節(jié)約能源是我國的基本國策，國家制定了《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》為實現(xiàn)規(guī)劃目標，國家發(fā)展改革委啟動了“十一五”國家十大重點節(jié)能工程［1］，電動機系統(tǒng)節(jié)能工程是其中之一。2006～2007年將全面啟動電動機系統(tǒng)節(jié)能工程各項工作，在重點用電行業(yè)節(jié)電改造示范的基礎上，推廣到所有改造行業(yè)，每年改造500萬kW，形成年節(jié)電能力50億kW.h；同時抓緊實施電動機系統(tǒng)節(jié)電工程所需的配套政策、標準、規(guī)范的制定、頒布及宣貫；計劃到2010年共改造2 500萬kW，實現(xiàn)節(jié)電250億kW.h。 1、電動機系統(tǒng)定義 電動機系統(tǒng)特指電動機傳動系統(tǒng)，包括電動機、被拖動裝置（負載）、傳動控制系統(tǒng)、管網(wǎng)（電源）等，圖1為一個典型的電動機系統(tǒng)構(gòu)成。這是一個典型的弱電控制強電，軟件控制硬件，部件融于系統(tǒng)，信息能量互動的系統(tǒng)。 電動機系統(tǒng)節(jié)能包括電動機系統(tǒng)各部件自身的能效提高、電動機傳動系統(tǒng)的節(jié)能，例如風機、泵類變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能，采用電動機傳動系統(tǒng)使工藝、設備條件改善、效率提高的節(jié)能等。 [ALIGN=CENTER] 圖1 典型的電動機系統(tǒng)構(gòu)成[/ALIGN] 2、實施電動機系統(tǒng)節(jié)能工程的重要意義 我國近期的能源政策是注重能源資源節(jié)約和合理利用。緩解我國能源資源與經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾，必須立足國內(nèi)，顯著提高能源資源利用效率。堅決實行開發(fā)和節(jié)約并舉、把節(jié)約放在首位的方針。鼓勵開發(fā)和應用節(jié)能降耗的新技術(shù)。 200年，我國為電力、煤炭、石油等能源價格上漲而付出的代價高達百億美元，而能源短缺問接對國民經(jīng)濟造成的經(jīng)濟損失史難以用具體的數(shù)值來估量。節(jié)能是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針，也是當前一項極為緊迫的任務。電動機是電能消耗的最大戶，也是節(jié)電潛力最大的用戶。我國電動機總裝機容量4億多kW，其年用電量約為15 000億kW.h，約占當年全國總發(fā)電量21 870億kW-h的65％～70％。電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)受到各國政府的普遍關(guān)注。節(jié)約電能意味著發(fā)電所需次能源的節(jié)約，也就意味著有害氣體排放量的減少，溫室效應的削弱，有利于環(huán)境與氣候的改善。為此，美國于1998年提出了“電機挑戰(zhàn)計劃”，采用高效電動機及采用調(diào)速等方法來提高電動機系統(tǒng)效率，節(jié)能潛力達14.8％，擬年節(jié)電800億kW.h。而我國電動機系統(tǒng)的能源利用率約比國際先進水平低20％左右，節(jié)電潛力更加巨大。近年來，交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)在傳動系統(tǒng)中普遍應用，風機泵類采用調(diào)速技術(shù)，可節(jié)電30％～50％；大型傳動系統(tǒng)如軋鋼、牽引、油氣輸送、船舶推進等采用交流電動機變頻調(diào)速，大大提高設各和工藝的效能。例如軋鋼傳動采用交流調(diào)速電耗可減少30％以上，船舶推進采用交流電動機變頻調(diào)速可提高效率超過20％，具有重要的節(jié)能效果。