作者：张文修许治东文承平

改革开放以来，我国经济发展很快，现在已实现了初步电气化，正处于大规模工业化和城市化过渡阶段，使我国成为世界第二耗能大国。而能源利用率低、浪费大，节能节电就是当前紧迫的课题，有资料显示，我国的单位国民生产值能耗比先进国家高６－１０倍! 生产单位产品的能耗比国外高5０－１００％! 尽管近年来国家比较重视，大家节能节电意识有所提高，很多企业做了不少工作，也取得了成绩，我国能源利用率在逐年提高，由２０年前的２８％提高到３４％，但整体状况并未根本改变。以深圳市为例，节能节电意识较强，设备较新，能源利用率较高，但仍有２０％以上的能源被浪费掉了，２００２年估计就有４０多亿度电、折合３０多亿元被浪费掉了! 十分可惜，也说明节能节电工作仍然潜力巨大

为什么会有这么大的浪费？是不够重视节能节电？这顶帽子戴在十多年前的国企头上还可以，现在情况不同了，种种原因已使各行各业注重节能节电，我国劳动力低廉，而能源成本却较高，一些企业所交电费已与支付的工资相当，如果不提高能源利用率，降低能耗，产品成本就降不下来，产品就缺乏竞争力！我们走访了许多企业，他们为节能节电采取了一些措施，取得了成效，赏到了甜头，但存在的问题依然很多，能源浪费依然严重。是什么原因？我们归纳为如下几个方面：

１、还未找到节能节电的方向和办法。哪里有浪费、有什么办法节能节电？许多人仍然不清楚或尚未下功夫去搞清楚，长期就这么过来了，已经习惯了，搞机械设备的人不清楚电气系统的性能特点，搞电气的人不清楚设备机械的性能特点，搞菅理的人对这些都不清楚，节能节电就成了盲区。

２、宣传推广应用力度不够。近年来，许多地方、企业已经在某些方面取得了节能节电的成功经验，但这些大家还不知道，没有推广应用。当然也有些经验在这里成功，换到别的地方，环境条件变了，就不一定成功，推广应用受到限制。

３、资金问题。为节能节电进行设备改造往往需要投入资金，这又是一个难点，哪怕算下来一年左右节约的电费可以收回这笔资金，有些单位还是无法一次拿出这些钱。有些节能产品由于制造成本提高，售价高，再加上如果技术不过关，容易发生故障或寿命不长，造成“节电不省钱”的状态，这也是节能节电的一个障碍。

当然解决这些问题，需要社会各方面的通力合作，形成一种协调机制，使节能节电工作能更顺利地推向前进，更快地改变我国的面貌。
以下就加压供水、空调、电梯、起重机及往复运动的机床、自动生产线等等方面存在哪些问题，如何节能节电，单从电气技术层面简要提出我们的一些看法，仅供参考。

一、供水加压系统的节能节电：
由于城市公用水网压力基本上只保证平地供水，因此凡有楼房的地方，都要有自己的供水加压系统，我们的用水，往往是经过了多次（级）的加压，致使支付的水费中主要是加压费用。供水加压系统种类繁多[4]，现以最普遍的生活用水加压系统的几种类型为例说明他们的耗电情况。

在同样满足供水要求的条件下，不同方式用电量差别很大。应该说，不论是对高层建筑，还是大的厂区、生活小区，设置高位水箱（塔）是比较节能节电的方式，加压泵将水箱加满了就自动仃泵，水箱水位低于一定水平又自动开泵，水泵处于断续工作状态，工作时处于高效工作段，也即能源（电）的利用率较高，水压平稳，恰到好处。然而这种水箱带来的二次污染问题十分严重，“水里有红虫”等事件常见于报上，因此广州等许多城市早已明令禁止这种水箱。没有了水箱的调节会带来一系列问题：①加压泵必须连续不断地工作；②为解决在用水高峰期最不利供水点（最高或最远处）的用水，水泵需提高额定扬程以克服菅网的水头损失，提高额定流量达到最大用水量，这样水泵及电机容量就加大了许多；③这种水泵用的都是离心式水泵，当用水量Ｑ＜Ｑmax(最大用水量)后，输出扬程就会高于所需值，而消耗电功率变化很小，因此用水量越少，系统效率就越低。其结果是取消水箱后用电量成倍增加。为此，许多地方都采用变频调速恒压供水方式，即水泵的转速是自动可调的，随着用水量的减少，转速降低，维持水压恒定。由于消耗功率与转速的立方关系，看起来可省很多电，因为调速仅仅是为补偿菅道的水头损失，需要调速的范围很小，所以在小流量时，仍然不能完全摆脱低效问题，与恒速泵相比，效率虽有提高，一般节电３０％左右，其耗电仍比高位水箱供水方式高得多。另外由于变频器的加入，使系统的成本提高了。在我们所看到的这类系统中，几乎全部都是采用ＰＩＤ（比例、积分、微分）反馈控制法以维持压力恒定。这种用了几十年的控制方法，其优点是控制精确，理论上是无差的，调节快速，但不可避免地会产生超调，对于生活供水系统而言，并不要求很高的精度，水压差±０.０１ＭＰａ已足够，调整的快速要求也不高，而水网水压的微小波动则是经常的，采用这种控制方法你可以看到变频器输出电压的频率、水泵及电机的转速都在不断调节中，增加了许多不必要的加减速，节电率自然打一个折扣，并提高设备（特别是联轴节）的损坏率。不用ＰＩＤ而用模糊控制可以解决这个问题

