從設(shè)備類型來看， 目前的工業(yè)節(jié)能設(shè)備主要包括工業(yè)動 力設(shè)備及余熱利用設(shè)備，其中工業(yè)動力設(shè)備的節(jié)能以節(jié)能電 機(jī)和壓縮機(jī)為主;余熱利用設(shè)備主要包括余熱鍋爐以及熱泵 等。按照《工業(yè)能效提升行動計(jì)劃》的規(guī)劃，到2025年， 新增高效節(jié)能電機(jī)占比要達(dá)到70%以上，電能占工業(yè)終端能 源消費(fèi)比重要達(dá)到30%左右(圖1)。在技術(shù)上，鼓勵電機(jī) 生產(chǎn)企業(yè)開展性能優(yōu)化、鐵芯高效化、機(jī)殼輕量化等系統(tǒng)化 創(chuàng)新設(shè)計(jì)，優(yōu)化電機(jī)控制算法與控制性能，加快高性能電磁 線、稀土永磁、高磁感低損耗冷軋硅鋼片等關(guān)鍵材料創(chuàng)新升 級，推行電機(jī)節(jié)能認(rèn)證，推進(jìn)電機(jī)高效再制造，推動使用企 業(yè)開展設(shè)備能效水平和運(yùn)行維護(hù)情況評估，科學(xué)細(xì)分負(fù)載特 性及不同工況，加快電機(jī)更新升級。

　　永磁直驅(qū)+變頻方案節(jié)能效果顯著

　　在《電機(jī)能效提升計(jì)劃(2021-2023年)》中提到， 針對使用變速箱、耦合器的傳動系統(tǒng)，鼓勵采用低速直驅(qū) 和高速直驅(qū)式永磁電機(jī)。由此， 一批工控廠商紛紛開始采 用永磁直驅(qū)電機(jī)，去掉中間傳動設(shè)備，輔以高壓變頻驅(qū)動 技術(shù)，令整體項(xiàng)目系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡潔、運(yùn)營及維護(hù)經(jīng)濟(jì)，同 時也大幅提高了節(jié)能效率。

圖 1 由工信部、發(fā)改委等六部委聯(lián)合制定的 《工業(yè)能效提升行動計(jì)劃》目標(biāo)（圖片來源：經(jīng)濟(jì)日報(bào)）

　　例如，在煤礦行業(yè)，新時達(dá)開發(fā)的永磁直驅(qū)變頻驅(qū)動 解決方案改變了主運(yùn)輸(以膠帶運(yùn)輸機(jī)為主)異步電動機(jī) 驅(qū)動減速器的傳統(tǒng)配套模式，提高了運(yùn)行效率，取消了減 速機(jī)等中間環(huán)節(jié)，協(xié)助企業(yè)的降本增效?，F(xiàn)場系統(tǒng)采用高 壓變頻驅(qū)動，對兩組皮帶機(jī)變頻控制，為了有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)的負(fù)載平衡控制，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用主從方式進(jìn)行控 制，主從變頻器之間采用ModBus總線通信。從該項(xiàng)目的使 用效果來看，永磁直驅(qū)系統(tǒng)控制的應(yīng)用優(yōu)勢有：降低膠帶 帶強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動時的轉(zhuǎn)矩平衡、重載啟動平 穩(wěn)、可自動調(diào)速、對于載荷不均的皮帶機(jī)系統(tǒng)可節(jié)約電能 及降低皮帶的磨損。

　　另外，水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材 料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè) 中用到的球磨機(jī)，主要用于對各種礦石和其它可磨性物料 進(jìn)行干式或濕式粉磨。為了提升整體系統(tǒng)效率，提高過載 能力，避免“大馬拉小車”，特別是減少由于減速機(jī)故障所 帶來的維護(hù)工作量和維護(hù)成本，匯川技術(shù)開發(fā)的節(jié)能方案 運(yùn)用了低速永磁直驅(qū)電機(jī)，通過取消減速機(jī)和液力耦合器 等中間傳動環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)節(jié)電率可達(dá)8%-15%，過載倍數(shù) 2，可實(shí)現(xiàn)重載起車，且免維護(hù)，節(jié)能效益明顯。

