今年六月，國家工信部、發(fā)改委等六部門聯(lián)合發(fā)布了《工業(yè)能效提升行動計劃》，提出到2025年，規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗比2020年下降13.5%;并且結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際，該行動計劃還提出了一系列具體目標(biāo)，其中包括到2025年，新增高效節(jié)能電機占比達到70%以上。而按照新實施的GB 18613-2020新國標(biāo)電機能效標(biāo)識對應(yīng)能效等級來看，目前中國高效節(jié)能電機的市場份額僅為3%左右，電機系統(tǒng)整體運行效率較發(fā)達國家低20%左右，存量改造空間巨大，這也為不同技術(shù)路線的工業(yè)高效節(jié)能電機廠商開辟出一片廣闊的市場天地。

　　組編/編輯部

　　在2021年6月1日實施的最新版強制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2020《電動機能效限定值及能效等級》(新國標(biāo))中，將國際標(biāo)準(zhǔn)IE5效率列為中國三相異步電動機最高的一級能效等級指標(biāo);IE4能效為二級能效指標(biāo);IE3能效定為三相異步電動機能效限定值，即三級能效(見表1)。這意味著，IE3以下能效等級的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電機從去年6月起開始強制停產(chǎn)，IE2能效的電機逐步走向被淘汰替換的道路。

　　而根據(jù)有關(guān)專業(yè)研究機構(gòu)的調(diào)查統(tǒng)計，以工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用量較大的低壓電機為例，目前這類電機主要被安裝在泵、風(fēng)機、壓縮機系統(tǒng)中，作為風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等多種機械設(shè)備的驅(qū)動裝置，且大多執(zhí)行的是IE1或IE2能效標(biāo)準(zhǔn);與國際市場相比，中國高效節(jié)能電機市場份額僅為3%左右，電機系統(tǒng)整體運行效率較發(fā)達國家低20%左右，存量改造空間大，隨著升級后的中國電動機新國標(biāo)正式實施，將推動高效電機在政策和技術(shù)的驅(qū)動下成為未來增量的主流。

　　GB 18613-2020新國標(biāo)實施后電機能效標(biāo)識對應(yīng)能效等級如表1所示。

　　表1　新版強制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2020《電動機能效限定值及能效等級》

　　從現(xiàn)階段市場應(yīng)用端的實際情況來看，整體中國工業(yè)企業(yè)在能效提升上大致上面臨著兩大“瓶頸”：一是，由于我國中小型企業(yè)占比較大，因此受限于此類型企業(yè)整體的技術(shù)能力、企業(yè)資金投入以及政府扶持力度的差異，這使得許多企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)品全生命周期綠色制造的能力整體較弱;二是，中國的單位GDP能耗水平與發(fā)達國家相比更高，且各地區(qū)和城市的差異也較大，因此如果需要在全國范圍內(nèi)對工業(yè)行業(yè)進行節(jié)能提效的話，還有很長的一段路要走。

　　而要提升電機能效水平的關(guān)鍵是有效地降低電機的損耗，通常來講 ，可以從電機的設(shè)計和生產(chǎn)工藝方面入手，例如：提升電機本體效率，這主要依賴電機自身的電磁方案優(yōu)化設(shè)計、電機絕緣性能優(yōu)化、電機系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化、低損耗材料選型等，而搭載永磁技術(shù)的電機設(shè)備，將在能效提升上具有不可比擬的明顯優(yōu)勢;其次是使用變頻器驅(qū)動電機提升整體效率，針對泵和風(fēng)機等負載應(yīng)用通常使用的閥門控制而言，使用變頻驅(qū)動可以大幅降低系統(tǒng)的能源損耗。另外，加強和設(shè)備制造商之間的協(xié)作，對電機進行定制化設(shè)計，盡可能減少傳遞系統(tǒng)的損耗，也是一條十分有效的途徑。

　　高效感應(yīng)電機和永磁電機一馬當(dāng)先

　　ABB電機與發(fā)電機一直以“驅(qū)動世界運轉(zhuǎn)，促進節(jié)約能源”為使命，利用高能效的變頻器和電機，幫助各行業(yè)用戶節(jié)能降耗。