基于离心式水泵在这种工作状态中小于额定流量就会降低效率，因此如果能够随着用水量的变化自动改变水泵的额定流量将可获得最高效率，即节电率最高。当然采用很多泵来供水是不现实的。下面举一个例子：采用三台额定扬程相同、额定流量之比为１／７∶２／７∶４／７的泵并联，将整个流量分为７个区段，在每一个区段可以选到一组泵的组合，要实现这种控制是很容易的。这个方式将比上述两个方式省电得多，与高位水箱供水方式相比不相上下，而它的初投资也比变频方式少。但要将一个加压泵站的泵按这种思想重新选择、更换、安装，难度也很大，必须在泵站的设计中考虑。十分遗憾，在我们走访中，还没有看到一个这样的加压站。

下图为三种供水加压方式在满足同样的供水要求下，不同流量时的消耗功率曲线：（曲线图详见《企业之友》会刊第1期）

对于生产用水，情况比较复杂。凡由统一供水、各操作者独立控制流量的情况，可以与生活用水方式相同处理；凡由统一供水、统一调节流量的场合，例如一些化工厂、冶金厂大面积的喷淋降温，循环使用，要根据生产情况、气候情况改变喷淋量，而单泵功率可达数百瓩，我们发现一些地方仍然采用十分落后的方式进行调节——生产现场电话通知泵站，手动调节阀门改变流量，这种场合如果水泵采用变频调速并自动控制流量，节电潜力是巨大的，由于水落差不大，水泵转速的调节量较大，当转速降到额定转速的７０％时节电将达到６０％以上。

节能节电大有可为（之二）

二、空调、冷库、冰箱等的节能节电[8][9]：

这些设备尽管结构形式、作用、大小等有很多不同，但基本原理是相同的：将“里面”的热通过对流、扩散、传导交换送到“外面”去，并保持这“一小块”会产生热的地方的温度维持在一个比外面低的温度。要完成这个过程就要依靠压缩机、水泵、风机等这样一些用电设备的工作，如图二所示。我们电气传动工作者就是要让压缩机、水泵、风机在完成上述任务的前提下，使它们运行在最合适的状态──效率最高、用电量最少，从而节能节电。
图二、中央空调示意图（图片详见《企业之友》第三期）

在商业大厦里灯火辉煌的照明用电仅占总能耗的5％，电梯等设备的用电量占17％，而中央空调则耗去总能量的67％，节电最大潜力在中央空调[10]。由于空调、冷库、冰箱工作原理基本相同，以下只就耗电量最大的中央空调为例作一说明。空调的应用在我国发展十分迅速，在南方城市已经普及，用电量逐年增大，一到热天，一些城市由于大量应用空调而造成电力紧张的事时有发生。以下介绍空调系统的情况、工作特点、存在问题、节电途径。

中央空调的用电设备由以下几部分组成：

１、制冷主机：多数情况是压缩机将冷媒氟里昂等进行反复的压缩（放热）和蒸发（吸热）并将送入主机蒸发器的水或空气制冷到5～20℃，制冷主机耗电功率从家用中央空调的数瓩到写字楼、宾馆、大型商场的成百上千瓩，小型的一般为单台压缩机，中型以上的一般为多台压缩机并联（有的看上去像一台大机组，实际上是多台并联）。