　　而合康新能開發(fā)的給水泵變頻改造方案也非常有特 色，它通過高速電機(jī)直驅(qū)+變頻調(diào)速的方式，為給水泵等大 功率調(diào)速設(shè)備的節(jié)能改造提供了一種新的高效節(jié)能方案。 在鄂爾多斯電力集團(tuán)某大型火力發(fā)電企業(yè)“#1機(jī)組給水泵 變頻節(jié)能改造項(xiàng)目”中，瞄準(zhǔn)液耦調(diào)速電動給水泵的三大能 耗關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即液耦傳動、電機(jī)效率、給水泵組效率，合 康新能提出了更有針對性的改造方案：高速直驅(qū)變頻方案 直接去掉了原來給水系統(tǒng)調(diào)速用的液力耦合器，徹底消除了液耦傳動產(chǎn)生的機(jī)械能量損耗;將原電機(jī)替換為高速電動機(jī)，并與給水泵直連，再通

　　過高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，來負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)高速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而大幅提升了電機(jī)的整機(jī)效率以及整體泵組運(yùn)行的總效率;高速直驅(qū)變頻方案令系統(tǒng)的節(jié)電效果更加顯著，達(dá)到甚至超越了客戶預(yù)期。

　　同步磁阻電機(jī)助力低碳排放

　　同步磁阻電機(jī)(SynRM) 一直是近幾年工業(yè)領(lǐng)域用戶較為關(guān)注的一個電機(jī)種類，根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)QYResearch的報(bào)告顯示， 2021年全球交流同步磁阻電機(jī)市場規(guī)模大約為170.31百萬美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到301.36百萬 美元，2022-2028期間年復(fù)合增長率(CAGR)為8.30%， 2021年中國約占全球同步磁阻電機(jī)市場份額的15.25%，預(yù) 計(jì)未來六年中國市場的復(fù)合增長率約為11.11%，并在2028 年規(guī)模達(dá)到54.76百萬美元，全球交流同步磁阻電機(jī)的頭部 廠商主要包括ABB、Danfoss、Siemens和KSB (REEL)等。

圖 3 匯川技術(shù)開發(fā)的低速直驅(qū)永磁電機(jī)

　　從結(jié)構(gòu)來看，與傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)不同的是，同步磁阻 電機(jī)的轉(zhuǎn)子由層疊的鐵層制成，這種鐵層形成了一種輕質(zhì) 但堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)， 允許磁力穿過它，這一形狀被精確地設(shè)計(jì) 以引導(dǎo)轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁阻。因此， 轉(zhuǎn)子將自身對準(zhǔn)定子線圈產(chǎn) 生的磁通量，基本上“鎖定”到位，這使得它能夠以與磁通 量完全相同的速度運(yùn)動，即同步運(yùn)動，并且同步磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子不含磁鐵或稀土成分，制造它所需的材料比傳統(tǒng)電 機(jī)少。

　　同步磁阻電機(jī)的能源損耗比同類感應(yīng)電機(jī)低得多，這 是因?yàn)檫@類電機(jī)中的轉(zhuǎn)子沒有磁鐵或繞組，幾乎沒有功率 損耗，這帶來了較低的運(yùn)行溫度，再加上無繞組的簡單轉(zhuǎn) 子結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)電機(jī)相比，減少了維修需求和故障風(fēng)險。 此外，同步磁阻電機(jī)的噪音水平明顯低于傳統(tǒng)的感應(yīng)電 機(jī)，因此工作環(huán)境更加舒適，非常適合于不需要大過載和 高速度的較為廣泛的工業(yè)應(yīng)用場所。并且同步磁阻電機(jī)產(chǎn) 生的環(huán)境足跡較低，由于它的制造不使用稀土材料，這意 味著不需要采礦，也減少了廢棄物的產(chǎn)生，它在從生產(chǎn)到 回收的整個生命周期中只產(chǎn)生較低的碳足跡，在同類產(chǎn)品 中具有較佳的低排放性能。

　　ABB的高效同步磁阻電機(jī)于2011年推出，具有IE4能效 等級，最初應(yīng)用于泵和風(fēng)機(jī)，隨后在2019年，ABB推出了 IE5超高能效同步磁阻電機(jī)，產(chǎn)品被應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)環(huán) 境中。根據(jù)ABB實(shí)驗(yàn)室的測量表明，與常用的IE3電機(jī)相比， 同步磁阻電機(jī) IE5電機(jī)的能源損耗可降低40%，且二氧化碳 排放也顯著下降。相較于標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)系列，同步磁阻電機(jī)及變 頻器組合是電機(jī)改造的一種較佳的解決方案。IE5同步磁阻 電機(jī)與IE2感應(yīng)電機(jī)的尺寸相同，無需進(jìn)行機(jī)械改造，易于 替代傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)。另外，隨著目前變頻器應(yīng)用數(shù)量的增 加，也推動了同步磁阻電機(jī)技術(shù)的商業(yè)化和接受度。