我國在“十五”和“十一五”的節(jié)能計劃中，把“電動機系統(tǒng)節(jié)能”列為重點項目［2］，“發(fā)展電動機調(diào)速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術(shù)”，“逐步實現(xiàn)電動機、風機、泵類設備和系統(tǒng)的經(jīng)濟運行”。因此，實施電動機系統(tǒng)節(jié)能具有重大的現(xiàn)實意義和深遠的可持續(xù)發(fā)展意義。 3、國內(nèi)外電動機系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀 3.1 電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 電動機系統(tǒng)隨著電力電子器件、功率變換器、電動機制造，現(xiàn)代控制理論及計算機技術(shù)的進步而迅速發(fā)展。國際上交流電動機變頻調(diào)速是電動機傳動系統(tǒng)的主流，并形成電力電子、電動機及其控制系統(tǒng)的集成，從設計、制造到運行更緊密地融為一體。 電動機本體節(jié)能是電動機系統(tǒng)節(jié)能的重要部分。我國目前大部分電動機廠仍然上要生產(chǎn)20世紀70年代末開發(fā)的Y系列異步電動機（平均效率84％，平均功率因數(shù)0.84）；1996年開始小部分電動機廠試制Y2系列異步電動機，功率范圍為0.12～315 kW，平均效率為84.195％，平均功率因數(shù)為0.846，平均省材為13.65％～1998年開始個別電動機廠試制適用于變頻調(diào)速電動機，主要技術(shù)措施為增強絕緣、增大體積、降容使用。表l為國內(nèi)外電動機能效比較。 [ALIGN=CENTER] 表1國內(nèi)外電動機能源效率比較 （單位：％）[/ALIGN] 從表1中可以看到：我國電動機的效率低于國外平均水平2％～3％，實際運行過程中電動機系統(tǒng)效率低于國外水平10～30％。目前電動機本體節(jié)能技術(shù)也有新的發(fā)展，如提高材料特性，提高制造工藝水平。改進電動機結(jié)構(gòu)，控制電動機運行，合理利用電磁轉(zhuǎn)換原理，與提高功率密度相結(jié)合，與高功率因數(shù)相結(jié)合，與散熱冷卻相結(jié)合等。 電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)促使常規(guī)電動機的設計、制造和應用發(fā)生變化。國際上高效電動機、變頻調(diào)速電動機已形成系列，機電一體化將功率變換器和控制系統(tǒng)集成到電動機上，形成智能電動機、網(wǎng)絡電動機等.廣泛應用十中小功率傳動和家用電器。同時，永磁同步電動機、開關(guān)磁阻電動機、磁懸浮直線電動機等新型調(diào)速電動機應運而生，在機車牽引、電動汽車、大型艦船驅(qū)動以及磁懸浮交通等領域中得到應用。它們的共同特點是：突破了原來圓形旋轉(zhuǎn)磁場的概念，電動機本體與控制集成一體，高效，高可靠性，多個電磁力矩混合作用，高功率密度。 電動機系統(tǒng)應用遍及工業(yè)、國防和家用電器等國民經(jīng)濟各領域，主要為： 1）高精度、高性能的交流調(diào)速應用于鋼鐵、煤炭、造紙、起重等工業(yè)機械調(diào)速，提高工藝設備能效。 2）高性能、高效率、高集成的交流調(diào)速應用于電動汽車、電力機車牽引、磁浮交通、船舶電驅(qū)動等，取代傳統(tǒng)交通運輸?shù)娜紮C直接驅(qū)動，實現(xiàn)快捷、安全、節(jié)能。 3）風機、泵類機械變速節(jié)能系統(tǒng)。 4）機電一體化、智能電動機等家用電器節(jié)能傳動。 3.2 相關(guān)領域產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀［3］ 電動機系統(tǒng)節(jié)能最主要的相關(guān)領域產(chǎn)業(yè)是電力電子及電氣傳動，特別是交流電動機變頻調(diào)速產(chǎn)業(yè)。國際2004年電力電子及電氣傳動的市場銷售額約940億美元。我國交流電動機變頻調(diào)速市場發(fā)展迅速，每年以12％的速度迅速增長。我國大量的基礎設施建設，如冶金、煤炭、化工、石油等制造業(yè)領域的大量投資為我國電動機系統(tǒng)市場創(chuàng)造了巨大的需求，該領域市場前景廣闊。 