２、冷冻水输送泵：将主机制冷后的冷冻水加压送到各楼层（或房间）的盘菅与室内空气热交换以后再送回主机制冷，循环工作，一般为全封闭菅道，泵耗电功率一般为数十瓩。老式的中央空调冷冻水输送系统还是开放式的，即地下有开放的高温水池和低温水池，从高温水池用泵送水至主机，制冷后送低温水池，再用泵将冷冻水送各楼层，这样输送泵的功率就要大许多。家用中央空调没有冷冻水，是用风机通过菅道将各房间空气过滤吸入主机，制冷后再通过菅道送至各房间。

３、冷却水输送泵：将冷却水送到主机凝缩器中，冷却系统将主机在制冷过程中产生的热用冷却水带出，送至冷却塔喷淋降温后再送入主机，冷却系统循环工作，为半封闭菅道，即除冷却塔是开放的（落差为数米）外，其它均为封闭菅道，泵耗电功率一般也为数十瓩。家用中央空调一般也没有冷却水系统，而是用风扇冷却在室外的凝缩器。

４、盘菅风机、冷却塔风机及外调风机：前者将各楼层（或房间）的室内空气吹送至盘菅与之进行热交换，再送入室内循环工作，冷却塔风机在冷却塔协助喷淋水冷却，外调风机将室外新鲜空气补充到室内来。这些风机数量较多，总耗电功率也有数十至上百瓩。
中央空调制冷量（功率）的选择都是根据最热的天气保证供冷的所有范围再加上发展的需要而定的，这样在平时就会富余许多，深圳最热时达35～36℃，而一般超过25℃就要开空调，环境温度差这么大，要维持室内温度基本恒定，空调机的负担差别是很大的。如果空调主机、泵、风机都不能根据这个情况进行自动调节，那么电的浪费是非常大的，它们的现况如何？怎样才能节电？

空调主机的节电：比较先进的中型以上规模的空调主机大多是由多台压缩机并联而成，它会根据实际情况（室内温度等）自动开、仃不同台数的压缩机，这是一种比较节能的方式。对于只有一台压缩机的主机多用开、仃控制的方式，即超过温度设定值时开，低于温度设定值时仃，这种方法除了温度有波动、各房间温度可能不均匀等缺点以外，压缩机的开、仃会带来额外的耗电，如果控制温度精度要求越高，开、仃就越频繁。近来新出一种双压缩机空调，其目的是减少开、仃次数和降低开、仃压缩机的功率，温度也较平稳，对节电是有利的。压缩机采用变频调速的方法，根据实际情况自动调节转速，使制冷量完全符合环境条件的需要，节电是肯定的，虽然由于变频器的加入要增加约5％的损耗，压缩机离开了额定转速效率也会有所降低，单从节电效果比较而言，还不如多台压缩机并联的台数控制方式，但它制冷连续，可以使温度波动很小，又由于变频器输出频率可超过额定值，压缩能超速运行，系统可实现快速制冷和快速调节等优点，所以变频调速压缩机方式发展非常迅速。

需要注意的是：用于调速的压缩机与恒速压缩机是不一样的，不能随便将一台恒速压缩机改做调速用，不管是往复活塞式压缩机还是旋转螺杆式压缩机在降速后润滑油膜厚度减少，会造成压缩机内部的异常磨损，特别是对于离心式供油、溅喷式供油方式，情况将更为严重，更应注意润滑，又因为压缩机为恒转矩负载，电机降速后发热量不会减少，而散热恶化了（电机电扇降速了），电机的温升会提高，最好另外加装一台恒速散热风扇，基于上述问题（润滑、温升等），压缩机降速最好不要低于30HZ（额定转速的60％），另外考虑到振动、噪音、机械强度、压缩机寿命，超速时也不要超过额定转速的125～150％。

泵、风机的节电：一般冷冻泵、冷却泵及各风机均没有自动调节功能，这些设备的选择也是根据最热天气时的用量再加适当的余量（考虑发展）而选定的，特别是水泵功率都偏大，有的还大得离谱，泵的扬程竞然与所供冷楼房高度相当了，我们发现在菅道上的阀门都是半关着的，就是在最热天也没有完全打开过，理由是“全打开压力太高”，即由空调机房用手动调节阀门来控制水的流量、压力，我们知道这种情况下泵效率很低，是很费电的。冷冻水菅道是全封闭的，水的输送无须克服重力，只需保证在蒸发器要求的一个最小流量以上，水泵就转起来，流量与转速成比例；冷却水流量也与冷却泵转速基本上成正比，因为冷却水菅道是半封闭的，即只有冷却塔是开放的，冷却水只需保证在一个冷凝器要求的最小流量以上（压力下限为克服冷却塔落差）。这些泵采用变频调速并用进出水温差或水温自动调节泵的转速可达到最佳节电效果，因为菅道中阀门完全打开，水泵转速调节范围大，因此这里的变频调速比生活供水中的变频调速节电要多得多。加变频器改造的投资，有的地方几个月的节电就可以收回。

