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电机系统节能发展现状及趋势
日期：2008-9-26    点击数：4600
 一、我国中小型电机行业概况
1、 中小型电机行业现状
国内，中小型电机行业主要企业单位有300余家，从业人数30万人以上，如把大大小小电机厂计算在内，有近3000家电机厂。目前，生产的中小型电机产品广泛应用于工业、农业、国防、公共设施、家用电器等各个领域。随着国民经济快速发展，电机产量也在快速增长，尤其是近年来电动机国际市场需求量很大，处于高增长阶段，也推动了中国电动机行业的快速发展。随着电机产品国外市场的进一步拓宽，中小型电机在出口数量、品种、产品档次、创汇额上都有了重大突破行业上下形成共识：改变目前我国电机出口不利局面的根本措施在于加强自主研发、调整出口产品结构、提高出口产品的技术附加值和打造国际品牌。
2006年9月14日，财政部、国家发展改革委员会、商务部、海关总暑、国家税务总局五部委联合发出通知，将电机作为“重大技术装备、部分IT产品和生物医药产品以及部分国家产业政策鼓励出口的高科技产品等，出口退税率由13%提高到17%，电机行业抓住这次机会，将在一定程度上缓解目前电机市场竞争压力和原材料价格飞涨的问题。
2006年全国交流电机产量达到15000万kW，同比增长了17％。2006年我国中小型电动机出口额达到了16.33亿美元，比上年增长32.9％。出口国家和地区有60多个，主要出口到亚洲、北美洲、欧洲等地区，其中美国、日本、韩国、意大利是多年以来我国出口量较多的国家。表1为2006年中小电机行业部分企业出口情况表。
表1：2006年中小电机行业部分企业出口情况
企业名称
出口创汇额
（万美元）
出口销售量
（万kW）
出口国家或地区
浙江金龙电机股份有限公司
4933.4
306.5
澳大利亚、德国、西班牙、意大利等欧洲国家
无锡华达电机有限公司
3892.2
246
欧洲、美国、日本、印度、韩国、南非、新加坡
山东华力电机集团股份有限公司
3529
196
欧洲、中东地区、南非、韩国、东南亚等
河北电机股份有限公司
2402
118.8
北美、南美、欧洲、澳大利亚、韩国、日本
北京毕捷电机股份有限公司
2114.7
114.8
北美、欧洲、东南亚、澳大利亚
衡水电机股份有限公司
1961
116.1
北美
江苏大中电机股份有限公司
1550
122
韩国、西班牙、德国、意大利、美国等
南阳防爆集团有限公司
1333.22
64.6
美国、澳大利亚
西安西玛电机集团有限公司
1280
72.6
欧洲、亚洲、中东
淮安威灵清江电机制造有限公司
1240.86
104.13
欧盟、澳大利亚、埃及等
2、国际交流、合作
为了提升我国中小型电机的技术竞争能力，2006年6月6日中国商务部成立了首批19家“出口商品技术服务中心”。“出口中小电机技术服务中心”设立在上海电器科学研究所（集团）有限公司，其中主要职责包括5个方面：一是管理出口市场技术准入条件，编制《出口商品技术指南》并负责维护更新；二是组织开展相关技术评议、服务与咨询工作；三是锻炼《应对国外技术壁垒重点发展技术目录》，建立出口商品技术竞争力检测体系；四是负责出口市场所要求的技术标准、认证体系衔接，并开展相应的推广与服务；五是配合做好我国技术规范、标准和合格评定程序的制定和推广工作。
2007年3月9日，日本电机工业会代表团在白文波先生的陪同下拜访了中国电器工业协会中小型电机分会，就日中节能环保进行交流。我们向代表介绍了中小型电机分会的历史、发展、组织机构以及开展的主要工作，并系统介绍了中国政府的节能政策、高效电机的标准制定、IEC标准动态等。
2007年６月10日至13日第五届全球电机系统能效论坛（EEMODS）第一次把会议的地点选在中国。论坛邀请了美国、日本、韩国、澳大利亚以及亚洲和欧洲等国家的电机系统生产企业、科研机构、节能机构、行业协会的代表和专家与会，为我国的专家、学者和企业界代表同国际同行进行交流，了解国际上的最新发展方向，借鉴国际经验提供机会和平台。
在IEC 60034-30标准制定工作组成立之际，全国旋转电机标准化技术委员会秘书处派出上海电器科学研究所（集团）有限公司2名专家参加国际标准制定工作组，及时了解和掌握国际标准制定的最新动态。在标准的制定过程中，专家们及时与国外专家沟通协调，也掌握和了解了许多国外先进公司的相关信息，建立了合作和沟通的渠道。
全国旋转电机标准化技术委员会秘书处派多名专家分别在华盛顿和北京与美国国家电器制造商协会（NEMA）的专家进行了两次技术交流。双方分别介绍了各自行业内的发展状况，分享了各自在高效电机产品开发上的情况；并与NEMA洽谈了在我国开展50Hz NEMA超高效电机的合作与推广计划，加强双方的技术合作。该项目将有利于推广我国超高效电机发展，并为中国产品出口美国及北美市场提供准入的技术依据，同时也可根据我国市场情况，适时地借鉴制定为我国的产品标准，促进国际接轨发挥积极作用。
二、高效电机研发和相关技术情况
1、 开发高效电机背景
电机系统包括电动机、被拖动装置、传动控制系统及管网负荷。由于电动机系统消耗了许多国家工业总用电量的2/3左右，在整个国家的总用电量中也占有相当大的比重，出于节约能源和保护环境的考虑，目前世界上许多国家（包括我国在内）对电动机系统的节能均给予了高度重视，美国、欧洲、加拿大、澳大利亚等国家和地区都制订了有关电动机的能效标准。
美国是从1992年由国会立法的形式强制执行电动机能效标准。1997年正式实施。并于2001年由美国制造商协会推出了NEMA Premium 超高效率电机，目前超高效率电机的市场占有率已达20％，美国能源部于今年3月已通过决议，将用36个月的时间即到2010年强制执行超高效率电机标准。
欧盟已表示要从2008年起将高效率电动机作为强制性最低标准。鉴于各国都在制定电动机效率标准，并且各国标准都略有不同，国际电工委员会IEC/TC2于2006年提出制定一项电动机能效分级标准，以统一和协调全球市场，得到世界各国认同。新的IEC60034-30标准将电动机的效率分为IE1,IE2,IE3,IE4共4级，基本上是将损耗降低15％～20％的基础上形成高一等级的效率指标。今后，国际市场上，将统一规范为这4类效率等级的电动机，以便于制造商生产和用户选用。IE1为标准效率电机，几乎是列入各国即将淘汰的效率等级，IE2为高效率电机，IE3为超高效率电机，IE4为超超高效率电机。美国，加拿大，澳大利亚等国市场也纷纷将IE2效率等级定为本国的最低强制效率标准，美国市场上目前已有20％以上电机达到IE3效率水平，并将于2010年强制执行IE3效率等级标准。欧洲将于2008年强制执行IE2效率等级标准。
表2 各国电动机产品市场上效率等级情况
效率等级
平均效率指标
现有产品状况
2008年产品状况
IE1
87％
中国