電力電子器件正向著大功率、高電壓、高頻化和智能模塊化方向發(fā)展，普通晶閘管逐步讓位于新型口可關(guān)斷電力電子器件。近兒年山現(xiàn)的集成門極換流晶閘管（IGCT），已取代可關(guān)斷晶閘管（GTO）成為大功率高壓變頻的主流器件：絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在中小功率交流調(diào)速中普遍應用；電子促進絕緣柵取極晶體管（IEGT）研制成功，并開始應用，大功率高壓變頻領域。此外，將微電子集成電路與電力電子器件組合在一起形成的功率集成電路（power IC），智能功率模塊（IPM），功率電力電子集成模塊（PEBB）等廣泛應用于中小功率變頻和家用電器的電動機調(diào)速。該領域進一步發(fā)展的革命性研究課題是碳化硅材料電力電子器件。 中小功率電動機調(diào)速普遍應用IGBT電壓型脈寬調(diào)制（PWM）變頻器，而在大功率高壓變頻領域，由于供電與電動機的多樣性，交交變額、H橋級聯(lián)變頻器、IGBT和IGCT多電平變頻器、IGCT元件串聯(lián)的變頻器等都有其應用場合。 交流電動機矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制理論已成熟并應用到變流電動機調(diào)速系統(tǒng)中。同時，自適應、模擬控制、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡等現(xiàn)代智能控制理論與方法已開始運用于電動機調(diào)速系統(tǒng)中。 國際電動機系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)和制造商主要集中在歐州、美洲和日本，德國西門子、瑞士ABB、日本東芝、美國羅克韋爾等電氣公司的產(chǎn)品代表電動機調(diào)速技術(shù)和制造的世界水平。 我國中小電動機投計與制造能力強，產(chǎn)品已能批量出口。我國能生產(chǎn)5 in 以下各類普通晶閘管，大功率晶閘管已經(jīng)達到國際先進水平，并應用于各個領域。 以普通晶閘管為功率器件的大功率交交變頻、電氣牽引、高壓同步電動機軟起動等技術(shù)已有相當?shù)幕A，可以實現(xiàn)國產(chǎn)化，廣泛應用于冶金、礦山、牽引等領域近年來，我周低壓通用變頻器蓬勃發(fā)展，已經(jīng)涌現(xiàn)了上百家企業(yè)，2004年總產(chǎn)-值已達到20億元。高壓變頻器是電動機節(jié)能熱點，國內(nèi)十兒家高薪技術(shù)企業(yè)已開發(fā)并制造級聯(lián)型高壓變頻器，我國已掌握中小勻率變頻器的集成組裝和制造技術(shù)，經(jīng)濟型調(diào)速裝置，如內(nèi)反饋電動機調(diào)速等已應用于電動機系統(tǒng)節(jié)能。 2003年我國電氣工業(yè)總產(chǎn)值3716億，與電動機系統(tǒng)節(jié)能相關(guān)領域產(chǎn)業(yè)的電動機制造、電氣設備元件、電力電子及控制設備等產(chǎn)值約400億。 3.3存在的主要問題 電動機系統(tǒng)是一個面大量廣的應用產(chǎn)業(yè)。2003年各類電動機總裝機容量約為4.2億kW，年耗電1萬億kW•h以上，約占全國刷電量的60％，運行效率比國外先進水平低10％～20％，相當于每年浪費電能約1560億kW•h。2003年我國電動機年產(chǎn)量約為4 500億kW，平均效率比發(fā)達國家低2％～3％，電動機拖動系統(tǒng)效率比發(fā)達國家低10％～30％，相當于國際20世界七八十年代的水平，在使用壽命、可靠性、材料消耗、噪聲及振動方面有都一定的差距我國2003年電力消費19031.6億kW•h，工業(yè)消費占73％。其中通用設備占行業(yè)電耗的44％，效率比發(fā)達國家低20％～25％. 1）我國電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與裝各水平距離節(jié)能的目標相差很遠，采用變頻調(diào)速的電動機系統(tǒng)仍為少數(shù)，小到總量的10％：我國電力電于及電氣傳動產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平落后，規(guī)模小，成本高，產(chǎn)品司靠性差。