各风机消耗电功率虽然不大，但由于数量很多，总耗能仍然不少。调节风量过去都是手动调节风挡，效率低，采用变频调速（一台变频器带多台风机）的方法可获节电的效果。

图三所示为中央空调各泵和风机不调速用阀门或风挡调节流量消耗功率、用变频调速调节流量时消耗功率、居民生活供水泵用变频调速时消耗功率的比较曲线。（曲线图详见《企业之友》会刊第二期）

中央空调节能的另一种形式是“热回收机组”[11]，原理是加大冷凝器的散热面积，冷却水双回路，将一路冷却水加热到55℃～60℃，送到需要用热水的地方去，这样可回收的热量为制冷压缩机发热量的30％，节能效果显著。

另外对于空调节能节电还有一个非常有效的途径，就是加强保温，与外面隔热，如果保温得好，到稳定温度后，需

要空调制冷量是很小的，这样包括主机在内节电超过50％是完全可能的，当然这涉及房屋建筑设计、墙体、门、窗玻璃的材料，甚至与大家的生活习惯有关，不在本文叙述之列。

节能节电大有可为（之三）

三、电梯、起重机、卷扬机的节能节电：

这类机械都是将人（或重物）提升或下降的一类机械，工作原理、运行状况大同小异，在此我们着重分析电梯的情况。

电梯现在越来越多，在对宾馆、写字楼等的用电情况调查统计中[九]，电梯用电量占总用电量的17%，仅次于空调用电量，而运高于照明、供水等的用电量。我们认为这是一个很不应该的现象。从理论上分析，如果电梯的电气传动系统做好了，电梯的用电量应该是非常小的，比照明、供水等用电量都要小，可见目前情况是电梯的节能节电潜力非常大。为什么呢？因为电梯将人送上去了，可人还是要乘电梯下来的，电梯将人加速了，快到时还是要减速的，因此从功和能的角度分析，始终是一个有出有进的状态。电梯将有（G=mg）送上一个高度（h），电梯作功变成了重力的势能A=mgh，而下降时这个势能将释放，电梯作功将人加速到某一速度就储存了动能1/2mv2，快到时，这个动能将要释放出来，这是电梯功能传递的主要形式，而升降电梯时钢丝绳与轴的磨擦，或者链条与齿轮的磨擦，电梯里的照明、通风、停止时的机械拖闸等消耗的电都是很小的。因此如果能将电梯对重物作功储存的势能、动能，在它们释放时能利用起来或送回电网，那么电梯用电就会是非常小，要实现这些能量的转换，现在已经有了许多成熟的技术，只是没有认真做这一工作。

现在电梯的电气传动系统大多采用变频调速系统，与过去老式的双速电机传动相比起制动加减速都平稳舒适得多，平层也准确。与直流发电机——电动机组系统相比可靠性高、容易维护、噪音小、体积重量小，因而新的电梯几乎都是用变频调速系统。看看这些变频调速系统都无例外的配备有“制动单元”和“制动电阻”，我们的变频器生产厂家（在深圳近二十家），有的还生产“电梯专用变频器”,无一例外都是这种结构形式，没有四象限运行功能。电梯在下降时势能释放，减速时功能释放，电动机都处于发电制动状态，发出来的电都通过制动单元送到制动电阻上转化为热，白白消耗掉了。这个制动电阻的平均功率相当大，往往占到电动机额定功率的一半左右，可见效率之低，费电也就可以理解了。应该说这样的变频调速系统与老式的双速电机，或直流发动机——电动机系统相比，从节能节电这个角度来衡量是一种倒退，尽管后者能量转换效率不高，但还是能转换一部分的。不带制动电阻，能实现四象限运行，能顺畅将势能、功能转化为电能送回电网的电梯变频调速系统也是有的，只是太少了，现在还只在进口的超高速（300米/分以上）电梯上采用，像地王大厦，1～40层中间不停的电梯，再用制动电阻将是不可想象的。

