运行时间大于3000h，负荷率大于50%的场合，应选择YX系列高效率的三相异步电动机。其效率比Y系列平均高3%，损耗比Y系列降低20%-30%，但价格高于Y系列电动机。
3）合理选择电动机的额定容量
GB/T12497-90对三相异步电动机三个运行区域规定如下：
当负载率β在70%-100%之间时为经济运行区；
当40%≤β≤70%时，为一般运行区；
当β≤40%时为非经济运行区。
电动机的效率η与功率因数cosФ是反映电动机经济运行水平的主要指标，都与负载率β有密切关系。
2.2 合理设计电动机起动和运行方案
1）对于大中型电动机的起动方案设计也有节能潜力可挖，比如冶金行业大型电动机，若采用全压直接起动方式，则要求电力系统有足够大的容量，而实际运行时，电力系统负载率很低，影响供电效率，并且用直接起动方式易烧电机或影响电网其它设备运行，往往为了尽量减少电机起动次数而让电动机空转不停车，造成大量浪费。
对于这类电机可采用热变电阻降压起动方式，既可以改善电动机的起动性能，又可以降低电机起动对电网容量的要求；既节约能源，又节约一次性投资。
2）对于大型高炉风机、短时满载运行而长期处于轻载运行的电动机，选择时应考虑调速运行方案，可选用绕线或异步电动机，然后配较经济的YQT型水电阻调速方案，相对调节风门方式节能效果显著。
2.3 老式电动机的节能改造
本文仅介绍常用的两种措施，至于更换定子绕祖等方面，因技术较复杂，不作赘述。
1）更换电动机的外风扇。将电动机的外风扇更换为节能型的。对于不同型号的电动机，有对应型号的节能型风扇产品可供选用。主要用于单方向运转的2极和4极电动机，改造后可提高效率1.35%-2.55%。
2）采用磁性槽泥代替原来的槽楔。用磁性槽泥进行电动机节能改造后，可降低电动机的贴心损耗和附加损耗，提高效率，但起动转矩会下降10%-20%，因此仅适用于空载或轻载起动的电动机。
3 电动机的调速节能
近年来，由于电力电子技术和微机应用的进展，新型的调速节能技术发展很快，主要有以下几个方面：
1）变频调速，是调速性能最好且最有发展前途的调速技术。其缺点是：国产的变频器质量与国外名牌产品相比还有一定差距，价格比较高，影响了推广应用的速度。
2）晶闸管串级调速，主要用于数百千瓦及以上的大功率电动机，是一种高效率的调速节能技术，但维护比较麻烦。
3）电磁调速电动机，又称转差调速电动机，是一种传统产品。该电动机主要由三相笼型异步电动机、电磁转差离合器及测速发电机三部分组成。
4）液力偶合器调速，又称液体调速离合器，可用于150kW以上的大中型电动机实现无级调速，其缺点是：安装比较麻烦，不能实现全速运行。
5）异步电动机的变极调速，适用于电动机容量小于20kW。其优点是调速效率高，没有转差率损耗，结构简单。
6）绕线式电动机液体起动调速器，YQT型液体起动调速器还可以作起动器用，与变频调速、可控硅串级调速相比，更经济可靠实用，维护简单，虽调速时效率稍低，但cosФ高，且全速时效率高于变频，其价格仅为变频的几分之一，是一项值得推广的新技术，可广泛用于风机、水泵及空压机设备的调速节能。
4 结束语
电动机节能降耗工作从电机选型、起动和运行方案设计，到补偿和经济运行，每个环节都有潜力可挖，愿广大工程技术人员共同努力，为企业节能降耗事业做出更大贡献。
【参考文献】
【关键词】电动机 节能 效率 探讨
目前，我国电动机的效率跟国外相比仍然低下，也不能够达到很好的节能降耗的效果。每年由于电动机的消耗的能源占据一大部分比重。虽然我国是能源大国，但同时能源浪费的现象也是数不胜数，造成了能源紧张。因此必须急迫解决这一问题，改善这一尴尬局面，大力倡导节能降耗。