技術(shù)與產(chǎn)品落后與迅速發(fā)展的節(jié)能市場需求反差巨大，嚴重制約了我國電動機系統(tǒng)節(jié)能目標的實現(xiàn)。 2）我國中小電動機基本是通用常規(guī)類型，還沒能形成變頻調(diào)速電動機系列.變頻器電動機集成、智能電動機、機電一體化技術(shù)差距很大。 3）國產(chǎn)中小功率變頻器多為U/f比控制方式，很少采用先進的矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制方式，其控制性能、保護技術(shù)、可靠性等方面與國外產(chǎn)品差距很大，只能采取低成本、低價格的市場策略，占低端市場。 4）新型可關(guān)斷電力電子器件取代普通晶閘管已成為趨勢，而采用IGBT／IGCT等新型電力電子器件的變頻器已成為電動機系統(tǒng)節(jié)能的主流。但我國電力電子器件技術(shù)及制造水平與國際水平差距很大，除普通晶閘管外還不能制造IGBT/IGCT等新型電力電子器件，因此國產(chǎn)變頻器的IGBT/IGCT電力電子器件及電容等配套部件絕大部分依賴進口。 5）國產(chǎn)普通晶閘管的交一交變頻器雖已經(jīng)成熟，但應用范圍局限。國外變頻調(diào)速技術(shù)與產(chǎn)品占中國電動機系統(tǒng)節(jié)能市場的主導地位。特別是國家重大工程項目的高性能、大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)基本上被國外產(chǎn)品占據(jù)。采用新型電力電子器件的國產(chǎn)大功率高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)還是空白。 6）在電動機系統(tǒng)節(jié)能領域還缺少系統(tǒng)節(jié)能的設計方法和評估手段，變頻調(diào)速還沒有完善的技術(shù)標準、測試規(guī)范和測試手段。 7）電力電子及變頻調(diào)速技術(shù)是高新技術(shù)，先進國家在該領域的研究開發(fā)投入很大。我國該領域技術(shù)在總體上與國際水平相差5～10年。盡管我國政府對電動機系統(tǒng)節(jié)能十分重視，但在該領域的基礎，即電力電子及變頻調(diào)速技術(shù)的科研投入少，且有限的投入也大多是低水平的重復開發(fā)。國家還沒有形成電力電子及變頻調(diào)速領域技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的平臺，無法形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。 4、對實施電動機系統(tǒng)節(jié)能工程的建議 1）應鼓勵制造高效電動機，強制淘汰低效電動機。按照目前電動機效率分類及國際IEC電動機標準，高效電動機的效率一般定義為91％～96％，低效電動機的效率一般為75％～89％。目前我國實際運行中的電動機主要集中在為0.55～100kW功率等級，為總運行臺數(shù)的95％以上，其中70％為Y系列異步電動機，10％的為Y2系列異步電動機，20％其他各種電動機，平均效率為89.3％。從全壽命期的費用最低、耗能最少的觀點優(yōu)化設計通用型高效電動機，確立適合中國國情的高效電動機標準，將0.55～100kW功率等級電動機的平均效率提高為92％；開發(fā)并應用變頻調(diào)速用電動機，并形成產(chǎn)業(yè)化：對與常規(guī)電動機的同功率、同體積、同材料的變頻調(diào)速電動機，效率提高l％～3％；緊跟國際發(fā)展趨勢，開發(fā)和研制智能化電動機，即把電動機、變頻器和控制系統(tǒng)集成到起的電動機系統(tǒng)，使該電動機系統(tǒng)節(jié)能達20％～30％。 2）變頻器是電動機系統(tǒng)節(jié)能中的重要部件，采用變頻調(diào)速后的電動機系統(tǒng)效率可以節(jié)能10％～15％。