电机系统节能概述-赵争鸣
电机驱动系统的节能
电机驱动系统的节能1．电动机的有功损耗和无功损耗电动机的有功损耗分为不变损耗（铁耗）、可变损耗（铜耗）、机械和杂散损耗几部分。
铁耗的大小同磁场强度和铁芯特性有关，与所加电压U的平方成正比，与频率f的1.3次方成正比。
铜耗的大小与电动机的负载电流的平方成正比（即与负载率的平方成正比），与电动机定子、转子的电阻和成正比。
机械损耗与电动机转速有关，其中摩擦损耗与转速成正比，风扇、转子等由于旋转引起的风阻损耗与转速的三次方成正比。
在高速电机中，风阻损耗可占到机械损耗的70～80%。
杂散损耗主要是高次谐波引起的损耗。
若供电电源电压波形不好，谐波损耗会急剧增加。
绕线式电动机和直流电机还有电刷的电阻损耗和电刷机械损耗。
电动机负载率越小效率越低，负载过重铜耗加大，效率也下降。
异步电动机的无功损耗包括两部分：一部分是建立旋转磁场所需要的空载无功功率，约占电机额定无功功率的60％－70％，其大小主要与容量有关；另一部分是带负荷时的漏磁损耗，它与电动机负载率的平方成正比。
电动机负载率越小，功率因数越低。
异步电动机的效率和功率因数与负载率的关系如表4-3所示。
表4-3 异步电动机的效率和功率因数与负载率的关系2．合理使用电动机目前，我国的中小型电动机。
在普遍开展对电机通风、温升、噪声、电磁场进行优化设计的基础上，重点开发以下节能产品：⑴风机、水泵专用多速异步电动机系列，满足不同工况要求，形成系列产品；⑵开关磁阻电机系列，是高技术的机电一体化产品，其运行效率可达82%～91%，并可满足各种特性要求的任意形状的转距转速特性；⑶中小型永磁同步电动机系列，使电机力能指标提高5%～7%，效率提高1. 5%～2.5%；⑷高效率三相异步电动机，效率比Y系列平均提高1%～2%，进一步完善系列，降低成本。
高效率ＹＸ系列电动机比Ｙ系列电动机效率提高３%左右,损耗可降低２０%-３０%，功率因数有所提高，起动力矩提高３０%,噪声小,振动小,温升低,寿命长，但电动机成本比标准电动机高３０%，一般情况下，增加的投资费用能在１－３年内收回。
机电一体化系统中的节能技术与能源管理
机电一体化系统中的节能技术与能源管理摘要：本文探讨了机电一体化系统中的节能技术与能源管理。
首先介绍了节能技术的概念及重要性，随后分析了智能控制技术、高效能源利用技术和传统能源替代技术在该系统中的应用。
进一步讨论了能源管理的基础概念、原则与方法，包括能源监测技术与节能效果评估方法。
综合运用这些技术与方法，可以实现对能源的有效管理与利用，降低能源消耗，提高经济效益，实现可持续发展目标。
关键词：机电一体化系统；节能技术；能源管理引言在当今能源资源日益紧缺、能源消耗不断增加的背景下，机电一体化系统的节能技术和能源管理显得尤为重要。
有效的节能技术和科学的能源管理不仅可以降低能源消耗、减少环境污染，还能提高系统效率、降低生产成本，对于推动可持续发展具有重要意义。
本文将探讨机电一体化系统中常见的节能技术及其应用，同时介绍能源管理的基础知识和方法，旨在为实现更高效、更可持续的能源利用提供理论和实践指导。
一、节能技术概述（一）节能技术的定义与重要性节能技术指的是通过采用各种技术手段和管理方法，降低能源的消耗，提高能源利用效率的一系列措施。
其重要性不言而喻。
随着全球能源需求的增长和能源资源的有限性，节能已成为应对能源危机、减少环境污染、促进可持续发展的关键举措。
通过有效的节能技术，可以降低生产和生活中的能源消耗，减少二氧化碳等温室气体的排放，延长能源资源的使用寿命，同时降低能源成本，提高经济效益。
（二）机电一体化系统中常见的节能技术在机电一体化系统中，节能技术应用广泛且多样化。
常见的节能技术包括但不限于智能控制技术、高效能源利用技术和传统能源替代技术。
智能控制技术通过对系统进行精准监控和调节，实现能源的合理利用和节约。
高效能源利用技术包括采用高效设备和工艺、优化系统结构等措施，提高能源利用效率。
传统能源替代技术则是通过使用可再生能源、采用新能源设备等方式，减少对传统能源的依赖，降低能源消耗。