1 电动机的效率和功率因数
1.1 电动机的效率
效率=×100%=×100%
在实际运用中，电动机的效率还包括额定效率、最高效率、负载效率。额定效率和空载损耗是固定值，所以，电动机的效率高低与负载率的高低有关。负载率过低的时候，电动机的效率也就下降。而负载率高的时候，电动机就会快速运行下去。
1.2 电动机的功率因数
功率因数=
电动机的功率因数与负载率有关联，所以也是间接影响电动机的效率因素。当电动机在空载的情况下运作的话，其功率因数非常低，仅仅是0.1-0.2之间。而如果电动机的负载率增加，其功率因数也跟着增大。所以要注意的是，电动机在空载的情况下运行其效率也会大大降低。
2 电动机节能的几点思考
2.1 选用合适的电动机类型
要想提高电动机的效率，达到节能的目的。首先就必须要选择合理的电机类型。不同类型的电动机的容量、负载率、降耗性有所不同。所以在选择电动机时要选择那些新型的、效率高、节能好、降耗性强的电动机。
首先，选择节能型电动机，最受欢迎的是y系列的电动机。其性能好，启动性强并且效率高，节能性强，在工业中被广泛使用。
其次，要选择匹配的电动机。如果工厂要使用负荷率较高的电动机，就可以选择yx系列的三相异步电动机。该系列的电动机相对y系列的效率更高，且降耗更低。
最后，还应注意电动机额定容量的问题。工厂在选择电动机时还存在一个误区，由于工厂的连日工作制，机器不断高速运转，所以采购者认为大容量的电动机才可以有效完成工作，实则不然。在实际运用中，很多电动机都存在空载的情况，这样会加大电动机的耗损情况，浪费能源。所以在选择电动机时，不需要选择那些大容量的电动机，只需要和工厂作业匹配的电动机即可。
2.2 正确运用无功补偿方式
无功补偿主要是对电动机的功率补偿，通过提高功率因数从而提高电动机的负载率，因此可以提高效率，降低损耗。一般情况下，采用无功补偿方式都会就近设置装置，让电容器和电动机一起运行，有效的补偿功率。无功补偿技术的优势很多，被广泛应用，具体如下：
（1）对于配电变压器和低压配电线路的负荷电流能够有效减小，降低损耗。
（2）电动机在启动时电流很大，运用无功补偿技术，可降低电流。
（3）对于配电网功率和配电变压器的损耗可以大幅度的降低。
（4）运用无功补偿技术还可以有效的减少容量，节能降耗。
2.3 改善电动机的运行管理
在电动机运作的过程中，改善其功率因数，防止电动机空载运行的情况，可以大大降低损耗。在改善功率因数时，要在电源母线上进行，不能分散，将功率因数调整到90%以上，这样才能大幅度的节约能源。
电动机运作时，要杜绝其空载运行的现象，因为在空载运行下，其输入的电能都会变为损耗，不能有效的输出。因此，要避免这类现象出现。电动机不工作时要尽快关闭电源，同时还要停止电动机冷却用风扇及直流电动机励磁等的供电。这样，才能避免机器做无用功，有效的节约了能源，降低损耗。
在机器运转时，工作人员还要不定时的进行巡查、监视，避免电动机出现异常现象。而且还要做好日常的维护工作，定期进行维修和加油，这样才能使机器的使用寿命延长，在一定程度上节约了能源。
2.4 对电动机进行调速实现节能目的
对电动机进行调速可以采用变频调速的方式实现，适当的调速不仅可以保障机器更好、更快速的运行，而且能够避免电动机由于速度不均匀而导致的能源浪费现象，以达到节能的目的。变频调速方式简单、操作性强，可靠性高，调速范围较广，可以有效的让电动机稳定、高速的运行。
如果是那些对于调速要求不高的水泵、风机等电动机就可以采用液体调速的方式来达到节能的目的。而且该种方式的费用较低，节能效果较好。
2.5 有效管理