　　ABB中國運動控制事業(yè)部電機與發(fā)電機業(yè)務(wù)市場與銷售負責(zé)人姚曄東表示，伴隨現(xiàn)階段市場對高效節(jié)能電機需求量的快速增加，針對不同的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域和需求，電機生產(chǎn)廠家通常會通過不同的技術(shù)路線來綜合提升電機的能效水平，目前市場上的高效電機技術(shù)可謂百花齊放，從傳統(tǒng)的感應(yīng)電機到稀土永磁及磁阻電機等，均有各種類型的高效產(chǎn)品陸續(xù)推出，預(yù)測高效感應(yīng)電機和永磁電機將會成為未來一定時期內(nèi)的主流產(chǎn)品。

　　2022年，ABB電機與發(fā)電機發(fā)布了7款高低壓電機產(chǎn)品以及1款發(fā)電機產(chǎn)品，滿足了市場多樣化的需求。它們分別是M3BP IE4低壓過程用途電機、M2BAX IE4一般用途電機、M2QA-FB 低壓高效粉塵防爆電機、M3AL/M3BL IE5磁阻同步電機、M2BJX IE5低壓超高效永磁同步電機、M3FT/M3ET高動態(tài)響應(yīng)電機、AMD高壓緊湊型隔爆電機以及ABB永磁軸帶發(fā)電機。

　　其中，ABB IE4 M3BP/M2BAX滿足了市場對常規(guī)感應(yīng)電機的能效提升需求; M2BJX IE5永磁電機不僅滿足了客戶對高效率的需求，還擁有直驅(qū)功能，可以減少對減速箱的依賴;M3FT/M3ET高動態(tài)響應(yīng)電機大大提高了產(chǎn)品功率密度，低轉(zhuǎn)動慣量設(shè)計配合變頻器應(yīng)用后，可以實現(xiàn)電機快速響應(yīng)并能實現(xiàn)大范圍精確調(diào)速，這些新產(chǎn)品一經(jīng)發(fā)布，就獲得了市場的強烈反響和客戶的充分認可。

　　圍繞提高電機能效這一核心，ABB電機與發(fā)電機堅持從研究電力損耗的種類出發(fā)，著重提高材料等級及用量、優(yōu)化繞組和風(fēng)扇等方面的設(shè)計，提高電機生產(chǎn)工藝水平;采用新技術(shù)，包括永磁同步技術(shù)和同步磁阻技術(shù)等;提供工具化的智能優(yōu)化算法，針對特定應(yīng)用場景，協(xié)助設(shè)計人員快速實現(xiàn)節(jié)能型電機的優(yōu)化，以獲取優(yōu)質(zhì)的定制化解決方案，全力主推中國工業(yè)領(lǐng)域的電機能效升級。

　　ABB推出的高能效同步磁阻電機、低壓永磁電機、永磁軸帶發(fā)電機系列

　　變頻驅(qū)動技術(shù)隨之相應(yīng)升級

　　在整體電機運行系統(tǒng)中，與執(zhí)行電機相配套的驅(qū)動系統(tǒng)在能效升級中的作用同樣不可忽視。與傳統(tǒng)的閥門控制相比，以變頻驅(qū)動電機的方式，能夠大幅提升泵和風(fēng)機等負載的工作效率，有效降低系統(tǒng)損耗，而隨著不同技術(shù)路線的新型電機的陸續(xù)涌現(xiàn)，也對與之相匹配的變頻驅(qū)動技術(shù)提出了新的需求。

　　以同步磁阻電機為例，這類電機少量或者不應(yīng)用稀土資源，令制造成本更低，且效率近乎對等永磁同步電機，能效可達到IE4甚至更高，因此目前備受市場用戶的青睞。但在驅(qū)動技術(shù)方面，盡管同步磁阻與永磁同步電機有著較為相似的數(shù)學(xué)模型，并且在驅(qū)動方式的硬件上與成熟的永磁同步電機驅(qū)動平臺可完全兼容，降低了同步磁阻電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的成本費用;但由于同步磁阻電機的參數(shù)相比于永磁同步電機變化更為劇烈，這也為控制帶來了難題。為了獲得優(yōu)秀的靜動態(tài)性能，需要獲取準(zhǔn)確的電機參數(shù)、磁鏈觀測精度、速度觀測精度等，在軟件上根據(jù)同步磁阻電機的數(shù)學(xué)模型特點，開發(fā)出專機專用、能夠匹配同步磁阻電機驅(qū)動算法的開環(huán)矢量控制技術(shù)。