这些节能技术在机电一体化系统中的应用，不仅可以提高系统运行效率，降低能源消耗，还能够改善生产环境，提升生产品质，实现可持续发展的目标。
电机系统节能节约的设计与优化研究
电机系统节能节约的设计与优化研究下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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电机系统节能技术发展分析
电机系统节能技术发展分析电机系统包括电动机，被拖动装置，传动系统，控制（调速）系统以及管网负荷等，是一个涉及多学科、多专业、多领域的复杂系统。
电机系统首先是通过电动机将电能转化为机械能，再通过被拖动装置（如风机，水泵，压缩机，机床，传送带等）做功，实现各种所需的功能。
电机系统节能是二十一世纪电机行业产品发展的必然趋势，目前世界各国在本行业都向绿色化、高效化、智能化方向发展，大家已经意识到电机系统节能技术在本行业乃至全国经济社会发展中的重要作用，已经纷纷投入到电机系统节能技术的研究中，正积极通过法令推动电机系统降低损耗、提高效率。
电机系统用于各行各业，涉及各种复杂多样的工况，不同的负载特性，千差万别的工艺过程，因此，电机系统节能工程技术是在首先满足负载要求功能的前提下，选用合适的系统部件，并将它们合理组合匹配，以使系统综合节能效果和系统性价比达到最佳或较佳的综合工程技术。
以下是国外某权威机构推荐的不同节能措施及可能达到的节能量。
表不同节能措施的节能量注1：具体节能措施不是上述措施的简单累加，而可能是上述一种或多种措施的组合。
从上表可知，除管网外，电机系统节能的所有措施，主要是围绕电动机来展开的，如设计、制造和选用通用或专用高效或超高效电动机，电动机和负载合理匹配的正确选型以及设计和制造出既能满足负载特性要求，又能得到很好节能效果且性价比高的专用高效电动机或高效机组（如电机-水泵、电机-风机机组等），通过调速驱动，软启动，调压控制，功率因数补偿等措施节能，电能的质量控制等。
并且如果高效电动机和高效终端设备和调速装置不能合理的匹配（通用高效电动机往往难以在许多复杂负载情况下使系统达到高效），综合节能效果将不理想，造成“高成本的高效电机和高效终端设备或调速装置组合在一起不节能或节能不明显“的结果。
因此，电机系统节能工程是一个复杂的系统工程。
我国目前在通用电机产品本体节能技术研究方面已经开展了一些工作，但在其成套化，系统化，工程化应用方面尚有大量工作要做，我国在专用高效电机的工程化技术研究和应用方面与国外先进水平差距很大，在电机系统综合节能工程技术研究和系统节能产品工程技术研究方面，与国外先进水平差距很大。
基于IGCT的高压大容量三电平变频调速系统的研制应用
基于I G C T的高压大容量三电平变频调速系统的研制应用孙晓瑛赵争鸣袁立强(电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室，清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084)摘要本文介绍了“基于I G cT的高压大容量三电平变频调速系统”的立项背景、研制历程和取得的技术成果，并阐述了该系统含有的一些主要的关键技术和应用情况。
关键词：高压大容量变换器；IG cT；三电平；变频调速系统；节能增效T he D eV e l opm ent and A ppl i cat i ons of t he H i gh V bl t age and H i gh P ow e r T hr ee-l eV el A dj us t abl e Spee d Sys t em E qui pped w i t h I G C T s鼬，z‰o岁伽g2施口口Z『lPng，行伽g玩口n L f鸟f口，l g(T．s i nghua U ni V ers i t y，Bei j i ng100084)A bs t r act Thi s pap er i nt roduc es t he bac kground，pr oc e duI．