能源是关系到国计民生的重要资源，而我国还是一个需求量较大的国家，能源稀缺，供求关系紧张。因此，我们要更加合理利用资源，节约能源。目前，我国还处于工业化发展的国家，高能耗的设备仍然在持续使用，这不仅极大的浪费了能源，还不利于生态环境，是我国走可持续发展之路的重要瓶颈。因此，政府部门应制定出行之有效的规章制度和行业准则。对各个工厂以及各种高能耗的电动机要进行准确的测试和评估，对于那些浪费能源、污染严重的用电设备予以取缔，对于节能不足的设备加以改造，以此达到节能降耗的目的。地方政府还应积极支持地方企业，让工厂引进新的节能电动机，采用高效节能的产品，提高工作效率。
3 结束语
综上所述，节能降耗已经是当前工业有效发展的重要举措，同时也是发展经济的迫切需求。因此，我国应大力发展科技，借鉴国外优秀的经验，为解决我国能源短缺问题、能源供求紧张问题提供相应的技术支持，提出有效的战略措施。同时还要规范工厂的工作流程和用电设备，杜绝使用浪费资源的设备，更新节能降耗的电动机，采用高科技来改造设备，提高其工作效率，实现节能的目的。
参考文献
[1]卢建兵.电动机节能相关问题的探讨[J].湖南农机，2012（03）：33-34.
[2]孙亦诊.电动机的节能问题浅析[J].科技信息，2011（25）：44-46.
[3]刘岩梅.电动机节能探讨[J].职教与成教，2012（66）：11-13.
[4]陈东雷，于海东，蒋步军.电动机节能的智能控制[J].电机电器技术，2013（06）：33-35.
[5]冯志华.工业企业电动机节能对策探讨[J].湖南农机，2012（25）：66-67.
作者简介
王巍（1984-），男，江苏省南通市人。2006年毕业于南通大学电气工程学院电气工程及其自动化专业。现为南通市节能监察中心助理工程师，研究方向为系统控制、企业节能。
作者单位
一、对老式电机整体能源节约的改造方式
首先更换电动机的外部散热，把电动机的外散热器改为节约能源的类型，对不同型号类别的电动机系统，都有与之相对应的节能型散热器可以选择，其主要目的是用于同一方向转动的工作电动机，改装后效能会有一定的升高；其次采用导磁槽楔代替原有的普通器件，用导磁槽楔对电机进行了节约能源的改良后，完全可以改善电机运行效果，减少了电力浪费，良好改善效能，降低了电动机的内部损耗以及其他损耗，进而更加减少耗能，并且减少了噪音和震荡，延长了机器的寿命，虽然启动时候的转动力矩会下降许多，但却适合负载率低的情况和启动的电动机的改良；最后，采用最新的阻止电流通过的材料来增大线路的横截面，对于一些带特殊绝缘方式的高电压类电机，在进行大规模维修的时候可采用美国生产的M胶带进行绝缘，从而达到节约能源的目标。利用这种方法，普遍平均铜线横截面可增大约1/5左右，电机的升温速度会有所减慢，从而对电力的损耗减少。
二、电机减少耗能的方式方法
（1）通过改变电机工作电源频率的节能方法这是一种相对更为先进的节约能源，减少损耗的技术。因为它拥有优良的调节能力，比较稳定的工作平稳程度，现在已经在多个行业的生产设备中得到极为广泛的应用，成为了企业公司进行节约能源，降低损耗与减少使用电量的主要趋势。风机水泵专用变频器是当前工业生产中应用最多的设备。这类变频器，可由于季节更替、气候变化、超负荷等等诸多方面的影响，它们仍然常处于非满效能下工作运行，大多数只能达到正常功率的一半。（2）降低电压的节能方式当Y型电动机未满载的时候，降低它的电压，即可以实现节约能源的成果。因为当电机从满负荷变化到非满负荷的时候，电动机内转子转速开始减小，但是它的功率并未转化为机械能的部分不变，那么非满载情况下的耗能中对转化成为的热能等其他能量一点都没有减小。