电梯电动机在下降时都处在发电制动状态，两种变频器的不同在一种只能将发电电能消耗在电阻上，而另一种能将电能送回电网。

室内电梯一般都配有平衡锤，与上述情况略有不同，其位势员载转矩不一定是单方向的，正、负、零都有可能。当轿厢加某个人数的重量与平衡锤相等时，位势员载转矩为零与纵轴重合，因此，不论是升或降都不会有势能的变化和储存，这个平衡锤的作用可降低拖动电机的额定容量，减少势能的变化，但却增加了动能的变化，这对于不能四象限运行的变频调速系统还是有一定的节能效果，对于能四象限运行的变频调速系统，从节能的角度看作用不大。
电梯要节电，核心是如何利用储存的势能与功能。将处于发电制动状态电机输出的电能利用起来。实现的办法很多，除了前述双速电机、直流发动机——电动机系统以外，现在技术已经成熟的晶闸可逆直流调速系统（无环流或可控有环流系统）。晶闸管电流型变频调速系统等，它们都可以顺畅地进行能量转换，实现四象限运行。就是目前广泛用在电梯上的电压型变频调速系统，去掉制动电阻实现四象限运行也并不困难，技术上是成熟的，将变频器中整流部分变成可控的，再反并联一个逆变器就可以实现，结构和成本只是增加约三分之一，节电可就多啦，估计几个月内就可收回成本。据我们所知一些变频器生产厂家，正在打算开发这个产品，本文的作用也是为向大家介绍这个系统在电梯节能节电中的利害关系，希望得到各方的响应。当然还要做些宣传，打消一些人的顾虑，这种系统节能节电大家都承认，也有人认为电机加馈电能时，电度表不会反转，因而没有实际意义。这个顾虑是多余的，因为你的楼房或小区并不只有这一台电梯，还有处于其它工作状态的电梯，还有大量其它用电设备：空调、供水、照明……，这台电梯反馈的电能可送到其它用电设备，总电表走慢，减少计量，少交电费也就是实在的了。

我们希望这种四象限运行电梯专用变频调速系统的研制单位一定要认真做好这一工作，尽管其工作原理并不复杂，技术也较为成熟，但用在电梯上还解决一些问题，不要遗漏，更不要出错，人命关天啊！

现在新的起重机、卷扬机也大多用上了变频调速系统，分析方法同上。老式的起重机、卷扬机大多采用绕线式异步电机转子串电阻的调速方法，转差能量都消耗在电阻发热上，效率很低。记得在80年代，一些单位将所串电阻去掉、将其改为串级调速，将转差能量再送回电网，效率大大提高，改成双馈式串级调速，还可以将势能、动能送回电网。技术成熟，想法也很好，但粗制滥造，发生了几起要严重事故，当时地矿部不得不发文禁止这种改造，这一技术的实现中途夭折，我们希望电梯用四象限运行变频器的研制单位要吸取这个历史的教训。

其实，要利用电梯储存的势能、动能，也不一定非要四象限运行的变频器，例如滤波电容加大一些也可以多储存一些电能从而减小制动电阻功率，现在有些带制动电阻变频调速的电梯同时还配备了一组电池，这组电池的作用仅仅是为突然停电时，电梯卡在中间，用这组电池作为动力使电梯平层，让人走出来。这里实际上还没有充分发挥电池的作用。如果增加适当的电路和电池容量，取消制动电阻，至少减少制动电阻是可能的，电机发电制动时给电池充电。电动状态时由电池提供部分电力同样可以起到节能节电的效果。这个方案，系统的复杂程度，成本等都是较低的。

总之，电梯的节能节电方法很多，让我们共同努力，一定可以实现。

节能节电大有可为（之四）

四、电扇、风机、泵类机械的节能节电

这类机械有两个很鲜明的特点，数量多、问题大，因而节电的潜力也非常大。

（一）数量很多，使用范围很广，容量很大：

有资料统计，在我国为这类机械配套的电动机容量占全国电动机总容量的一半左右，耗电量则占全国总用电量的三分之一左右，其应用领域已进入各行各业，单机功率从数瓦的仪表风扇一直到数兆瓦的高炉风机。一条炼油生产线（将原油炼成成品油和石油气）单机功率从数百瓦到上百千瓦的泵，风机就有上百台之多，一个家庭拥有这类机械（含其它设备中含有的）仔细数数，可能已达数十台，例如各种各样的电扇、空调、吸尘器、空气过滤器、电热水器（泵）、抽油烟机、消毒柜、微波炉、电冰箱、燃气热水器、洗衣机、洁身器、理发吹风机等，电脑、汽车里也有，我们的生活已离不开它。