技術(shù)目標也分三個層次進行：①加速通用變頻器的產(chǎn)業(yè)化，提高產(chǎn)品的技術(shù)性能和可靠性，形成規(guī)模生產(chǎn)，提高國產(chǎn)化市場占有率。目前我國通用變頻器的國產(chǎn)率已超過50％，但其技術(shù)性能（如變頻器本身效率、控制精度、材料消耗和諧波分量等）和可靠性與國外先進通用變頻器相比仍有較大差距。②支持對高壓變頻器的關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)，盡快提高產(chǎn)品可靠性，并逐步擴大市場。高壓變頻器（3.3～10 kV）前在國際上也正處在產(chǎn)業(yè)化完善階段，國內(nèi)已有少量國外產(chǎn)品，但遠遠不能滿足市場的需要。而高壓電動機系統(tǒng)是與大容量電動機系統(tǒng)相對應的，盡管臺數(shù)不多，當所占容量卻不比低壓電動機小，是電動機節(jié)能的主要部分。高壓變頻器技術(shù)難度大、開發(fā)周期長、資金投入大，需要重點攻關(guān)。重點攻關(guān)1～5 MW、6kV的高壓變頻器，著重提高其可靠性和減低成本。③鼓勵經(jīng)濟型變頻器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，要求采用高新技術(shù)來解決低成本、高性能、高可靠性的問題。電動機調(diào)速節(jié)能潛力大，但只靠變頻調(diào)速是不夠的。岡此，針對特殊應用和特定范圍，采用其他有效調(diào)速方法將更體現(xiàn)經(jīng)濟性。 3）普通晶閘管制造和應用技術(shù)已經(jīng)成熟，應進一步擴大規(guī)模和應用范圍。對丁IGBT/IGCT等新型電力電子器件，應以應用技術(shù)研發(fā)和推廣應用為上，同時積極組織新型器件的研發(fā)。以普通晶閘管及GTO制造技術(shù)為基礎，盡快研發(fā)國產(chǎn)IGCT及伙速軟恢復二極管。對于IGBT器件采取先封裝集成及測試，再過渡到芯片制造的思路，積極引導和支持國內(nèi)微電子制造技術(shù)和電力電子制造技術(shù)相結(jié)合，逐步形成和提高我國新型電力電子器件的研發(fā)和制造能力。對配套元器件，如無感電阻、箝位吸收及高壓直流電容、層疊無感母線等進行研究開發(fā)，并逐步形成批量供貨能力，確保電動機系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化需要。可先從封裝、測試開始，再逐步過渡到開發(fā)、生產(chǎn)芯片。 4）重點研究開發(fā)采用新型電力電子器件研制高性能、污染小的大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)，在鋼鐵、煤炭、機車牽引等樹立一批國產(chǎn)化樣板工程，替代進口，帶動電動機系統(tǒng)節(jié)能國產(chǎn)化裝各技術(shù)的發(fā)展。 5）應對電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)和應用技術(shù)進行研究，建立電動機系統(tǒng)節(jié)能的技術(shù)標準、測試標準和測試規(guī)范。 6）支持電動機系統(tǒng)節(jié)能領域的新技術(shù)、新方法，鼓勵自主創(chuàng)新、原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新，形成電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新平臺。支持電動機節(jié)能控制系統(tǒng)的開發(fā)。 要全而推廣應用電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，大幅度提高我國電動機系統(tǒng)的能效，應強化創(chuàng)新能力建設，建立電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化的基礎支撐條件。