　　為此，偉創(chuàng)電氣針對同步磁阻電機開環(huán)矢量控制技術(shù)進行了深入的研究及優(yōu)化，開發(fā)出了AC330同步磁阻電機專用驅(qū)動器，使得綜合節(jié)能率可高達5%~35%。在原有產(chǎn)品平臺的基礎(chǔ)上，偉創(chuàng)AC330同步磁阻電機專用驅(qū)動器集成了純同步磁阻電機以及永磁輔助式同步磁阻電機的驅(qū)動控制理念，開發(fā)了全新的矢量控制算法：電感參數(shù)飽和學(xué)習(xí)功能，令電機自整定精度高，電機控制更精準(zhǔn)，穩(wěn)定性更強;優(yōu)化的MTPA算法，在產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩的情況下，最優(yōu)地分配dq軸定子電流，使定子電流最小，進而令定子銅耗最小達到電氣運行效率最優(yōu)。

　　此外，AC330驅(qū)動同步磁阻電機調(diào)速比例為50：1(當(dāng)同步磁阻電機額定頻率為100Hz時，2Hz可以驅(qū)動滿載;當(dāng)同步磁阻電機額定頻率為50Hz時，1Hz可以驅(qū)動滿載)，可有效彌補同步磁阻電機低頻驅(qū)動帶載的不足，保障電氣系統(tǒng)低頻運行更穩(wěn)定，驅(qū)動帶載能力更強。AC330專用驅(qū)動器在基速以下對同步磁阻電機進行MTPA控制，實現(xiàn)節(jié)能高效驅(qū)動，而在基速以上則以獨有的弱磁控制算法，最大程度地利用電壓極限，從而實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩最大化，擴大恒功率范圍，保障了弱磁下運行的穩(wěn)定性，真正做到了專機專用，在同步磁阻電機應(yīng)用領(lǐng)域具有優(yōu)良的控制效果，在確保產(chǎn)品高可靠性基礎(chǔ)下，進一步提升了產(chǎn)品的軟件集成度，更好地解決了客戶在產(chǎn)品選型方面的困擾。

　　偉創(chuàng)電氣AC330同步磁阻電機專用驅(qū)動器

　　與客戶緊密合作，實現(xiàn)定制化開發(fā)

　　加強和下游設(shè)備制造商之間的協(xié)作，對電機進行定制化設(shè)計，以盡可能地降低整體傳動鏈系統(tǒng)的能效損耗，也是目前一些電機廠商的重要開發(fā)方向之一。

　　在船舶領(lǐng)域，ABB電機與發(fā)電機運用傳動系統(tǒng)雙模式運行來提升系統(tǒng)效率，傳動鏈上的電機可以根據(jù)不同工況需求切換電機與發(fā)電機狀態(tài)，實現(xiàn)在動力源不足時作為動力使用，并在動力源富余時作為發(fā)電機使用的雙工作模式，雙工作模式，從而提升整體系統(tǒng)效率，例如：ABB開發(fā)的船舶軸帶發(fā)電機就可以兼顧PTO(發(fā)電機)/PTI(電機)雙模式運行。此外，ABB的Azipod船舶電推方案，既是將電機直接與主推進器的螺旋槳相連，結(jié)構(gòu)緊湊，體現(xiàn)了一體機的優(yōu)點，又能降低中間連接系統(tǒng)的損耗，因此更加環(huán)保，控制性能更好，噪音更低。

　　在丹佛斯攜手康明斯完成的首批香港新建渡輪混合動力高速雙體渡輪項目中，共有兩艘450客位混合動力的高速雙體渡輪，總長40米，設(shè)計航速23節(jié)，額定載客450人，采用了并聯(lián)混合動力直流組網(wǎng)系統(tǒng)，全船動力系統(tǒng)主要設(shè)備由兩臺康明斯QSK50主機、兩臺丹佛斯Editron永磁同步電機、四組總計311.2kW·h的動力電池和多臺變頻器構(gòu)成。

　　丹佛斯Editron永磁同步電機可根據(jù)航路上不同的運行區(qū)域?qū)崿F(xiàn)發(fā)電、電動兩種運行模式的切換。在非排放控制區(qū)域航行過程中，船舶由主機驅(qū)動，同時驅(qū)動電機產(chǎn)生電能向電池充電及供給日用負載;而在排放控制區(qū)域，電池作為全船能量源，電機驅(qū)動船舶行進實現(xiàn)零排放;在配備充電樁的碼頭長時間靠泊時，該配置亦可滿足岸電向電池組充電要求。該系統(tǒng)方案可實現(xiàn)靈活的船舶電驅(qū)動模式，在滿足香港地區(qū)排放要求的同時，也降低了燃油消耗，減少船舶設(shè)備維護成本，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。