一、电机改造技术与实例分析

中国电机拖动系统消耗的电能多达全国总量的2/3，所用电机90%是交流异步电动机，其中风机、泵类拖动电机耗电量约占全国总量的35%，电动机容量约有1.5亿千瓦，拖动轧钢机、矿井提升机、磨机、交通运输机械、机床等生产设备的电动机容量约3亿千瓦，耗电量约占全国总量的30%。变负荷运行的风机、泵类达到总量的70%左右，装机容量近1亿千瓦，年耗电量约3000亿千瓦时，它们是靠闸板或阀门调节流量，以粗略适应负荷的需要，平均浪费20%以上的电能，年达200-300亿元。可见，电机拖动系统节能改造的潜力很大，这项节能改造的实施对中国经济的成长和环境保护都有重要的作用。 

　　电机拖动系统节能改造的目的是使系统实现经济运行，可以采取的技术措施较多，对于变负荷运行的风机、泵类拖动系统，采用电机调速技术取代闸板或阀门调节流量，是一项很好的技术改造措施，既能精确及时的满足负荷变化的需要，又能减少电能消耗，这是因为从理论上讲，风机、泵类的输入功率与其转速的3次方成正比。绝大多数风机、泵类的拖动电机——交流异步电动机的调速方法（技术）很多，对于笼型电动机，变频调速技术是最好的，它可实现无级调速，调速范围宽达100%—5%，调速精度高达±0.5%，又可以实现软启动；对于要求调速范围较小，如100%-80%，调速精度要求不高如±2%的风机、泵类拖动电机，用可控硅调压技术也是很好的，可用较低的初投资，达到节电目的。对于少数在用的高压大容量绕线型转子交流异步电动机拖动的风机、泵类，多采用串级调速技术，也可用双馈调速技术。调速节电效果即节电率大小，主要取决于风机、泵类负荷变化的幅度和频繁程度，而与所使用的调速技术关系很小，负荷变化幅度越大、变化越频繁，节电率越大，反之则小。 

　　示范EMC已经实施约40多个风机、泵类变频调速改造项目，均属低压（0.4千伏）小功率（<250千瓦）变频调速装置，全得到了很好的节能效果，技改投资均可在2-3年收回。我国在用的风机、泵类按装机容量计，大多数的拖动电机是高压（3-6千伏）大容量（>250千瓦）交流异步电机，它们中的大部分尚未进行调速改造，少量已做节能改造者是使用机械调速技术，如液力偶合器等。近一时期，随着电力电子技术和微电子技术的发展，高效高压大功率变频技术和双馈调速技术等均已成熟，设备已成系列，造价也有所下降，示范EMC应抓紧利用这些节能新技术，开发这类项目，做出示范，可以鼓励更多EMC实施这项节能改造。在调速技术与调速设备选型时，要注意其谐波对电网的干扰，要符合GB/T4549-93《电能质量 公用电网谐波》这项国家标准。 

　　资料显示，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。我国目前广泛应用的Ｙ系列电动机效率平均值为８７．３％；美国高效电动机的效率平均值为９０．３％，该效率水平为美国能源政策法令（ＥＰＡＣＴ法令）所规定的市场准入效率水平；美国超高效电动机是近几年的产品，其效率平均值为９１．７％。有计算表明，如果在２０１２年达到美国超高效率水平，那么我国当年新增电动机的节能潜力为８４．１２亿ｋＷｈ，相当于节约３２０万吨标准煤，约合节约４４９万吨原煤，相当于１．７个１００万ｋＷ电站的发电量。

　 近日，我国自主研发并获得国家专利的数控励磁调速技术日前在华润水泥企业日产5000吨新型干法水泥生产线2800KW窑尾高温风机上调试成功。该节能改造项目负责人告诉中国水泥网，这是国内首例在2500KW以上高压大功率电机上采用数控励磁调速节能技术，据测算，仅风机改造一项每年就可以为该企业节约电费220余万元。

　　据悉，此次获得成功应用的数控励磁调速技术是由北京紫御湾科技有限公司自主研发，并拥有完全知识产权的新一代电机节能技术。相对于传统的调速节能技术，新一代数控励磁调速技术更适合6KV以上高压大功率绕线型电机的节能改造，尤其在水泥行业节能效果显着。与传统的电机节能技术相比，该技术对电网不产生高次谐波，并具有高效节能、性能稳定可靠、运行维护方便等特点。从实际应用情况来看，在节能投入、节能效益、对运行环境的要求、设备维护量及维护费用等方面都具有明显优势。记者在采访中还了解到，该技术自2005年起已成功应用在多家水泥企业功率在400KW-2000KW的电机上，两年来运行平稳，节电率在20%—50%之间。