因此电动机的工作效能就会很低。当降低电动机电源电压，在匀强磁场中，磁通量就会成比例下降，那么转子所产生的除了机械能之外的其他能量也会成比例下降。这样的话转子电流中的额外损耗减少，功效也就提高了，而且伴随着电源电压的下降，转子电压随之下降，摩擦也会快速下降，使电机的运行效能有了很大的提高。（3）提高有功功率节能的方法Y型电动机在转动的过程当中会在电路之中吸收很多的无用能量，因此导致对电能的额外损耗，系统的运行效能就会下降。这类情况可采取无功功率补偿的方式来进行调整。在Y型电动机的输出线端口并上适当的电容量来提高有功功率所占比例，减少无功功率比例。在保证之前条件的前提情况下，使系统的传输的电流减少，以降低供电程序的电能损耗，实现节约能源的目的。（4）确保三相电压相位差相同当电机的三相电压相位差处于不相等的时候，电机内就会出现与转子运动方向相反的磁场，形成阻碍转子运动的力。从电机轴承上吸收的部分效能，并且成为在电动机其他无用的能量消耗掉，导致电动机的机械能减少。与此同时，转子运动反方向的磁场还会在转子运动上引起额外的能量损失，使电机的损耗更大，转换成的热能会引起电机发热。通过使电路系统三相负荷，使电动机的三相电压相位差相同，避免了电动机因为这类原因的额外能量损耗。（5）利用电动机节能器件降低电能损耗电动机智能节电系统是一种完全与VFD的新型电动机控制系统区别开的产品，它不仅不影响电动机的转动速度、转子转动的力矩以及输出量从初始状态到最终状态的响应，更不需要降低电动机的转动速度来达到节约能源的目标，它可以通过监测电机转动过程中交流电流和电压的相差来进行调整供给电动机的总体能量，使电动机一直保持在最优效率的工作状态。电动机智能节电系统在检测到电动机处在非满载不断变化的时候，通过整流元件能在极短的时间内调整输送给电动机电能，致使电机输出的机械能和电器负载刚刚相等，以此来降低器件各方面的损耗，达到改善电机运行的一系列最佳方式，最后达到节约电能的目的。它还具备较完整的平滑启动功能，可降低电机的转子与定子间磨损，减少维护次数和成本，尽最大可能地节约能源。但对于负荷大于60%以上的电动机节能效果不明显。（6）经常对电动机的器件进行保养对于不同的工作情况下的电机需要选择不同的剂。转动速度较快的电动机，由于温度上升速度快易使剂变稀而损耗掉，所以应选用粘稠度大的剂；通常满负荷工作的电动机应优先选用油粘度较高、粘稠度较大剂；多数时候处在有腐蚀性物品环境中的电动机应优先选用含有抗腐蚀剂。在保证、降低器件间的摩擦、良好养护等等的基础上再考虑使用价格低廉型的剂，节省投资等相关费用。并且由于电机轴承牢靠平滑质量不高，同样会增加电动机器件间摩擦增大电能损耗。在高速转动的电动机上尽量使用外国厂家的轴承或国产性能优秀的轴承尽量避免无谓的损耗。在转速较慢的电动机上尽量使用性能比较好的轴承，不仅能保证器件质量，还可降低相关的投资费用。
三、结语
由于电动机节约能源，降低损耗，其市场潜力巨大，因此，要将电动机降低损耗和增强效能的工作放在首位。从电动机的种类选择、开启方式方法和工作方案的分析设计等环节展开细致入微的工作，同时要更多地应用新技术新产品，促进企业生产总体的节能降耗。
作者：王建军 单位：陕西德源府谷能源有限公司
关键词：三相异步电动机；节能调控；应用
中图分类号： TM32 文献标识码：A
1概述