IE2
90％
美国，加拿大，澳大利亚等国
欧洲
IE3
92％

美国
我国80%以上的电机产品效率比国外先进水平低2－5个百分点，虽然国产高效电机与国外先进水平相当，但价格高、市场占有率低；风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2－4个百分点，虽然设计水平与国外先进水平相当，但制造技术和工艺有差距；电机传动调速及系统控制技术差距较大，产品效率比国外先进水平低20－30%。
电机系统节能已经受到社会各界的关注，国家也推行相应政策推动电机系统节能的发展，急需组织行业内的厂家进行高效、节能产品开发和更新换代。国家发展与改革委员会在2004年制定的中国“节能中长期专项规划”中已把高效节能电动机列入第十一个五年计划中的重点节能推广项目。在2006年7月国家发展改革委联合科技部、财政部、国家质检总局等8个部委发布的“‘十一五’十大重点节能工程实施意见”中, 对于重点节能工程之一的“电机系统节能工程”，将“推广高效节能电动机、稀土永磁电动机、高效风机、泵、压缩机、高效传动系统等”作为‘十一五’期间该节能工程的主要措施之一。
2、 中国高效电机发展历程
⑴、YX系列三相异步电动机（80年代）
YX 系列高效率三相异步电动机是Y系列(IP44)基础上的派生产品，由于采用了铁耗较低的硅钢片且冲片经退火处理，改进了定转子的槽配合,改进了风扇设计，并稍增加了有效材料用量，从而提高了电动机的效率，与Y系列(IP44)比较,全系列平效率提高3%左右，且在50%--100%负荷范围内具有较平坦的效率特性。
     YX系列防护组别为IP44,电机的安装尺寸与Y系列(IP44)相应规格相同,外形尺寸大体相同,部分规格的电机总长YX系列比Y系列略长20mm--30mm。中心高为H100～280，电动机的功率范围为1.5～90kW，2、4、6极。