e and achi eV em ent s of hi gh V ol t a ge andhi g h pow e r t hr ee—l eV el adj ust abl e s peed s ys t em equi pped w i t h t he I G C7r s．A nd t he key t echni ques re l a t e d m i s s ys t em ar e al s o pre se nt s i n t hi s paper．K ey w or ds：hi gh V ol t a ge and hi g h pow e r i nV ener；I G C T；t hr ee—l eV el；adj us t abl e s peed dri V e sys t em；ene略y s aV i ng1引言清华大学与国电自动化股份有限公司经过6年多的共同合作，围绕“基于I G CT的高压大容量三电平变频调速系统”项目的研发及其产业化过程中出现的各种技术难点和关键问题，艰苦攻关，取得了多项重大技术研究成果。
科技成果——动力伺服电机节能系统
科技成果——动力伺服电机节能系统技术类别减碳技术适用范围机械行业，适用于各行业水泵、风机、多电机联动等电机动力源系统行业现状该技术目前已在广东、山东、湖北、黑龙江省造纸、钢铁、石油、化工等行业项目中应用，推广比例约5%。
成果简介（1）技术原理系统控制原理图动力伺服电机转子由永磁体组成，永磁体产生的磁场与驱动器输出的U/V/W三相电形成的电磁场耦合，保障转子在最大磁场力矩下转动；驱动器根据电机自带编码器反馈与目标值比较调整转动角度，实现高精准度控制。
动力伺服电机节能控制系统配合传感技术，根据实际工艺要求配置上位机控制系统，驱动器根据上位机发送指令自动调节转速，使系统能耗降低。
（2）关键技术1、降压软起启动技术动力伺服电机节能系统的驱动器，将输入的三相电源整流成直流电，再通过IGBT逆变成电机实际需要的电压和频率，电机启动时，IGBT 根据电机实际需求转变输入频率和电压，避免电机启动对电网造成冲击。
2、闭环控制技术动力伺服电机配置编码器，在电机运行过程中，驱动器采集编码器的电流值和角度位置，通过空间矢量控制技术对电机转速和位置进行精准控制。
技术工艺流程3、电磁方案设计和控制解耦技术动力伺服电机转子由永磁材料组成，设计保证了永磁体产生的磁力线和驱动器输出电流的磁力线达到正交角度，使电机持续保持在最佳力矩状态，同时也避免了永磁体失磁。
4、DCS数字化控制技术通过压力、流量、温度、速度、位置等工艺参数对动力伺服电机进行控制。
（3）工艺流程电机外观主要技术指标额定功率：5.5kW-500kW；调速范围：0-120%；振动：≤2.8mm/s；稳速精度：±0.01%（FVC）；±0.1%（SVC）；转矩控制：静态精度±1%；动态精度±5%。
技术水平该技术获得国家发明专利2项，实用新型专利4项。
典型案例典型案例：江门明星纸业节能改造项目建设规模：原有电机置换成动力伺服电机，同时配置伺服控制系统。
XX高效能电机系统节能关键技术及展望
2.1 提高效能的关键措施—4个主要研发方向
集实时控制于一体 的智能化电机系统
设计及应用
高速、高功 率密度电机 及其系统设 计和应用
高效能电机 系统关键技术
高效能电机系统及关键技术
报告提纲
1 高效能电机系统概述 2 提高电机系统能效的关键措施 3 高速永磁电机系统
4 主要研究工作
1.概述—电机及电机系统能效现状
据统计，我国电机保有量约17亿千瓦，总耗电量约 3万亿kWh，占全社会总用电量的64%，其中工业领域电 机总用电量为2.6万亿kWh，占工业用电的75%。
2.2提高效能的关键技术之二— 器件与电工材料
器件—IGBT
(3)技术局限
IGBT在原理上只是一种单/双极性器件的折中技术,提高性能受到限制, 如通态电阻，电压范围等。
(4)发展趋势