三相异步电动机作为目前在我国广泛应用的电动机械，其每年对我国电力的消耗，基本达到全国年总发电量的一半以上，耗能非常之高。因此，加强和提高三相异步电动机的节能控制对我国电能的节约将会起到巨大的作用。当电流在满负荷的情况下时，三相异步电动机的功效一般比较的高，可以达到85%左右。但是，如果电流的负荷量下降的话，三相异步电动机的功效就会明显的降低。因此，总的来说，三相异步电动机的功效还是比较低的。如果我们通过对三相异步电动机节能控制，我们就会在这方面有所提高，从而提升电动机的运行效率，将会产生巨大的经济效益。进行三相异步电动机的节能控制主要是从两方面的工作着手，首先就是要提升三相异步电动机的制造技术，而这方面如今已经取得了巨大的发展，另外一方面就是要做好电动机的运行控制技术，这才是我们进行电动机节能控制技术的关键。
2三相异步电动机的节能控制原理介绍
三相异步电动机的功效是指三相异步电动机的输出功效同输入功效的比例，因此供电机的一部分电能是用来使电动机驱动的，即输入的功效，而另外一部分电能就会发生在三相异步电动机的自身损耗上，这就是我们所说的输出功效。三相异步电动机的电能损耗主要是指电动机的铁和铜，而电动机的铜耗则是在电流通过电动机的铜线绕组时而产生的，相比之下，电动机的铁耗则是指电动机在运转的过程中，其定子和转子铁芯中产生的电流而发生的损耗，这主要是与电压有关。电动机的损耗除了这两部分损耗外，还存在其他的损耗，但是这些损耗都比较小，可以忽略。
而三相异步电动机的节能原理就是在电压的负荷下降的时候，可以通过适当降低电源的电压的方法，从而减少电动机中铁耗，当电压下降的时候，相应的电流也会随之下降，这样也就降低了电动机中的铜耗，只有这样电动机的功效才会得到提高。如何检测点电动机的负荷大小，通常我们会采用功效因数的方法进行，就是说如果电动机的负荷增大时，则它的功效因数就会增大，当电动机的负荷降低的时候，则功效因数就会减小。
三相异步电动机的负荷节能措施从以下三个方面进行考虑。首先就是当轻负荷时如何降低电动机的总能耗，其次就是当在轻负荷时如何减少总的输出功效，最后就是三相异步电动机在任何负荷时该如何找到减少输出功效的最佳点，如图一所示就是电动机的节能原理。
图一 电动机的节能原理
3三相异步电动机的节能控制的技术存在的问题及其解决措施
3.1存在的问题
老式的三相异步电动机主要是五、六十年代的，这种三相异步电动机在我国的矿山中的应用很广，这些电动机的体积大，启动的性能低，功效也很低，同时这些电动机的负荷比较的低往往这种电动机的实际负荷远远低于其额定的负荷，再次就是这种电动机的电源电压恨不对称，同时它的电压还比较的低，我们知道，当电动机的电压不稳或者是相对较低的时候，电动机在这种情况下运行，会增大电动机的损耗，最后一个就是电动机的维修管理跟不上，对电动机的检修效率低，基本上没有很好的检修，这也会增大电动机的运行损耗。
3.2解决的措施
对于电动机存在的这些问题，我们可以从多方面采取措施加以解决，例如我们可以引进先进的电动机，淘汰落后的电动机，同时我们还要保证电动机运行时电压的基本稳定，通过采取电压控制的方法对电动机的损耗进行控制，此外，我们还应该加大对电动机的维修力度，电动机要不断的进行维修，这样才会让电动机始终保持高效的运转，减少损耗，最后一个就是要进行三相异步电动机的节能控制措施，这也是接下来要探讨的重点内容。
4三相异步电动机的节能控制的具体应用措施和方法
4.1首先我们要做好硬件设计
本设计介绍一种以89C51单片机实现的功率因数控制装置，它是通过可控硅调压来调节功率因数来实现节能的，同时该装置还有软启动和多种电机保护功能。并且经过实验表明，该装置对经常处于轻载或变负载情况下的电机能取得较好的节能效果。本控制器主要由3部分组成：可控硅及移相触发电路部分，接收控制板的控制信号，实施交流电压的调节；信号检测板部分，接收传感器的信号并进行处理，得到标准电压和电流的有效值及功率因数角送控制板；单片机控制板部分，接收信号检测板的信号，通过运算发出控制信号到移相触发电路，实施最佳功率因数控制，同时控制板还通过键盘显示面板对控制器参数进行修改，并显示控制器运行状态。可控硅及移相触发电路部分TC787芯片的基本连接如图二所示：
