一、電機改造技術與實例分析

    中國電機拖動系統消耗的電能多達全國總量的2/3，所用電機90%是交流非同步電動機，其中風機、泵類拖動電機耗電量約占全國總量的35%，電動機容量約有1.5億千瓦，拖動軋鋼機、礦井提升機、磨機、交通運輸機械、機床等生產設備的電動機容量約3億千瓦，耗電量約占全國總量的30%。變負荷運行的風機、泵類達到總量的70%左右，裝機容量近1億千瓦，年耗電量約3000億千瓦時，它們是靠閘板或閥門調節流量，以粗略適應負荷的需要，平均浪費20%以上的電能，年達200-300億元。可見，電機拖動系統節能改造的潛力很大，這項節能改造的實施對中國經濟的成長和環境保護都有重要的作用。 

　　電機拖動系統節能改造的目的是使系統實現經濟運行，可以採取的技術措施較多，對於變負荷運行的風機、泵類拖動系統，採用電機調速技術取代閘板或閥門調節流量，是一項很好的技術改造措施，既能精確及時的滿足負荷變化的需要，又能減少電能消耗，這是因為從理論上講，風機、泵類的輸入功率與其轉速的3次方成正比。絕大多數風機、泵類的拖動電機——交流非同步電動機的調速方法（技術）很多，對於籠型電動機，變頻調速技術是最好的，它可實現無級調速，調速範圍寬達100%—5%，調速精度高達±0.5%，又可以實現軟啟動；對於要求調速範圍較小，如100%-80%，調速精度要求不高如±2%的風機、泵類拖動電機，用可控矽調壓技術也是很好的，可用較低的初投資，達到節電目的。對於少數在用的高壓大容量繞線型轉子交流非同步電動機拖動的風機、泵類，多採用串級調速技術，也可用雙饋調速技術。調速節電效果即節電率大小，主要取決於風機、泵類負荷變化的幅度和頻繁程度，而與所使用的調速技術關係很小，負荷變化幅度越大、變化越頻繁，節電率越大，反之則小。 

　　示範EMC已經實施約40多個風機、泵類變頻調速改造項目，均屬低壓（0.4千伏）小功率（<250千瓦）變頻調速裝置，全得到了很好的節能效果，技改投資均可在2-3年收回。我國在用的風機、泵類按裝機容量計，大多數的拖動電機是高壓（3-6千伏）大容量（>250千瓦）交流非同步電機，它們中的大部分尚未進行調速改造，少量已做節能改造者是使用機械調速技術，如液力偶合器等。近一時期，隨著電力電子技術和微電子技術的發展，高效高壓大功率變頻技術和雙饋調速技術等均已成熟，設備已成系列，造價也有所下降，示範EMC應抓緊利用這些節能新技術，開發這類項目，做出示範，可以鼓勵更多EMC實施這項節能改造。在調速技術與調速設備選型時，要注意其諧波對電網的干擾，要符合GB/T4549-93《電能品質 公用電網諧波》這項國家標準。 

　　資料顯示，我國８０％以上的電機產品效率比國外先進水準低２～５個百分點。我國目前廣泛應用的Ｙ系列電動機效率平均值為８７．３％；美國高效電動機的效率平均值為９０．３％，該效率水準為美國能源政策法令（ＥＰＡＣＴ法令）所規定的市場准入效率水準；美國超高效電動機是近幾年的產品，其效率平均值為９１．７％。有計算表明，如果在２０１２年達到美國超高效率水準，那麼我國當年新增電動機的節能潛力為８４．１２億ｋＷｈ，相當於節約３２０萬噸標準煤，約合節約４４９萬噸原煤，相當於１．７個１００萬ｋＷ電站的發電量。

　 近日，我國自主研發並獲得國家專利的數控勵磁調速技術日前在華潤水泥企業日產5000噸新型幹法水泥生產線2800KW窯尾高溫風機上調試成功。該節能改造項目負責人告訴中國水泥網，這是國內首例在2500KW以上高壓大功率電機上採用數控勵磁調速節能技術，據測算，僅風機改造一項每年就可以為該企業節約電費220余萬元。

　　據悉，此次獲得成功應用的數控勵磁調速技術是由北京紫禦灣科技有限公司自主研發，並擁有完全智慧財產權的新一代電機節能技術。相對于傳統的調速節能技術，新一代數控勵磁調速技術更適合6KV以上高壓大功率繞線型電機的節能改造，尤其在水泥行業節能效果顯著。與傳統的電機節能技術相比，該技術對電網不產生高次諧波，並具有高效節能、性能穩定可靠、運行維護方便等特點。從實際應用情況來看，在節能投入、節能效益、對運行環境的要求、設備維護量及維護費用等方面都具有明顯優勢。記者在採訪中還瞭解到，該技術自2005年起已成功應用在多家水泥企業功率在400KW-2000KW的電機上，兩年來運行平穩，節電率在20%—50%之間。

