图1 KSB公司研发生产的节能电机SuPreme不仅获得了德国工业产品奖，而且也获得了Achema展会的流程工业创新产品奖和PROCESS杂志用户评选的2012年度创新奖

“节能”是2012年Achema展会期间最常见的话题。在展会结束之后，业内人士仍然在不停地讨论如何提高流程工业生产设备的能源利用率。而在流程设备领域中，合理利用驱动技术可以实现理想的电机节能效果。

在欧洲，流程泵、压缩机、离心机、鼓风机和线性轴的电机的能耗占工业企业总电力消耗的2/3，是各种设备中非常重要的节能要素。与此同时，电动机的采购价格在设备的整个使用寿命中扮演着不重要的角色，电机的采购成本只占总寿命周期费用的2.5%，总寿命周期费用中的96%是电力费用。对此，嘲讽意味十足的“买着便宜，用着贵”可以很好地表述这一现象。

电力消耗对于已经安装在流程生产设备中使用的电机有着重要的影响和作用。在化工生产企业中，通常情况下使用的是三相异步电机（标准电机）。除此之外也有永磁的同步电机，与异步电机相比较，这种永磁同步电机以其更高的功率和更高的效率而著称，它在部分负载工况下也能实现更高的效率。在同步电机的转子中使用的是高功率的（永磁）磁铁。可以替代永磁同步电机的是一种同步磁阻电机，例如KSB公司研发生产的Supreme系列同步磁阻电机，该产品三次获得了创新奖，是一种不使用电磁铁的电机。SEW公司的线性启动永磁电机则是一种组合式的电机（异步启动后同步驱动）。

低能耗 高能效

评判2级、4级和6级低压电机效率的一个关键要素是它们的效率等级。效率等级把电机的效率分为了3个等级：IE1、IE2和IE3（下一代将是IE4；同时，IE5也在准备之中）。按照电机技术规范（EG 640/2009），几乎所有功率在0.75~375kW的电机都要按照下列几个阶段逐步达标：

第一阶段：从2011年6月16日开始，所有电机都要达到IE2的能效等级。

第二阶段：从2015年1月1日开始，所有功率为7.5~375kW电机都要达到IE3的能效等级，或者在IE2标准的基础上配套使用变频器（FU）。

第三阶段：从2017年起，所有功率为0.75~375kW电机都要达到IE3的效率等级，或者在IE2标准的基础上配套使用变频器（FU）。

这一技术规范仅适用于欧洲市场，但澳大利亚、中国、巴西和加拿大也采用了类似的能源效率分类方法。美国从2010年起就开始执行NEMA技术规范（相当于IE3节能水平）。

有些电机生产厂商跳过了第一阶段，直接开发生产满足2015年要求的电机产品。例如：Grundfos公司Ingo Landwehr先生就这样说道：“目前，我们的标准产品满足IE3效率等级或者是IE2标准配变频器的电机。”在谈到这种电机时，他强调了这些产品的功能特色：“在功率达到22kW的Blueflux-MGE电机（满足IE3标准）中，其变频器与变速器是集成在一起的。换言之，电机安装调试的费用较低，无需很多连接导线，电机与所驱动的流程泵和变频器保持了一致，非常适合在动载荷情况下使用。”另外，这种电机还有其他的监控功能选项，例如轴承温度监控，与上一级流程设备主控系统之间的通信等。

欧盟的生态设计指令和电机技术规范的过渡期为9个月。在这9个月的时间里已经安装使用的电机应如何处理？尤其是那些刚刚安装使用不久的电机？针对这种情况可以采取不同的处理方法，Donfoss公司的Frank Jüngst先生说道：“我们一直认为化工领域中有很大的补装变频器的电机技术改造潜力。我们估计，现有生产中使用的电机中至少有20%需要补充使用变频器。”因为流程设备运营商还顾虑与电机技术改造有关的相关费用，例如控制系统的匹配、更换电缆等。Jüngst先生说：“很少有人知道，Danfoss公司生产的带正弦滤波器的变频器即使不使用屏蔽电缆也能满足电磁兼容性（EMV）的要求。”在新设备的生产制造中，使用变频器已经是非常普遍的事情了，据估计，已经有80%或者更多的电机都配备了变频器。

图2 “我们一直认为化工领域具有很大的、补装变频器的电机技术改造潜力。”

投资新的电机和新的变频器是否经济？是经济的。西门子公司的Sebastian Schwarz先生强调说道：“对于标准的流程泵驱动来讲，补装变频器的费用仅相当于简单节流调节阀的1/10。,从补装变频器前后的整个费用中来看，调节控制系统的费用在泵系统仅占总寿命周期所有费用中1%，在利用变频器驱动时，变频器系统控制调节的费用也只占2%~5%。”

这也就是说，在各种情况下补装时产生的费用都是可以收回来的。由于在动载荷工况下变频器调节解决方案具有明显的节能效果，因此，Schwarz先生认为投资变频解决方案是最值得的解决方案。

易燃易爆安全防护

欧盟的电机技术规范中也包括了在特殊工况下工作的电机，例如在易燃易爆危险场合中工作的电机。在流程工业中，许多易燃易爆危险场合中使用的电机驱动系统的易燃易爆安全防护系统需要支付很高的费用。因此，许多的电机生产厂商对此做出了相应的反应，推出了符合这一应用要求的产品。在Achema展会上，展商展示了许多符合IE2或者IE3能效等级的防爆电机。

另外，从IE1、IE2和IE3电机的功率-效率曲线就可以看出，不同功率范围内电机效率的差别很大。小功率电机的效率明显要高一些儿，大功率的电机提高的效率刚好能够补偿投资时增加的费用。这就意味着，流程设备运营商提供的较低功率范围内的产品会有更大的市场。

小结

IE3和IE4级的高效电机是非常重要的，它们能够在最短的时间内节约大量的能源和费用。对于大多数流程设备运营商来讲，把固定转速的电机更换为变频器驱动的电机是最佳的解决方案，正如VEM公司所说的那样：“以生产过程为主导，利用现代化IE2节能电机变频驱动调节技术能够比单独使用IE3或者IE4电机带来更多的效益。”因为流程设备可以在最佳工作曲线范围内运行，流程设备操作者所得到的不仅是节能的好处，而且还有更高的生产过程稳定性和更低的流程设备维护保养费用。