IGBT性能尚未达到理论预期可达到的水平，其发展余地还很大，未来IGBT将 继续朝着集成化、智能化、小型化的方向发展。
电机及系统
控 制
电 机
负 载
泵类
风机 空压机 起重
其他电机 驱动系统
传输 牵引、机床、轧机
1.概述—电机及电机系统能效现状
我国目前生产和在用电机平
均效率87%；
美国和欧洲分别从1997年和
2011年强制推行高效电机。 发达国家推行的高效电机
效率已达91%以上，美国超高 效电机效率高达93%；系统运 行效率比我国高10~20%。
总体来看：我国电机及电机系统运行效率较低
1.概述--- 国际能效标准体系
电机的六种节能方案
电机的六种节能方案引言在现代社会中，电机是广泛应用于工业、交通、家庭等领域的重要设备。
然而，电机的能源消耗也是一个不容忽视的问题。
为了提高能源利用效率，降低能源消耗，各行各业对电机的节能方案进行了深入研究。
本文将介绍电机的六种节能方案。
1. 高效电机的选用高效电机是提高电机能源利用效率的重要手段之一。
相比于传统电机，高效电机在电能转化过程中损失较低，能源利用效率更高。
因此，在购买电机时，应优先选择高效电机，以降低能源消耗。
2. 高效传动系统的设计电机的传动系统也是能源消耗的关键部分。
为了提高能源利用效率，可以采用高效传动系统，例如采用变频器控制电机转速，减小电机运行时的传动损失；同样也可以采用无极变速传动系统，提高传动效率。
3. 合理匹配负载与电机电机的负载与电机的匹配也能够影响能源消耗。
过大或过小的负载都会导致电机的能源利用效率下降。
因此，应根据实际需求合理选择电机的负载，并确保电机与负载匹配适当，以提高能源利用效率。
4. 定期维护与检测电机的定期维护与检测是保持电机工作正常并提高能源利用效率的重要手段。
定期维护可以有效减少电机的摩擦和损耗，降低能源消耗。
此外，定期检测也能及时发现电机的故障或不正常运行情况，及时处理，避免能源浪费。
因此，建议定期对电机进行维护与检测，以确保其正常运行和节能。
5. 使用电机软启动器电机启动时的高电流冲击是导致能源浪费的主要原因之一。
为了降低启动时的能源消耗，可以采用电机软启动器。
电机软启动器能够控制电机启动时的电流，并逐渐增加电流，从而降低启动过程中的能源损耗。
6. 定时关停电机电机在不需要工作时，如果保持运行状态，会导致能源的浪费。
为了降低能源消耗，应定时关停电机。
在不需要使用电机的情况下，可以通过设置定时器或使用自动控制系统，定时关停电机，以避免能源浪费。
结论电机的节能方案对于提高能源利用效率，降低能源消耗具有重要意义。
从选用高效电机、合理匹配负载与电机到定期维护与检测，以及使用电机软启动器和定时关停电机等，都是有效的节能措施。
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电机系统节能概述赵争鸣清华大学电力系统国家重点实验室清华大学电机工程与应用电子技术系2009年9月节能减排——电力系统节能报告内容¾电机系统节能内容¾国内外电机系统节能情况¾电机系统节能技术发展趋势¾电机系统节能存在的问题¾展望与建议背景与意义¾节约能源是我国的基本国策，国家制定了《节能中长期专项规划》。
¾为实现规划目标，2006年国家发展改革委启动规划提出的十大重点节能工程，其中第五项为电机系统节能。
¾“十一五”规划目标：电机系统运行效率提高2个百分点，年节电200亿千瓦时。
¾工程实施：加强节能意识，开发和推广节能技术，制定节能标准，重视节能效益。
电机系统节能主要实施内容加速老旧设备淘汰更新更新电机后效率可提高2－3个百分点，更新风机、水泵、压缩机后效率可提高2－3个百分点。
改善风机、泵类电机系统调节方式主要采用变频调速方式，我国风机、水泵、压缩机总装机容量约1.6亿千瓦，改变调节方式，效率可提高10－15%。
改进工艺拖动、牵引拖动调速方式以先进的电力电子技术为重点，改造传统的工艺拖动，系统平均效率提高5－8个百分点。
优化电机系统的运行和控制推广软启动装置、无功补偿、计算机自动控制系统等技术，节电率为10－15%。
