機電一體化推動電機節(jié)能新發(fā)展
電機是一種應(yīng)用量大、使用范圍廣的高耗能動力設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，我國電機耗電約占工業(yè)用電總量的60%～70%。實際應(yīng)用中，我國電機的整體運行狀況，同國外相比差距很大，機組效率約為75%，比國外低10%左右；系統(tǒng)運行效率為30～40%，比國際先進(jìn)水平低20～30%。因此，我國的電機應(yīng)用具有極大的節(jié)能潛力，推行電機節(jié)能勢在必行。
一、目前電機能耗狀況
改革開放2O多年來，我國在能源利用上取得“GDP翻兩番而能源消費僅翻一番”的成就。但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我國電力能源利用效率仍然較低，尤其是工業(yè)用電設(shè)備電能消耗高，浪費情況較為嚴(yán)重。大量的工業(yè)設(shè)備如風(fēng)機、泵類設(shè)備以及傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機、機械加工設(shè)備等，多采用交流電動機恒速傳動的方案運行，導(dǎo)致交流電動機效率普遍較低。
風(fēng)機、泵類設(shè)備也多采用調(diào)節(jié)風(fēng)門和閥門的辦法來調(diào)節(jié)流量，這種調(diào)節(jié)方法雖然簡單易行，但它是以耗費大量能源為代價；在工業(yè)縫紉機、機械加工設(shè)備中，往往采用離合器、摩擦片調(diào)節(jié)速度，造成大量的待機損耗和制動能耗。
1、風(fēng)機、泵類設(shè)備
在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都要全速運轉(zhuǎn)，不能隨運行工況的變化進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，白白浪費了大量的能量。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且容易造成設(shè)備損耗，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費用居高不下。
泵類設(shè)備在生產(chǎn)領(lǐng)域同樣有著廣闊的應(yīng)用空間，提水泵站、水池儲罐給排系統(tǒng)、工業(yè)水(油)循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)均使用離心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等設(shè)備。根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞；還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴(yán)重時損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質(zhì)量。
2、工業(yè)縫紉機、機械加工設(shè)備
傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機電機是一款交流離合器電機，效率僅為40～50%；電機在工作時，不論縫制布料厚薄，始終全功率輸出；在縫紉機待料待機時，電機通過離合器脫開負(fù)載，繼續(xù)空載運行，造成極大的待機損耗。
在中低檔機械加工設(shè)備中往往采用摩擦片調(diào)節(jié)速度，利用摩擦片的摩擦作用降低電機轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的，不僅造成大量的制動能耗，還加快了電機軸的磨損，降低電機使用壽命。
目前，我國在家電行業(yè)已逐步采用變頻調(diào)速控制技術(shù)以降低能耗，而工業(yè)控制領(lǐng)域中的許多速度調(diào)節(jié)方法還停留在傳統(tǒng)技術(shù)層面上。根據(jù)美國能源部的一項數(shù)據(jù)顯示，如果采用最新的高效率電機設(shè)備和一定的變頻調(diào)速裝置來替代舊的電機設(shè)備，工業(yè)用戶至少能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上節(jié)省電能18%以上。目前許多國家均已指定流量壓力控制必須采用變頻調(diào)速裝置取代傳統(tǒng)方式，我國也在積極鼓勵工業(yè)企業(yè)采用高效、節(jié)能的電動機、鍋爐、窯爐、風(fēng)機、泵類等設(shè)備。
二、以電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，達(dá)到節(jié)能降耗目的
隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，電子信息技術(shù)在產(chǎn)品中的應(yīng)用日趨成熟，傳統(tǒng)的電機技術(shù)與電子信息技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了“機電一體化”產(chǎn)品。“機電一體化”又稱“機械電子學(xué)”，是在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，并將機械裝置、電子設(shè)備以及軟件等有機地結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。“機電一體化”電機與傳統(tǒng)電機有著質(zhì)的區(qū)別，“機電一體化”電機包含了控制部分既控制器及嵌入式軟件和驅(qū)動部分既電機，它是利用嵌入式軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)的智能化模糊控制。這種智能化模糊控制不僅能有效提高系統(tǒng)的運行精度，而且可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載變化實時調(diào)整電機輸出轉(zhuǎn)速、輸出功率，充分達(dá)到節(jié)能降耗的目的。下面舉兩個例子來說明“機電一體化”電機的使用效果：
1、高效節(jié)能伺服控制電機在工業(yè)縫紉機領(lǐng)域的應(yīng)用
前面提到傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機電機是一款交流離合器電機，效率僅為40～50%；電機在工作時，不論縫制布料厚薄，始終全功率輸出；在縫紉機待料待機時，電機通過離合器脫開負(fù)載，繼續(xù)空載運行，造成極大的待機損耗。而高效節(jié)能伺服控制電機采用直流無刷電機作為驅(qū)動元件，效率達(dá)到70～80%；伺服控制系統(tǒng)內(nèi)含嵌入式軟件，系統(tǒng)隨時檢測縫制布料的厚薄，將信息實時傳遞給嵌入式軟件，通過軟件調(diào)節(jié)電機的輸出轉(zhuǎn)速和輸出功率，始終使電機工作在最合理、最節(jié)能狀態(tài)；在縫紉機待料待機時，系統(tǒng)停止工作，沒有待機損耗。通過高效節(jié)能伺服控制電機替代交流離合器電機在工業(yè)縫紉機領(lǐng)域推廣應(yīng)用，可在該領(lǐng)域節(jié)能50～60%，每臺縫紉機可節(jié)電576千瓦時/年，據(jù)縫紉機行業(yè)協(xié)會估算，全國現(xiàn)在生產(chǎn)使用的工業(yè)縫紉機至少200萬臺，那么隨著高效節(jié)能伺服控制電機的替代使用，可為社會節(jié)電11.52億千瓦時/年。
高效節(jié)能伺服控制電機不僅可以在縫紉機行業(yè)推廣應(yīng)用，也可以在工業(yè)集塵設(shè)備、機械加工設(shè)備中替代傳統(tǒng)的交流電機，其節(jié)電效果普遍達(dá)到30%以上。
2、變頻調(diào)速電機在風(fēng)機、泵類設(shè)備中的應(yīng)用
風(fēng)機、泵類設(shè)備年耗電量占全國電力消耗的1/4，大量的電能由于交流電動機只能恒速輸出、無法根據(jù)工況變化自行調(diào)節(jié)而浪費。變頻調(diào)速技術(shù)是20世紀(jì)80年代末興起的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，它以體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大、精度高、功能強，可靠性高，操作簡便，便于通信等功能優(yōu)于以往的傳統(tǒng)調(diào)速方式(如變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速等)。變頻調(diào)速運行，是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)速的變化要求，改變供電電流的頻率，并配合電壓的調(diào)節(jié)，以獲得合理的電機運行工況。在不同的轉(zhuǎn)速情況下，均保持較高的運行效率。變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅降低了電能消耗，同時能改善啟動性能，保護(hù)電動機及負(fù)載設(shè)備免受瞬時啟動的沖擊，延長其工作壽命，還提高電動機及負(fù)載設(shè)備的工作精確度。
風(fēng)機、泵類等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能運行是我國節(jié)能的一項重點推廣技術(shù)，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節(jié)約能源法》把它列為通用技術(shù)加以推廣。實踐證明，變頻電機用于風(fēng)機、泵類設(shè)備驅(qū)動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，普遍節(jié)電達(dá)到30%～50%。