　　近年来，我国国民经济持续快速增长，但单位GDP能耗一直居高不下，因此，节能减排工作越来越受到国家各级政府的重视。在刚刚结束的十七大上，党中央明确提出要建设和发展生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式。有关专家在接受记者采访时表示，我国能源大多是以电能方式消耗的，而在国家总用电量中，有35%-40%是高压电动机消耗的。该专家进一步指出，在水泥、石油、化工、电力、冶金等高耗能行业，大功率电机设备所占的比例较大，因此做好电机设备，特别是大功率电机设备的节能工作无疑成为这些行业乃至全国“节能减排”工作的“重中之重”。数控励磁调速技术在高压大功率电机上的成功运用，标志着我国高耗能企业高耗电的状况有望得到改变，在为高耗能企业带来巨大经济效益的同时，也将产生良好的社会效益！

二、电机制造与使用现状
目前，我国工矿企业使用的电机大体分为三大类。
第一类为20世纪50年代制造、20世纪40年代水平的产品，如J、JO系列及相应水平的产品，约占总量的10%。这些电机采用A级绝缘，体积大、效率低。20世纪50年代建设的工矿企业和20世纪60年代生产的各种主机，如风机、水泵、车床等，均采用此类电机，经多年改造，至今已为数不多。
第二类是20世纪60年代至70年代制造，20世纪50至60年代水平的产品，如J2、JO2系列及其相应水平的产品，约占总量的50％左右。这些电机采用E级绝缘，体积大、效率低、启动性能差。
第三类是20世纪80年代制造，20世纪70年代末和20世纪80年代初的产品，如Y系列电机，占总量40%。这些电机采用B级绝缘，启动性能好、效率也较高。近几年生产的各种主机大多与这类电机配套。
三、电机的节能改造修理
供电质量、机械磨损、绝缘老化等诸多因素会造成电机的损坏。损坏的电机又受主体工艺设备及改造资金的制约不可能全部淘汰更新。这就需要对电机进行修理。在修理过程中，如何达到提高效率、节约能源的目的，我们采取了分类指导、区别对待的原则。具体做法如下。
1．J、JO系列的电机。逐步淘汰，根据实际负荷，选用相应的Y系列电机替代。
2．J2、JO2系列的电机。由于其采用E级绝缘材料，厚度较大。在修理过程中，采用Y系列电机的B级绝缘材料，通过减少绝缘材料的厚度，在保证槽满度的情况下，增加导线的截面积，通过降低定子铜耗提高电机效率。这样改造的电机效率可提高1％左右，而且不需要增加大量的投资。在同样的负载条件下，由于效率的提高，定子绕组的升温相应降低，延长了电机的使用寿命。
3．JO2L铝线电机。采用的方法是用B级绝缘代替原来的E级绝缘，用铜导线代替原来的铝导线。由于铜和铝的电阻率不同，铜导线的直径大约是铝导直径的0.8倍左右，这样即可达到原铝导线电机的性能，槽满率仅为原来的64%。为达到节能降耗的目的，在保持原有槽满度的基础上，适当增加导线直径和绕组的匝数，根据不同型号的电机采用不同的增加比例。这样改造后的电机，既降低了定子的铜耗，又降低了定子的铁耗。可提高电机效率5％以上，节能效果相当明显。
4．一些大电机。大型电机由于其造价高，在工矿企业中更新替换的难度更大，其大容量、低效率又增加了企业生产成本。在修理过程中，根据大型电机的定子绕组一般为成型绕组、电机槽型为开口槽或半开口槽的特点，采用磁性槽泥或磁性槽楔的方法，通过降低铁损的方法来达到节能改造的目的。这样改造的电机，效率可提高1.5％左右。
四、经济效益
在电机修理过程中对电机进行节能改造，在不增加大量资金的情况下，达到了修理、改造、节能的目的，经济效益显着。我单位电机总容量为8MW，已对其中3MW电机进行了改造，年节约电量30万Kw&S226;h以上，创经济效益10万多元。