　　近年來，我國國民經濟持續快速增長，但單位GDP能耗一直居高不下，因此，節能減排工作越來越受到國家各級政府的重視。在剛剛結束的十七大上，黨中央明確提出要建設和發展生態文明，基本形成節約能源資源和保護生態環境的產業結構、增長方式、消費模式。有關專家在接受記者採訪時表示，我國能源大多是以電能方式消耗的，而在國家總用電量中，有35%-40%是高壓電動機消耗的。該專家進一步指出，在水泥、石油、化工、電力、冶金等高耗能行業，大功率電機設備所占的比例較大，因此做好電機設備，特別是大功率電機設備的節能工作無疑成為這些行業乃至全國“節能減排”工作的“重中之重”。數控勵磁調速技術在高壓大功率電機上的成功運用，標誌著我國高耗能企業高耗電的狀況有望得到改變，在為高耗能企業帶來巨大經濟效益的同時，也將產生良好的社會效益！

二、電機製造與使用現狀
目前，我國工礦企業使用的電機大體分為三大類。
第一類為20世紀50年代製造、20世紀40年代水準的產品，如J、JO系列及相應水準的產品，約占總量的10%。這些電機採用A級絕緣，體積大、效率低。20世紀50年代建設的工礦企業和20世紀60年代生產的各種主機，如風機、水泵、車床等，均採用此類電機，經多年改造，至今已為數不多。
第二類是20世紀60年代至70年代製造，20世紀50至60年代水準的產品，如J2、JO2系列及其相應水準的產品，約占總量的50％左右。這些電機採用E級絕緣，體積大、效率低、啟動性能差。
第三類是20世紀80年代製造，20世紀70年代末和20世紀80年代初的產品，如Y系列電機，占總量40%。這些電機採用B級絕緣，啟動性能好、效率也較高。近幾年生產的各種主機大多與這類電機配套。
三、電機的節能改造修理
供電品質、機械磨損、絕緣老化等諸多因素會造成電機的損壞。損壞的電機又受主體工藝設備及改造資金的制約不可能全部淘汰更新。這就需要對電機進行修理。在修理過程中，如何達到提高效率、節約能源的目的，我們採取了分類指導、區別對待的原則。具體做法如下。
1．J、JO系列的電機。逐步淘汰，根據實際負荷，選用相應的Y系列電機替代。
2．J2、JO2系列的電機。由於其採用E級絕緣材料，厚度較大。在修理過程中，採用Y系列電機的B級絕緣材料，通過減少絕緣材料的厚度，在保證槽滿度的情況下，增加導線的截面積，通過降低定子銅耗提高電機效率。這樣改造的電機效率可提高1％左右，而且不需要增加大量的投資。在同樣的負載條件下，由於效率的提高，定子繞組的升溫相應降低，延長了電機的使用壽命。
3．JO2L鋁線電機。採用的方法是用B級絕緣代替原來的E級絕緣，用銅導線代替原來的鋁導線。由於銅和鋁的電阻率不同，銅導線的直徑大約是鋁導直徑的0.8倍左右，這樣即可達到原鋁導線電機的性能，槽滿率僅為原來的64%。為達到節能降耗的目的，在保持原有槽滿度的基礎上，適當增加導線直徑和繞組的匝數，根據不同型號的電機採用不同的增加比例。這樣改造後的電機，既降低了定子的銅耗，又降低了定子的鐵耗。可提高電機效率5％以上，節能效果相當明顯。
4．一些大電機。大型電機由於其造價高，在工礦企業中更新替換的難度更大，其大容量、低效率又增加了企業生產成本。在修理過程中，根據大型電機的定子繞組一般為成型繞組、電機槽型為開口槽或半開口槽的特點，採用磁性槽泥或磁性槽楔的方法，通過降低鐵損的方法來達到節能改造的目的。這樣改造的電機，效率可提高1.5％左右。
四、經濟效益
在電機修理過程中對電機進行節能改造，在不增加大量資金的情況下，達到了修理、改造、節能的目的，經濟效益顯著。我單位電機總容量為8MW，已對其中3MW電機進行了改造，年節約電量30萬Kw&S226;h以上，創經濟效益10萬多元。