⑵、Y2-E系列异步电动机（90年代）
Y2-E系列电动机是在Y2系列电机基础上派生设计的高效节能电动机，整个系列的电机效率高于普通Y2系列电机效率（Y2系列电机效率基本达到欧洲CEMP-EU协议中的EFF2指标），其外形美观，高效、节能，电机噪声和振动小、运行可靠。
以下为该系列电机主要参数：
绝缘等级：F级；
防护等级：IP54；
功率范围：0.55～90 kW；
极数：2，4，6；
电动机中心高：H80～H280。
⑶、YX3系列异步电动机（2005年研制）
电机的节能与高效是二十一世纪电机行业产品发展的必然趋势。电机节能技术的研究，新材料，新技术，新工艺的研究也一直没有停止。2001年～2003年，为了配合国家的产业政策以及节能和环保的需要，在原国家经贸委的领导下，中小型电机行业开展了“以冷代热”产品更新换代工作，由上海电器科学研究所（集团）有限公司组织行业骨干厂进行了中小型电机“以冷代热”技术攻关，在已满足欧洲eff２标准的Y3系列电机基础上，首次开发了以冷轧硅钢片为导磁材料的YX3系列高效率电动机。YX3系列高效率电动机是根据国家节能的产业政策，在中小型电机行业内首次采用冷轧硅钢片为导磁材料，其效率指标满足GB18613《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价》中节能评价要求，同时符合欧洲eff1标准。
　　以下为该系列电机主要参数
额定电压：380V ；
额定频率：50Hz；
机座号：80～355；
功率范围：0.55kW～315kW；
极数：2，4，6；
防护等级：IP55；
F级绝缘。

通过该产品的研发，掌握了冷轧硅钢片的设计特点，工艺特定及工艺参数，该项目的完成，为现在用冷轧硅钢片开发高效率，超高效率电机奠定了基础。在高效率电机，超高效率电机的开发上，如何更好的选用合适的冷轧硅钢片材料，采用何种工艺及工艺参数的选择还有大量的技术难题，国内有个别企业为出口到美国开发了部分规格的满足美国市场需求的60Hz达到IE3效率水平的电机，但其选用的材料是国家明令淘汰的热轧硅钢片（高牌号），用冷轧硅钢片还无法做实现，其关键是如何选型及工艺参数的选择还没有掌握。近期我们正与多家企业继续共同攻关，开发以冷轧硅钢片为导磁材料的满足IE2、IE3效率等级的高效率电动机。
⑷、低压大功率三相异步电动机系列（2005年）
随着应用场合和市场需求的不断扩大以及价格等的优势，低压大功率电机越来越受到大家关注，部分高压电机调速系统已被低压调速系统替代。上海电器科学研究所（集团）有限公司组织行业内多家企业共同开发了低压大功率三相异步电动机系列，该系列电机，具有高效、节能、噪声低、振动小、性能可靠等优点。以下为本系列电机的主要参数：
额定电压为380V或660V；
绝缘等级为F级，外壳防护等级为IP54；
机座号为:H355、H400、H450；
功率等级为：355kW～900kW；
极数：2P、4P、6P、8P、10P
3、 节能标准体系建设
国家标准化管理委员会、国家发展和改革委员会、国家环境保护总局等14个部门联合发布的《2005～2007年资源节约与综合利用标准发展规划》，对节能、节水、节材、节地、新能源与可再生能源、矿产资源综合利用、废旧产品及废弃物回收与再利用、清洁生产等8个领域的标准制修订工作做出具体规划。规划中针对中小型电机行业，分别对变频器供电笼型感应电动机设计和性能导则、变频电机测试方法、高效永磁同步电动机技术条件、高效永磁纺织专用同步电动机技术条件等10余项标准的制修订进行立项，初步建立资源节约与综合利用标准体系。
2007年7月30日，“为贯彻落实《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2007]15号），健全和完善资源节约标准体系，国家标准化管理委员会会同国家发展和改革委员会等相关部门于正式启动了《2008-2010年资源节约与综合利用标准发展规划》编制工作，要求进一步完善和建立资源节约标准体系,为节能产品的开发和推广应用打好基础。
三、中小型电机系统节能的展望
1、普通电机被高效电机替代化
在我国现有的产品规格中，虽然已经有Y3、YX3等新一代的产品问世，但Y系列和Y2系列仍然占据着大多数的市场份额，甚至还有很多企业在生产JO2等老系列产品。我们将大量开发研制高效、超高效电动机电机，逐渐淘汰Y和Y2等系列电动机，使这些产品逐渐推出退出国内市场。随着我国电机产品出口量的逐渐增加，越来越多的企业面临出口高效电机的竞争，也迫使国内用户对电机的效率更加重视。从目前来看，出口高效电机主要是符合美国NEMA标准和欧盟EFF效率分级以及其他地区等几类。
预计开发高效电机情况：