科学设计电机系统配置出台电机系统优化配置的设计规范。
配套措施制定完善电动机能效标准、电动机配套设备能效标准、电动机系统经济运行管理标准等，实施电机产品能效标识制度。
合理的电压等级标准，建议增加电压标准，科学的谐波和电磁兼容（EMC）标准。
制定、颁布电动机系统经济运行管理标准、变频调速和调压节能技术标准。
强制性淘汰高能耗机电产品。
制定和实施本节能工程财政补贴资金管理方法。
电源电机控制负载弱电控制强电，软件控制硬件部件融于系统，信息能量互动电机系统组成电机系统节能主要应用行业冶金：焦化、烧结工艺的鼓风机、除尘风机；炼铁及炼钢工艺中除尘风机、冷却水泵；轧钢工艺中加热炉风机、除鳞水泵等推广变频调速。
有色：有色金属冶炼炉、除尘系统自动化控制及风机调速改造。
电力：重点对20万千瓦以上火力发电机组低效运行的风机、水泵系统进行变频调速及计算机控制改造。
石油、石化、化工：工艺系统流程泵变频调速及自动化控制改造。
煤炭：矿井通风机、排水泵调速改造及计算机控制系统综合改造。
轻工：注塑机、液压油泵变频调速改造。
我国电机系统能效情况¾各类电动机总装机容量约为4.2亿千瓦，年耗电1万亿千瓦时以上，约占全国用电量的60%，运行效率比国外先进水平低10－20个百分点。
¾我国电动机年产量约为4500万千瓦，平均效率比发达国家低2－3个百分点¾电机系统效率比发达国家低10－30个百分点，相当于国际20世纪70－80年代的水平。
¾若电机效率提高2％，则可节约200亿kWh的电能，相当于新建两座三峡水电站。
¾行业协会统计：全国有3000家电机厂，具有一定生产规模的为300家（10％），骨干厂为70家（占60％的市场）。
¾我国电机市场主要由四大系列组成：JO2系列、Y系列、Y2系列和YX系列。
¾每年约生产5％的高效电机，其中70％出口，成本增加约25％。
¾已有部分其它高效电动机得到应用，如：永磁电机、磁阻电机等。
电机及其拖动应用现状050010001500200025003000万千瓦19961997199819992000年图1. 中国电机行业主要产品产量(1996-2000)小型交流电动机大中一般交流发电机直流电机出口电机产量存在的问题¾我国电机系统运行效率低、能耗高，主要是电动机及被拖动设备本身效率低，另外系统匹配和调节方式不合理造成系统效率低¾设备陈旧、效率低。
电动机、风机、水泵等设备落后，效率比发达国家平均低2－5个百分点¾“大马拉小车”现象严重。
由于我国设备可靠性差，设计选型富裕量较大，设备长期在低负荷区运行¾系统调节方式落后。
风机、泵类调节大部分仍采用机械节流方式，调速方式效率低约30%提高常规电机效率的几个技术途径1、提高材料特性2、提高制造工艺水平3、改善电机结构4、控制电机运行5、合理利用电磁转换原理6、与提高功率密度相结合7、与高功率因数相结合8、与散热冷却相结合提高材料特性1、转子损耗约占电动机损耗的20%，减少转子损耗的一半意味着电机的效率可提高0.5%～1.5% ，采用铜转子“使电动机效率提高”约为2%。
主要的问题是铸模的高成本和短寿命——高温模具和压铸工艺。
（美国，德国，意大利等国家）2、选用合适的磁性材料是设计和制造高效率电机的关键，永磁三相同步电动机部分替代三相异步电动机将成为现实，前者的效率比后者高5%～10%，其功率因数接近于1。
（日本采用多）。
3、高效率电机硅钢片（ＤＧＲ430-50、ＤＧＲ420-50）：采用含硅量适中及低碳、低硫、低氮的坯料和特殊的轧制热处理工艺技术。
（英国、日本）。
4、软磁复合材料（soft magnetic composite－SMC）（英国、澳大利亚）。