　　另據(jù)悉，在今年11月初舉辦的第六屆中國國際進(jìn)口博 覽會(進(jìn)博會)期間，ABB運(yùn)動控制展出了一系列明星產(chǎn) 品與數(shù)字化解決方案，包括ABB云傳動、Motion OneCare無憂服務(wù)、ACH580-31超低諧波系列變頻器、通用型傳動 ACS580MV、工業(yè)級傳動柜體ACS880-07C、ABB伺服驅(qū)動 器和伺服電機(jī)、AC500 PLC自動化系列、低壓現(xiàn)代化服務(wù)、 HX&HY高性能防爆伺服電機(jī)、IMD永磁變頻一體機(jī)，以及 HDS大功率高效永磁同步伺服電機(jī)等。其中的IMD永磁變頻 一體機(jī)采用差異化軸向設(shè)計(jì)，使一體機(jī)的整體體積更加緊 湊，該產(chǎn)品電氣設(shè)計(jì)采用稀土永磁方案，搭配ABB兼容型 平臺變頻器，性能更出色，系統(tǒng)節(jié)能可高達(dá)近60%，電機(jī) 與變頻器的集成方案，可助力客戶優(yōu)化采購、安裝、調(diào)試 等各個環(huán)節(jié)，結(jié)合可擴(kuò)展的狀態(tài)監(jiān)測功能，共同創(chuàng)造更高 的客戶價值。

圖 4 ABB 推出的 IE5 超高能效同步磁阻電機(jī) 以及 IMD 永磁變頻一體機(jī)

　　優(yōu)化電機(jī)控制算法與性能

　　隨著工業(yè)市場對于節(jié)能環(huán)保的需求日益增長，越來越 多的新型技術(shù)和材料被應(yīng)用于高效節(jié)能電機(jī)的研制中，并 以同步磁阻電機(jī)、混合磁阻電機(jī)、高速電機(jī)為代表，與此 同時，針對各種特殊應(yīng)用場景，這些都要求廠商能夠提供 適應(yīng)性更優(yōu)的控制策略，既可降低設(shè)備的綜合成本，又可 大幅提升節(jié)能效率。在這一趨勢下，采用先進(jìn)的電機(jī)驅(qū)控 算法技術(shù)，迭代更高效的電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動控制效果，成為 了目前眾多工控廠商開發(fā)的重要方向之一。

　　例如， 一些長線纜及高速電機(jī)應(yīng)用場合，為了濾除 諧波，降低干擾，提升效率及安全性，會在變頻器輸出端 與電機(jī)端之間加入正弦濾波器，而正弦濾波器的加入會導(dǎo) 致電機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型發(fā)生改變，傳統(tǒng)的矢量控制技術(shù) 無法保證原有控制性能，會出現(xiàn)誤差變大、性能變差、算 法不收斂等問題。針對這種情況，為了能夠滿足變頻器輸 出帶正弦濾波器負(fù)載控制需求，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行， 偉創(chuàng)電氣依托自主研發(fā)的核心技術(shù)儲備，研制出正弦濾波 器矢量控制技術(shù)，以安全濾波、節(jié)能降耗、穩(wěn)定可靠等優(yōu) 勢，滿足多種應(yīng)用場景中對正弦濾波器的控制需求。

　　偉創(chuàng)電氣正弦濾波器矢量控制技術(shù)，通過采用新型的 濾波器觀測器技術(shù)獲得電機(jī)側(cè)的電壓電流狀態(tài)，使用阻尼 控制解決正弦濾波器的諧振問題，相對傳統(tǒng)技術(shù)中未考慮 正弦濾波器的標(biāo)量或矢量控制的情況，能夠顯著提高電機(jī) 控制穩(wěn)定性，保留矢量控制的高動態(tài)性能;同時，大大降低電機(jī)電流諧波含量，有效控制電機(jī)溫升，避免電機(jī)高溫 失磁和過電壓現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)更低的功率消耗，助力 電網(wǎng)及用戶設(shè)備的安全運(yùn)行。偉創(chuàng)電氣正弦濾波器矢量控 制技術(shù)可適配異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)等多種電機(jī)類型， 結(jié)合無速度傳感器電流矢量控制、濾波器諧振抑制控制、 正弦濾波器加變壓器升壓控制方案、變壓器一次側(cè)及二次 側(cè)阻抗參數(shù)自學(xué)習(xí)等強(qiáng)大功能，讓整體方案發(fā)揮更出色， 目前已被成功應(yīng)用在高速磁浮、空浮、高壓潛油電泵及離 心泵等諸多場景中，使用效果廣受市場好評。