⑴、超高效异步电动机系列
根据IEC最新能效标准和最新测试方法，开发符合最新标准的超高效三相异步电动机。上海电器科学研究所（集团）有限公司拟联合多家企业共同攻关开发以冷轧硅钢片为导磁材料的满足IE3效率等级的超高效异步电动机。
以下为该系列电机的主要设计参数：
功率等级：0.75kW～370kW；
极数：2P、4P、6P
效率指标：达到IEC60034-30标准的IE3等级
其他性能指标：达到国际同类产品先进水平，目前只有美国有此类产品，欧洲，澳大利亚等正在研究开发，与该项目同步。
效率测试方法：按照IEC最新标准IEC60034-2-1所规定的测试方法，达到国际先进水平。

⑵、超高效永磁电动机系列

稀土永磁电机以其结构简单、运行可靠、发热小、体积小、重量轻、效率高、特性好等一系列优点受到世界各国的关注，稀土永磁电机应用前景十分看好。我国是稀土资源大国，占世界已探明储量的80%，丰富的原料资源使我国在生产钕铁硼磁体上具有优势。目前我国在稀土永磁电机的研究开发方面有很大进展，沈阳工业大学、西北工业大学、华中理工大学、清华大学等相继进行稀土永磁电机的研制开发，取得了不少成果。随着稀土永磁电机性能的提高和驱动、控制系统的完善，以及成本的降低，稀土永磁电机将越来越多地替代传统电机，应用前景十分看好。
我国已经具有自主研发能力，针对不同应用场合开发了大量专用永磁电机。目前上海电器科学研究所（集团）有限公司正联合部分企业开发的自启动超高效永磁同步电动机系列，正在进行典型规格的样机试制，产品性能指标将到国际先进水平，该系列产品将在行业内广泛推广。
以下为该系列电机的主要实际指标：
    功率等级：1.5kW～200kW；
极数： 4P、6P、8P、10P、12P
效率指标：达到IEC60034-30标准的IE3等级。

2、 变频调速系统的推广和改进
提高电机系统效率不仅仅靠电机本身效率的提高，还要依靠变频调速系统的推广和改进，改善风机、泵类电机系统调节方式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调节方式。重点对大中型变工况电机系统进行调速改造，合理匹配电机系统，消除“大马拉小车”现象。
3、电机与控制器集成化、智能化、信息化
集成化，国外厂家可以直接提供电机与控制器集成化的产品给客户，即电力电子、电机及控制系统高度集成化，使三者从设计、制造到运行、维护都更紧密地融为一体。国内刚开始开展这方面的工作。
智能化，该智能化是指在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标和精度，更好的达到系统节能的效果。
信息化，即现代电气传动系统不但是转换、传送能量的装置，而且要成为传递、交换信息的通道，提供最优的能源利用效果。信息化技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育、日常生活都带来了巨大的变革。利用信息化技术将使人们分享各种高技术带来的便利与快乐，因此，电机系统节能无疑朝着信息化方向发展。</< p>
4、节能标准体系的建设
 电机系统节能技术的发展除了在技术和产品上有所突破，还应该建立相关标准体系，指导和推进电机系统节能技术的发展。积极参与国际相关标准的制修订工作的同时，及时了解和掌握国际标准制定的最新动态，了解和掌握国外先进公司的相关信息，建立合作和沟通的渠道，加快我国高效电机开发进程，并深入研究IEC新的试验方法及测试设备，以满足国内广大电机厂的迫切需求。
5、 其他
通过长期以来对高效节能电机技术的研究以及目前市场需求情况，将研制开发如《能效电动机包括变速电动机的选择和使用导则》、《电动机的选择和节能分析软件的开发》等方便用户选择和使用节能电动机产品的标准和软件，开发出我国的电动机节能产品数据库，供用户使用及政府制定采购目录时使用，这样有利于推广使用高效节能产品，达到节能减排目的。
总结：
发达国家早已意识到提高电机系统能效对节能的重要意义,我国电机系统节能工程的实施方案也提出了相关配套措施, 今后工作的重点是落实这些配套措施。电机系统节能也涉及设计、制造、用户、各种工况以及运行管理等多方面的综合性技术，综合起来主要有以下几项：加强电机系统的技术改造，调整产业结构，促进能耗下降；推广高效节能电机，加速淘汰落后工艺及装备，淘汰低效电机及高耗电设备；提高电机系统效率，推广调速,适用于需要进行流量调节和速度调节的工况；对老式异步电机进行节能改造；发展永磁电机,在采油、造纸等不需要调速的场合,永磁电机的节能效果相当可观；合理选择电机，按需要的容量配备和调整电机,是提高效率减少损失最基本的措施。加快技术创新、提高电机系统能效水平、扎实推进相关配套措施的落实,电机系统节能将会成为最具潜力的节能发展方向。

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