图二 控硅及1U87芯片的基本连接
从同步变压器来的三相过零信号经C1、C2、C3电容耦合到6V的直流信号上送入18、2、1脚。TC787对其进行过零检测，经积分电容C4、C5、C6形成以过零点为起点的三角波，与由VR引入的触发控制信号比较，再经C7调制成触发脉冲，由12、9、10、7、8、11脚输出，由脉冲变压器驱动可控硅。
信号检测板部分标准电压和电流的有效值转换电路如图三所示：
图三 号检测板部分基本电路
此电路基于基本的绝对值电路，增加了滤波电容C1，将交流信号的绝对值变为平均值；合理设计R5的阻值，将平均值变为有效值。相位检测电路如图四所示：
图四 位检测部分基本电路
电压信号VA和电流信号IA经与微电平信号REF比较，取得电压和电流信号的正半周；经RC滤波后由信号“或”电路，形成含有功率因数角的信号；由单片机去除其中的电压半周期，即得功率因数角。单片机控制板部分基本电路如图五所示：
图五 片机控制板部分基本电路
TLC0834是4路8位A/D转换器，采用1路电压和3路电流信号TLC5615是10位串行D/A，将控制量变为模拟电压信号，去控制可控硅交流调压；x25045是含WDT和EEPROM的多功能电路，负责单片机系统的安全监测和重要参数的保护；SN5176是RS485接口，实现连网监控。
4.2我们还要重视三相异步电动机的软件设计
三相异步电动机的节能控制离不开对其节能软件的合理设计。对软件的设计，我们主要采用C51语言编程程序单片机软件采用C51语言编程，C51与汇编语言相比，有编程效率高、代码易维护等优点。程序主要由键盘与显示监控部分、串行接口芯片驱动部分和信号采集与实时控制部分组成。串行接口芯片驱动部分，主要是根据芯片厂商时序图，以单片机的I/口模拟串行口，以实现对串行芯片的读写操作。采集功率因数信号与最优值比较，以PI控制算法进行运算，适时发出控制指令，对电动机进行调压，使其运行于高效率状态。
4.3我们要对三相异步电动机进行相关的系统调试
在系统调试过程中，我们发现并处理了如下几个问题。
首先就是三相异步电动机的可控硅对于电压调节的稳定性问题，由于三相异步电动机是大负荷的机械，因此我们最好采用半控的模式来进行调节电压，保证电压的稳定性。其中的数据管发挥了吸收谐波的作用。要使用全控形式，最好采用内三角形式。该接法中各个绕组单独供电，绕组之间不会产生相互干扰。
其次就是三相调压移相触发板的器件选择问题。通过系统的调试，我们就可以发现电动机在节能控制方面相关数据分析，如下表所示
结语
三相异步电动机的节能控制技术是目前我国比较前沿的技术，同时，对三相异步电动机的节能控制可以促使三相异步电动机的工作流程的转变，使三相异步电动机的耗电量能够减少。为三相异步电动机在促进我国经济发展的过程中，能够实现节能和经济效益的双发展，这是三相异步电动机节能发展的需要，也是构建可持续发展社会的需要。因此，在今后的三相异步电动机的发展过程中，要更加注重三相异步电动机的节能控制技术的发展，推动三相异步电动机更科学的应用。
参考文献
[1]苏静明 ，洪炎. 基于PLC和组态王的节能控制站远程监控系统研究 [J]. 工矿自动化， 2011（2）.
[2]潘耀 .基于模糊控制的SVPWM技术在空调压缩机变频调速中的应用[D]. 中南大学，2009 .