（二）存在问题多，费电严重，节电潜力大：

我们在走访中发现，这类机械设备陈旧，选型不当，“大马拉小车”，效率很低情况相当多，有的还是土法自制的，设备不配套，振动噪音很大，不仅费电也很不安全，这些情况都应该纠正。以下我们只就正常设备目前常用的几种调节控制流量的方法来分析比较电能消耗的情况，说明节电的途径。

电扇、风机、泵在额定转速输出额定流量和压力时就要消耗额定功率，一般情况是输出量都要根据实际情况进行调节，需要降低了，就要相应减少输出量，这样就减少了消耗功率。目前常用有哪些方法来调节输出量？各自消耗功率是多少？

这类机械传送的是气体或液体，从流体力学知道：在通道状况不变的情况下，流量（或风量）与转速的一次方成正比；压力（折合到轴上就是转矩）与转速的平方或正比，因此也有人把这类负载称为“二次转矩负载”；那么功率（转速×转矩或流量×压力）就与转速的三次方成正比。因此我们如果用调节转速来调节流量，在输出不同流量时所需要的功率就如图五中曲线①所示，然而这类机械在实际应用中，绝大多数还是用阀门（或挡板）来控制流量，还只有很少数用上了调速控制流量的方法，所需功率如图五曲线②、③所示，可见比调速控制大许多。其中曲线②为出口阀门控制时所需功率与流量的关系曲线，所需功率是最多的，凡是各用户终端控制流量的都属于这一类，例如中央空调冷风系统由各冷风出口挡板控制流量的，居民供水系统由各家水龙头控制流量的，供水系统的节能节电我们已在本系列文章之一中作了详细讨论，在此不再重复，如果可以用阀门集中控制流量，最好用调节进口阀门开度来控制流量，所需功率曲线为③所示，此出口阀门控制所需功率较少，但仍然比调速控制所需功率多得多。在前述我们看到的那条炼油生产线，这类机械所配电机总容量约1千千瓦，都是恒速运行，用阀门调节流量。常年油田能提供给他的原油只够他们额定产量的三分之一，而这条线一开起来就必须连续工作，不能停歇，怎么办？只有将沿路所有阀门关小，让原油“细水长流”从图五中大致看出，它比调速控制要多消耗500kw电，一天就是12000度电浪费了，这种现象不仅在炼油厂、油田，在其它石化企业也都存在，我们的石油成本高也就不足为怪了。



图五风机、泵所需功率与流量，转速关系

①管道状况不变，所需功率与流量（转速）之理想关系；
②在调节出口阀门（挡板）时，所需功率与流量关系；
③在调节进口阀门（挡板）时，所需功率与流量关系；
④管道状况不变，调节转差调速所需功率与流量关系；
⑤管道状况不变，变频调速时，所需功率与流量关系。

采用调速方法控制流量，所需功率是在曲线①的基础上再加上调速系统损耗功率而成的，不同的调速方法有不同的损耗功率，可用于本类机械的调速系统大致可分为两类，一类是损耗功率较小的，如变频调速，无换向器电机调速系统（电动助力车也用这种系统）。串级调速系统，它们有的转差损失功率很小，有的能将转差功率送回电网，总效率都在90%以上，所需功率曲线为图五中曲线⑤所出，从图中可看出，在接近额定输出流量时，切除调速装置将电机直接并电网将更为省电。另外现场工作的同志常提出，有时希望超速运行，流量要超过额定，对此要作具体分析，从原理上说这类系统均可超过额定转速运行，关键是不要超过额定容量，如果所配电机与调速装置比机械本身额定容量要大一些（多数情况是这样），那么超速一点也是可以的，但必须谨慎行事，因为速度提高，所需功率是按速度的三次方比例提高的，要监视电机及调速装置的电流，不要超过额定值，超过了就只能短期运行，并注意不要超过各设备容许的极端上限值。这类调速系统性能好，效率高应该是本类机械控制流量的首选，但结构复杂，成本高，现场运行维护力量跟不上都是现在未能推广应用的原因，这些调速装置都电子设备，无非是由电脑和模块组成，不断降价也就是大势所趋，再加上高级技工不断增多运行维护也不成问题，推广应用这些调速系统，使这类机械实现节能节电指日可待。另一类调速系统如交流调压调速系统，串电感或电阻调速系统等，它们的损耗功率较大，效率较低，所需功率曲线如曲线④所示，尽管所需功率比阀门控制要低得多，肯定可以省电，但这种调速方式是同步转速n0不变，用调节转差率S=△n/n△的调速系统，转差损失功率△P=P○4-P○1主要是发生在电机转子里，电机能不能承受？下面作一简要分析[11]：