各向同性的铁磁材料：Soft Magnetic Composites (SMC)独特的电磁特性：•高纯度铁粉•表面电绝缘•高的磁饱和点•低的涡流损耗•强的机械强度0,1mmB-H Curves0.511.522.501000020000300004000050000H (A/m)B (T )Newcor 1000Transil 355Somaloy 500Soft Magnetic Composites (SMC)Iron Loss at 1T1101001000101001000Freq (Hz)L o s s (W /k g )Transil 355,0.5mmSomaloy 500磁化曲线损耗曲线Soft Magnetic Composites (SMC)常规迭片型电枢转子软磁复合材料的电枢转子光滑表面，易加工，磁饱和点高，铁耗小，各向同性提高工艺制造水平1、采用混合通风结构和轴向通风结构来提高电机的效率。
（德国、法国）2、采用节能性风扇，尽量缩小风扇的尺寸，再加上良好的风罩，可大大降低机械损耗。
可使通风损耗减少到原来的1/3以下。
3、采用高效率绕组技术，更改定子线圈的绕嵌和连线方式，如将普通６０°相带绕组改造成为三角形（Δ）和星形（Ｙ），然后以串联和并联方式连接起来，可削弱电磁谐波，提高了基波绕组系数，降低了绕组工作电流，提高电动机的效率。
4、采用磁性槽泥和磁性槽楔，它可使气隙磁密分布趋于均匀，降低齿谐波的影响，降低脉振损耗和表面损耗。
电机中各类损耗定义高效电动机降耗技术¾电磁优化设计——总体损耗¾铁芯材料——铁耗+杂散损耗¾转子结构——铜耗¾磁性槽楔——铁耗+杂散损耗¾通风结构——机械损耗¾工艺——杂散损耗低谐波绕组-杂散损耗高效风扇-风扇损耗中小型电机杂散损耗及试验方法9杂散损耗难以准确计算与分析9通风损耗多依赖经验公式9试验方法不统一IEEE 112-Method-B(北美) Ps实测IEC 34-2(欧洲) Ps=0.5%Pin JEC 37(日本) Ps=00.5%Pout(湘潭电机厂YKK系列)改进电机结构1、增加有效材料，降低绕组损耗和铁耗；2、采用适用于变频调速的转子结构，减小转子电阻；3、应用计算机优化设计,降低损耗提高效率。
平均效率提高1－3％变频调速电机平均功率因数提高2－5％平均功率密度提高10－15％55kW/380V变频调速电机660kW/690V箱式变频调速电机2.5kW光伏水泵调速电机Comparison of Efficiency00.20.40.60.810102030405060Frequency (Hz)E f f i c i e n c yMotor 1Motor 2频率变化范围内效率比较Comparison of Power factor00.20.40.60.810102030405060Frequency (Hz)P o w e r f a c t o r Motor 1Motor 2功率因数比较高效变频调速电机新型电机的发展1、开关磁阻电机2、轴向迭片同步磁阻永磁电机3、双馈电机4、交直流混合电机5、开关磁阻永磁电机6、矩阵电机共同特点：* 突破了原来圆形旋转磁场的概念* 电机本体与控制集成一体，高效，高可靠性* 多个电磁力矩混合作用，高功率密度同步磁阻永磁电机－高效、高功率因数、高功率密度新型同步磁阻永磁电机可视化模块化高效电机及其系统仿真软件异步电机同步电机开关磁阻电机永磁电机同步磁阻电机电磁设计发热与冷却动态系统分析电磁场分析效率分析电机系统节能技术发展趋势¾电机系统节能技术促使常规电动机的设计、制造和应用发生变化。
¾国际上高效电机、变频调速电机已形成系列。
¾机电一体化将功率变换器和控制系统集成到电机上，形成智能电机、电子电机等，广泛应用于中小功率传动和家用电器。
¾永磁同步电机、开关磁阻电机、磁悬浮直线电机等新型调速电机应运而生，在机车牵引、电动汽车、大型舰船驱动以及磁悬浮交通等领域中得到应用。
电机系统节能产业¾电机系统节能最主要的相关领域产业是电力电子及电气传动，特别是交流电机变频调速产业。
¾我国交流电机变频调速市场发展迅速，每年以12%的速度迅速增长。
中国大量的基础设施建设，冶金、煤炭、化工、石油等制造业领域的大量投资为中国电机系统市场创造了巨大的需求，该领域市场前景广阔。
¾国际电机系统技术开发和制造商主要集中在欧洲、美洲和日本。
德国西门子、瑞士ABB、日本东芝、美国罗克韦尔等电气公司的产品代表电机调速技术和制造的世界水平。