[3]刘泾. 三相异步电动机节能优化控制器的设计 [J]. 西南科技大学学报，2005（2）.
[4]孙绍斌 ，刘春煜. 三相异步电动机节能实践（一）——矢量叠加补偿变压器技术的应用 [J] .一重技术， 2005（6）.
【关键词】直接空冷机组；单台电泵；深度优化
一.引言
为了进一步节约厂用电，减少生产厂用电量，完成厂用电目标。汽机运行专业在保证安全稳定的生产基础上，深入探究，不断挖掘设备潜能，最大程度发挥设备功效。在节能降耗方面推出单台电泵深度节能新思路，对电泵的进行最大接带负荷能力实验。
二.单台电泵最大负荷试验
为了电泵更好的节能优化运行，降低厂用电率，中、低负荷时运行一台电泵，首先须测试单泵最大带负荷能力，为此必须进行单泵最大负荷试验。
利用机组负荷380MW，将一台电泵降低出力直至勺管降至最小20%旋转备用，保持试验泵接待负荷，逐步增加负荷，负荷升至400MW开始记录数据，每增加10MW，记录一次，试验10分钟。逐步试验负荷升至430MW。430MW以上每增加5MW，记录一次，试验负荷升至450MW。在升负荷时密切监视电机温度、电机负荷、前置泵及主泵振动无异常情况，每个工况可稳定10分钟，最大负荷时稳定运行30分钟。
三.单台电泵大负荷试验数据
通过实验机组负荷440MW，单台电泵最大给水流量1430T/H（给水流量和减温水流量之和），电泵功耗10101KW（额定功率11000KW），最大接带负荷440MW（背压10.1KPa），电泵运行稳定参数在正常范围。受内水较大蒙煤影响，金属超温过热器减温水增至130T/H，燃用其他煤种减温水量下降仍然可以多接待负荷。依据试验数据凭证对600MW机组单电泵接待负荷进行由390MW放大至420MW，停运由360MW放大至390MW，实施早停晚启节能目的。
四.制定单台电泵深度优化运行措施
出台单台电泵深度优化运行措施。通过一个月运行统计分析，节能效益如下：
上表得出：在360MW-420MW负荷段之间，单泵比双泵运行平均功耗差2807KW/H。在390MW-420MW负荷段之间，单泵比双泵运行平均功耗差2664KW/H。
上表得出：九月份电泵耗电率环比下降0.1%，其中受负荷率影响。但九月份电泵耗电率最小2.71%、2.78%。
五.单台电泵深度节能优化节能核算（以漳山公司电价为准，计算节能效益）
单台电泵运行延长时间统计：通过一个月数据分析，月平均单台电泵每天运行时间延长1.8小时。
单机日节能量=单台电泵每小时节电量*延长时间*电价=2664KWH*1.8H*0.3937月/KWH=1887元。
单机月节能量=运行天数*单台电泵每小时节电量*延长时间*电价=30*2664KWH*1.8H*0.3937月/KWH=56636元。
单机年节能量=运行月数*运行天数*单台电泵每小时节电量*延长时间*电价=10*30*2664KWH*1.8H*0.3937月/KWH=566360元。（除去检修停运，机组按照运行10月核算）
双机年节能量=运行台数*运行月数*运行天数*单台电泵每小时节电量*延长时间*电价=2*10*30*2664KWH*1.8H*0.3937月/KWH=1132720元。
（由于受电网调峰，启停电泵时间不同，对单台电泵每天延长运行时间不是太准确，SIS系统采集数据时间较短等等种种原因影响，对评估结果精确性不高，只供参考）
六.最后总结
上述试验数据的成功应用，是直接空冷机组配置电动给水泵节能重大突破，解决了直接空冷机组大型辅机安全性和经济性运行难题，使其厂用电指标在历年运行基础上下降，机组效率大幅提高。优化理论适合投产300MW、600MW及以上配置电泵直接空冷机组，适应范围广，见效快。实际受电网负荷影响，不同负荷段节能量也存在一定变化。
参考文献