输出功率与输入功率的比是:


将上式对S求导，并令其为零可得当S≒0.33时，△P达最大，△P≒0.15Pe。即从额定转速，额定转差损耗功率△Pe向下调速时，转差损耗功率一直是增加的，到S=0.33(即n=0.67ne)时达最大值0.15Pe,以后才逐渐减少，实际上由于这类机械的效率等问题，上述转差损耗功率还会加大。我们知道，普通鼠笼电机额定转差Se和额定转差损耗功率△Pe%都是0.05左右，因此，这类机械采用这种调速方法，普通电机要让它承受近三倍的额定转差损失功率是非常困难的，即用普通电机拖动的这类机械几乎不能使用这种调速方法。但在用微电机拖动的这类机械，如前述大量的家电，由于这类微电机转子电阻具有频敏特性，机械特性软，通风散热性能特别好，因而可以用这种调速方法，实际上目前在家电中已广泛采用，有级调速的大多采用串电感调速，无级调速的一般为晶闸管相控调压调速，结构非常简单，成本也只有几元钱一只，但效率不高仍然是不可避免，好在单台功率都不大，要进一步提高效率还是要用变频等调速方式。

由上分析可知：电扇、风机、泵用不同的方式控制流量（风量），所需功率差别很大，采用调速的方法调节要省电，采用调节转差率的调速方法，由于转差损耗功率较大，电机能否承受要作慎重考虑。

关于“节能节电大有可为”

节能节电大有可为”系列文章在本刊及网上已出了四篇，对我国在节能节电方面存在的问题及解决办法，还只触及一小部分，已引起了一些读者的关注，我们十分高兴，参与的人多了，解决这些问题就有希望了！我们衷心感谢提出批评、建议、鼓励的所有朋友。我们作为电气自动化学科40多年的教学工作者，在改革开放以后才逐渐对节能节电产生兴趣，发现这方面的工作与我国同期工农业生产发展的形势相差太远，正像一位网友看了我们的文章后评论说：“我觉得有点奇怪，……到现在已有十年之久了，这样的项目应该早就有人实现了吧？”她击中要害！我们提出的那些观点、办法，大多数是几年前甚至是十几年前提出的，是我们经过广泛调查研究、理论分析，实验验证或在实际应用中得出的结论，在全国核心期刊、学报、国际和国内学术会议都发表过的。现在情况如何？只能说遗憾！除了我们自己在业余时间为一些单位的技术革新、系统设计等做过一些应用，并取得不错的效果以外，直到我们近年退休也未能推广。

在十多年前参[4]中就提出，供水系统在取消高位水箱以后，从节能节电的角度分析，变频调速供水并不是最好的，而流量之比为1:2:4的三台恒速泵并联供水更好，可至今在国内我们还未看到有人响应，而在日本市场上现在已经有了定型产品。

在参[5][6][7]中，我们提出了在恒压供水中，采用模糊控制比传统的PID控制好得多，在实际中我们作过许多应用，证明效果确实好，并通过了机械部鉴定，可至今市场上仍是清一色PID控制。

高位水箱供水是一种比较节能节电的方式，但容易带来二次污染，有的地方就下令禁止使用，不知他们是否考虑过这会给节能节电带来一系列的负面影响，二次污染就没有办法防止吗？

中央空调的冷冻水、冷却水加压系统与居民生活用水加压系统是有很大不同的，可是一些人不清楚，造成为中央空调选择的加压泵扬程过高，容量过大电能浪费，在这里采用变频调速供水是一种比较节能的方式，可至今许多地方仍是用阀门调节。

中央空调主机（压缩机）只要注意几个问题是可以进行调速改造实现节能的，可至今一些人认为那是禁区。
电梯、起重机采用变频调速是一大进步，但如果不能利用系统中的势能和动能，从节能节电的角度看是一大退步，现在正是这种状况。能利用势能、动能的电梯变频调速系统，国外早就有了，技术也并不复杂，国内却没有人做！
风机、泵用调速控制比用阀门挡板控制节能节电，这类机械速度降低时所需功率与速度的立方关系降低，因而有人认为两种调速方式（改变同步转速的调速成方式和调节转差的调速方式）可以随便用，都可节能节电，其实调节转差的调速方式在这类机械上应用仍然是要有条件的，我们推导出转差损失功率ΔP与转差率S的非线性定量关系，这个推导是独特的，其推导过程和结果如何，也希望大家讨论。