三、以創(chuàng)新促發(fā)展，迎接機遇和挑戰(zhàn)
節(jié)能降耗已成為當(dāng)今社會發(fā)展的一大主題，而且各行各業(yè)電動化、智能化的程度越來越高，由此催生了一個巨大的節(jié)能電機市場。作為電機生產(chǎn)企業(yè)，橫店集團(tuán)聯(lián)宜電機有限公司堅定走“以創(chuàng)新促發(fā)展”的道路，迎接新的機遇和挑戰(zhàn)。
橫店集團(tuán)聯(lián)宜電機有限公司提出“致力于節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新，為人類平衡和諧提供動力”，并將此作為公司的歷史使命。在這一使命的要求下，公司從2003年至今進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，淘汰部分技術(shù)含量低、高耗能、噪音大的產(chǎn)品，同時投入大量資金引進(jìn)技術(shù)人才、聘請國內(nèi)外專家，并與科研院所、大專院校合作開發(fā)“機電一體化”產(chǎn)品，已先后開發(fā)成功高效節(jié)能工縫機伺服電機、節(jié)電濾波器、基于單片機的電機節(jié)電器、食物殘渣處理器電機等多款環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品。產(chǎn)品投放市場后因節(jié)能效果十分顯著、質(zhì)量穩(wěn)定可靠倍受客戶青睞，一直供不應(yīng)求。根據(jù)國家政策導(dǎo)向，聯(lián)宜電機又著手開發(fā)高檔變頻電機、數(shù)控機床伺服電機等，雖然產(chǎn)品還處于小試階段，已有多家風(fēng)機、泵類設(shè)備生產(chǎn)廠家與公司簽訂全年采購合同，預(yù)計08年可實現(xiàn)批量生產(chǎn)，首年將達(dá)到年產(chǎn)10萬臺變頻電機產(chǎn)量。聯(lián)宜電機在從事環(huán)保節(jié)能產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新中取得了可喜的成就：07年上半年公司實現(xiàn)銷售收入4億元，利稅7000多萬元，較去年同期分別增長35%、32%。
橫店集團(tuán)聯(lián)宜電機有限公司的創(chuàng)新也就是將電子信息技術(shù)應(yīng)用于電機產(chǎn)業(yè)，以環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品迎合市場需求。在電機產(chǎn)業(yè)節(jié)能降耗大環(huán)境下，每個電機生產(chǎn)企業(yè)只有不斷創(chuàng)新、提升產(chǎn)品技術(shù)含量，才能抓住機遇，不斷發(fā)展，否則，將難以生存。
四、電機節(jié)能的遠(yuǎn)景目標(biāo)和發(fā)展方向
以電子信息技術(shù)為核心的“機電一體化”產(chǎn)品在節(jié)能降耗方面的作用已初現(xiàn)端倪，上述提到的幾個行業(yè)是能源浪費較嚴(yán)重、正在大力推動改進(jìn)的幾個例子，其實還有更多的行業(yè)有待挖掘。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，電機節(jié)能的前景十分看好。據(jù)國家能源部的初步估算：如果全面啟動電機節(jié)能工程，開發(fā)以電子信息技術(shù)與傳統(tǒng)電機技術(shù)相結(jié)合的“機電一體化”產(chǎn)品，并替換現(xiàn)普遍使用的傳統(tǒng)交流電機，全國的用電量將下降15～20%而GDP保持不變。
通過研發(fā)高效節(jié)能變頻電機、各種電子控制的節(jié)能伺服電機并形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，在工業(yè)設(shè)備、交通、辦公自動化等領(lǐng)域推廣使用，將電機的平均能耗下降20～30%，這是電機行業(yè)“十一五”期間的節(jié)能目標(biāo)。
通過開發(fā)擁有自主產(chǎn)權(quán)的電機驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化運行軟件和標(biāo)準(zhǔn)，大力推廣“機電一體化”和“光機電一體化”技術(shù)的應(yīng)用，以電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)電機技術(shù)，全面提升電機技術(shù)含量，增強電機智能化程度，推動電機節(jié)能降耗，是未來一段時期內(nèi)電機行業(yè)的發(fā)展方向。
（橫店集團(tuán)聯(lián)宜電機有限公司供稿）