應以企業(yè)為豐體，以具有市場前景的技術(shù)為核心，吸引高等院校、科研單位等相關(guān)機構(gòu)，通過技術(shù)、資本和資產(chǎn)的重組，彤成與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合的科研和工程化開發(fā)條件，解決電動機系統(tǒng)節(jié)能的共性、關(guān)鍵技術(shù)問題，并為行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)直撐和技術(shù)服務。將具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電力電子及裝置的關(guān)鍵技術(shù)進行整合，形成完善的可用于產(chǎn)品系列組接的電力電子功率平臺，實旌平臺戰(zhàn)略，突出軟硬什的應用技術(shù)及工程實際經(jīng)驗的可復用性，使產(chǎn)品組成部件及技術(shù)的可組接性大為提高，形成可以滿足不同用戶需求的全方位的標準化、系列化電力電子及電氣傳動裝置產(chǎn)品，形成產(chǎn)品開發(fā)、制造的可持續(xù)發(fā)展平臺。同時，在重大項目和重大工程中樹立國產(chǎn)高技術(shù)、高水平變頻器系統(tǒng)樣板工程。以市場為導向，結(jié)合先進工藝和技術(shù)改造，在若干應用領域推廣應用一批技術(shù)指標先進、性能可靠實州的電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)，以顯示我國電動機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的主要品牌和競爭實力，起到示范作用，加速研究、開發(fā)、工程、產(chǎn)業(yè)化的一體化進程，帶動整個行業(yè)的發(fā)展。當前電動機系統(tǒng)節(jié)能重點改造領域包括以下幾個方面。 1）電力用變頻、永磁調(diào)速及計算機控制改造風機、水泵系統(tǒng)，重點是20萬kW以上火力發(fā)電機組。 2）冶金鼓風機、除塵風機、冷卻水泵、加熱爐風機、鑄造除鱗水泵等設備的變頻、永磁調(diào)速。 3）有色、除塵系統(tǒng)自動化控制及風機調(diào)速。 4）煤炭、礦井通風機、排水泵調(diào)速改造及計算機控制系統(tǒng)。 5）石油、石化、化工、工藝系統(tǒng)流程泵變頻調(diào)速及自動化控制。 6）機電研發(fā)制造節(jié)能型電動機、電動機系統(tǒng)及配套設備。 7）輕工、注塑機、液壓油泵的變頻、永磁調(diào)速。 8）其他企業(yè)空調(diào)和通風、樓宇集中空調(diào)的電動機系統(tǒng)政造等。 5、結(jié)束語 電動機系統(tǒng)節(jié)能是一項長期而艱巨的任務，它涉及到節(jié)能意識和管理、節(jié)能技術(shù)、節(jié)能標準和節(jié)能效益評估等方方面面。電動機系統(tǒng)節(jié)能工程的實施將有力地推動我國的整體節(jié)能進步。按照國家“十一五”十大節(jié)能工程地實施要求：圍繞實現(xiàn)“十一五”GDP能耗降低20％左右的目標，以提高能源利用效率為核心，以企業(yè)為實施主體，大力調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，加快推進節(jié)能技術(shù)進步，建立嚴格的管理制度和有效的激勵機制，加大政府資金的引導力度，充分發(fā)揮市場配置資源的基礎性作用，調(diào)動市場主體節(jié)約能源資源的自覺性，盡快形成穩(wěn)定可靠的節(jié)能能力，為實現(xiàn)國家節(jié)能目標奠定堅實的基礎。 參考文獻 【1】國家發(fā)改委，十大重點節(jié)能工程——電動機系統(tǒng)節(jié)能工程實施內(nèi)容［J］。中國電動機挑戰(zhàn)計劃特刊，國際銅業(yè)協(xié)會（中國），2006-8 【2】王正元，戴林，趙爭鳴，李崇堅，等中國電動機系統(tǒng)能源效率與市場潛力分析【c】。北京：機械工業(yè)出版，2001。 【3】趙爭鳴，李崇堅，等電動機系統(tǒng)節(jié)能高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)報告，2005-3。