　　此外，偉創(chuàng)電氣充分融合當(dāng)前市場需求及先進(jìn)技術(shù)儲 備，最新研發(fā)出成本更低、可靠性更高的極低速無傳感技術(shù) 在感應(yīng)電機(jī)上較以往具有更好的低速域穩(wěn)定性能，搭配減速 裝置，其峰值性最低更可下探到零速。目前這項(xiàng)技術(shù)逐漸被 應(yīng)用在礦車、塔吊、升降機(jī)、起重機(jī)等設(shè)備中，以避免編碼 器反饋環(huán)節(jié)的異常或受外部環(huán)境影響帶來的干擾問題，提高 了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，滿足了工業(yè)界對極低速穩(wěn)定 運(yùn)行、零速保持、零速懸停等功能的更高需求。

　　傳統(tǒng)工控領(lǐng)域發(fā)展風(fēng)起云涌

　　最近一年來，圍繞低碳發(fā)展，全球工業(yè)界正發(fā)生著巨 變。今年7月，德國工業(yè)巨頭西門子將大型傳動應(yīng)用事業(yè) 部、西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)以及西門子法律上獨(dú)立運(yùn)營的 Sykatec公司和Weiss Spindeltechnologie公司的相關(guān)業(yè) 務(wù)拆分重組，成立了茵夢達(dá)(Innomotics)。這家獨(dú)立運(yùn) 營的電機(jī)和大型傳動公司整合了低壓至高壓電機(jī)、減速電 機(jī)、中壓變頻器和電主軸等業(yè)務(wù)，公司的運(yùn)營總部設(shè)于德 國紐倫堡。

　　茵夢達(dá)全球首席執(zhí)行官M(fèi)ichael Reichle在接受采訪時 表示，茵夢達(dá)希望能夠在中國進(jìn)一步加大投資、研發(fā)和創(chuàng) 新力度，并希望深度參與到中國的“雙碳”事業(yè)中去， 中國 的“雙碳”發(fā)展和減少碳排放的措施將為茵夢達(dá)帶來更多的 業(yè)務(wù)機(jī)會，在一些新興行業(yè)如鋰電池、氫能等，茵夢達(dá)開 發(fā)的高效傳動系統(tǒng)及設(shè)備將在其中發(fā)揮重要的作用。

圖 5 茵夢達(dá) 1LE8005 IE5 低壓電機(jī)

　　在今年9月上海工博會上，茵夢達(dá)面向中國市場首次推 出了INNOMOTICS 品牌的1LE8005 IE5低壓電機(jī)，其能效等 級達(dá)到GB18613-2020國標(biāo)一級能效，這款產(chǎn)品也是茵夢達(dá)為中國“雙碳”發(fā)展所準(zhǔn)備的一項(xiàng)新利器。

　　與此同時，西門子在中國市場上同樣采取多重舉措助力產(chǎn)業(yè)鏈低碳轉(zhuǎn)型。2021年9月，西門子在華啟動“零碳先鋒計(jì)劃”，西門子不僅將持續(xù)在自身運(yùn)營中落實(shí)節(jié)能降碳，而且力爭至2025年在中國幫助超過500家重點(diǎn)供應(yīng)商加速減碳步伐，助力數(shù)十個行業(yè)的上萬家客戶節(jié)能增效，推動產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。2023年5月，西門子在中國啟動首屆“零碳先鋒獎” 評選，最終經(jīng)過激烈角逐，能科科技股份有限公司等六家企業(yè)獲得該獎項(xiàng)。

　　“低碳轉(zhuǎn)型需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游伙伴合力實(shí)現(xiàn)。此次發(fā)布的‘零碳先鋒獎’既是對低碳轉(zhuǎn)型同行者的鼓勵，也為產(chǎn)業(yè)鏈邁向可持續(xù)未來注入加速度。”西門子大中華區(qū)可持續(xù)發(fā)展負(fù)責(zé)人馬清表示，“西門子愿繼續(xù)為各方伙伴提供技術(shù)、知識、經(jīng)驗(yàn)、人才、金融等全方位的支持，賦能生態(tài)伙伴實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與社會效益的共贏?！?/p>

　　在今年工博會期間，西門子還發(fā)布了《西門子可持續(xù)發(fā)展在中國》報(bào)告，分享其在加強(qiáng)自身可持續(xù)運(yùn)營、助力產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展，以及攜手各方共筑綠色生態(tài)方面的思考、實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。此外，西門子正式推出了“西門子可持續(xù)發(fā)展專項(xiàng)支持融資項(xiàng)目”，宣布將提供10億元人民幣專項(xiàng)資金，為開展低碳轉(zhuǎn)型的中小企業(yè)及生態(tài)合作伙伴提供融資方案支持。