……以上归纳出我们在文中已经提到的问题，对这些现象，我们也觉得有点奇怪。若能引起重视，着力解决其经济、社会效益都是显著的。

近几年来，情况有了很大的变化，国家已正式颁布了“节约能源法”、“节约用电管理办法”等一系列法规文件。深圳市政府也采取了一系列强有力措施，最近拨专款3000万元资助节能节电，成立了节能节电专家委员会，真是大有希望，我们感到欢欣鼓舞。作为深圳市的一员、教育科技战线上的老兵，在宝贵的夕阳时间里，不愿“纸上谈兵”坚信它是大有可为的！愿意和大家一道把节能节电这一伟大的事业进行下去！

节能节电大有可为之六

关键词：照明、节电、压控式、多档自动稳压、微扰切换技术

在城市，照明用电约占总用电量的15%，特别在道路交通等市政照明、各种车间的工厂照明、各种商场酒店的商业照明、各种机关、医院、学校等公用事业的照明领域。照明设备功率大，运行时间长，目前大多数还没有采取节能措施，广泛存在耗电严重、灯泡容易损坏，寿命不长（这也是一种能耗）等现象。
为什么会这样？有没有办法改善这种状况？从以下分析和采取的措施可以看到：只要采取合适技术，照明系统不仅可以节电（10-40）%，还可大大降低灯泡的损坏率，延长使用寿命。
下图所示为照明光源的照度（红线）、耗电功率（蓝线）及寿命（黑线）与供电电压的关系：

在额定电压（100%U）时，照度、功耗、寿命均为额定100%，从三条曲线的变化趋势可见：
1、当电压从额定上升到110%时，照度会增加到110%，功耗会增加至超过120%，灯具寿命会减少近一半。
2、当电压为额定电压的90%时，照度会降到93%，功耗会减至近80%，灯具使用寿命比额定寿命增加一倍。
3、进一步降低电压，功耗比照度降低快，但灯具使用寿命会缩短。
可见：电源电压对照度、功耗、寿命均有不同程度的影响。
电网电压随着电网总负载的变化产生波动是很自然的，在偏离额定电压±10%的范围以内均属正常（有时还会超过这个范围），而这个波动对照明的功耗和寿命的影响却很严重。在自然波动的电网电压和照明光源之间加入适当的装置，调节光源的电压，既能保证照明的需要，又能节能节电，延长灯泡使用寿命就成为可能了。
下图为路灯在一个晚上由于在不同时段电压变化造成功耗的变化趋势。

其中：曲线1为自然状态下，路灯功耗的变化情况
曲线2为自然条件下，路灯电压在一个晚上的波动情况；
曲线3为用调压器将路灯电压调整后的电压变化情况；
曲线4为路灯电压调整后功耗的变化情况
由图可见：电网电压在一个晚上变化情况是前低后高（曲线2），将调压器加到路灯的电压（曲线3）是根据路灯在不同时段所需要的照度来调整的。如果电网电压偏高越多，与调压器输送给路灯电压差值越大，那么两者的耗电功率差值就越大（曲线1与4的差值）。节电多少可用曲线1与曲线4所包围的面积（图中红色阴影部分）来表示。从图中可看出，节电（10-40）%是可能的，主要节电体现在后半夜，这也是使灯泡寿命延长的原因。
这种调压器将功能完善以后就成了压控式照明节电器，它应该能尽量满足以下条件：
1、其输出电压应能在各时段任意自动调节，调节范围为180V~220V，以满足各时段不同照度的需要及不同光源的需要。（如汞灯190V，钠灯180V等）并且不受电网电压的约束；
2、单相、三相均可控，每相可独立调节，也可联调；
3、电压波形不产生畸变，纯正弦波运行，系统效率>98%；
4、电压调节全自动，并且有稳压功能，电压在切换时电源保持连续，不产生熄灯闪跳现象；
5、安全可靠，维修方便，在电压调节过程中不影响照明正常运行；
6、可实现远程集中控制，由上位计算机实现统一管理；
7、具有复位功能，断电后重新供电时，自动恢复到断电前的运行状态。
具备上述功能特点的压控式照明节电器系列产品已由深圳市相控科技研制成功并投产，压控式多档稳压技术取得专利，并获得广泛应用。