电机节能

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电机节能范文第1篇

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关键词：电机；驱动；高效；节能

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.9.001

白电的电机三特征

“节能，静音，智能”，这将是未来几年白色家电产品的主要特性，Spansion公司的发言人（原富士通半导体微控制器）称，“技术创新，加快开发周期”是目前白色家电厂商产品开发的主要需求。对于家用电器耗能最大的电机，如空调、冰箱的压缩机，洗衣机的电机和风扇的电机，经历了从交流电机到直流无刷电机、永磁同步电机和直驱电机的演变。节能、提高能耗比是电机发展的主要因素；而减少电机的震动噪音，提供舒适、智能的控制等需求提升则推动电机控制器及控制技术的创新。

作为电机控制器的核心，芯片也经历着从专用芯片（ASIC）到8位、16位及32位通用微控制器（MCU）/数字信号处理器（DSP）的演变。电机控制算法的提升，不同种类电机的灵活控制，如正弦波矢量控制、闭环控制和无传感器控制、高转速电机控制等需要运算处理能力强、频率高、处理和采样速度快速的微控制器。

2013年中国白电市场，经过前几年的激励政策和产品推陈出新，变频家电已得到市场认可，变频产品市场份额逐年提升。

电机节能范文第2篇

The rapid development of social economy and science and technology， in the promotion of socialist modernization construction at the same time， also provides the energy to put forward higher requirements， especially the energy saving control of various electrical equipment. In the construction of a resource-saving and environment-friendly society of today， the strengthening of theresearch on the problem of energy conservation technology and application of variable frequency motor， have very important practical significance.

关键词：电机；变频控制；节能技术；运用

中图分类号：TE08 文献标识码： A

引言：为贯彻落实国务院提出的“节能减排”的重要指示，财政部、国家发展改革委将组织开展高效电机推广，将电机系统的节能问题放在很重要的位置，变频电机控制节能也有了广阔的发展空间。目前我国电力能源利用效率较低、消耗高、浪费大，电力供应形势严峻，发展变频节能电机势在必行。

1、研究对象（变频器设备）简介

本文以单吸离心式风机为例进行研究，该风机的风量每秒可达83立方米，配套电机的额定电压为6千伏；额定电流为113安培；额定功率为1000千瓦，其转速可达1500转。该风机所采用的是立式筒带离心泵，其额定流量大约为每小时900吨，量程为280米左右，配套电机的电压是6千伏；电机的额定电流是170安培；电机的额定功率是1650千瓦，其额定转速每分钟可达1500转以上。变频器设备的主要组成部分有移相变压器、控制器、功率单元以及旁路系统等。

实践中我们可以看到，该系统运行时采用的多是一些工频电机，出力通常不随机组改变而发生任何的变化，该系统运行过程中的用电标准通常都会维持在一个相对较高的水准。近年来，随着社会经济的快速发展和城市化建设进程的不断加快，各种能源资源和环境资源都面临着严峻的考验和挑战，因此国家倡导要建设资源节约型和环境友好型社会。根据这一节能降耗之号召，为尽可能地减少石化能源的大量消耗，该风机和凝结水泵电机等机电设备也开始应用变频节能技术。目前来看，风机系统中的电机功率一般可达到1600千瓦以上，电机的功率最大亦可达到1000千瓦以上，从类型上看二者皆属于大功率电机类型，同时也会随着负荷的不断变化要进行大幅度的调整。由此可见，其该风机系统的节能空间相对较大。

2、电机变频控制的原理和特点

变频电机是变频器驱动电机的统称，它采用由变频感应电动机和变频器组成的控制系统，提高机械自动化程度和生产效率。以交流电机为例，其同步转速可用下式表示：

图1所示为电机控制原理。通过电机变频器输出的不同频率，可以对交流电机进行调速。变频调速的主要特点是通过变频器改变输出频率和输出电压，最终达到对转动负载的精确定量。除此之外，变频电机还具有以下一些特点：①具备软启动和停止功能；②采用电磁设计，增加了电机电感，从而减少定子和转子的阻值；③满足反复的启制动切换，能够平滑无极调速，保护功能完善，减少设备维修；④节约电能。

3、电机变频控制节能性分析

由上述交流电机调速公式（3）可知，只要改变电源输入频率就可以使电机平稳变速。而在大型变频设备中，在效率低的情况下通过改变电源输入频率和输入电压，根据负载要求达到改变输出功率的目的。对于风机类负载，可以借助流体力学进行耗能分析，风量是转速的一次函数，风压是转速的二次函数，轴功率是转速的三次函数，可以用以下三个公式表示。

仍以风机为例，随着输入流量的减少，电机做减速运动，功率也会按电机速度的三次方减少。假设输入流量下降比为80%，相应的转速也会降为原来的80%，此时轴功率下降51%.另外，当转速下降时，电机效率也会相应下降，这时由控制装置等带来的损耗比例也会增加。图2所示为风机变频控制节能效果。

当系统风流量从Q1下降到Q2时，如果调节通风量，则系统阻力变大，系统工作点从A变到B，轴功率P2与BH2，Q20组成的矩形面积成正比；如果使用电机变频技术，风机速度由n1变到n2，风压急剧下降到H3，功率P3（CH3与Q20所组成矩形面积）明显缩小，降低的功率可表示为ΔP=ΔH×Q2.它与BH2，CH3组成的矩形面积成正比。泵类负载曲线与此相同。通过大量统计得出，风机水泵类电机调速控制可以节约大约30%的电能。在传统的电机拖动中，当电机拖动的负载发生变化时，一般通过调节通电时间占空比来进行调速。这样的调节虽然很简单，但是电机会不断地启动、制动，而在启动和制动过程中电机的耗能很大。如果采用变频技术来对电机进行调速，电机转速不但能平滑过渡，而且节能效果也能在很大程度上得到提高。

4、电机变频控制的发展和运用

在传统的电机控制中，电机运行的驱动频率是一个定值，变频调速使通过调节电机频率节约能源成为可能。近年来，随着电子技术和控制技术的飞速发展，人们对节能的要求也在不断提高，这使得电机的变频技术在很大程度上得到了提升，并且其应用范围也越来越广。

4.1变频电机的发展状况

电机的变频调速目前大多使用恒V/F控制系统。该控制系统结构简单、成本低，适用于风机等较大型、且对调速系统动态性能要求不高的地方。变频电机开环调速系统能满足一般的平滑调速需求，但它的静、动态性能都很有限。如果需要提高静、动态特性，则需要反馈转速进行闭环调节。因此，人们又提出了控制闭环转差频率的电机调速方式。转差频率控制使用异步电机稳态等效电路和转矩公式来保持磁通恒定，这种方式只有在稳态情况下成立，多用来控制慢速电机。在对转速必须做出快速反应的动态系统中，电机会额外产生比较大的瞬态电流，使电机的转矩受到很大影响。因此，在动态过程中控制电动机的转矩是做好动态控制的关键。

4.2电机变频控制的应用

电机70%的耗能是在风机和泵类负载中，变频技术在这类电机控制中的优势更体现出了其重要性。例如，没有调速功能的空调，当温度低至阈值时风路就被关掉，但此时电机依然在运行，造成不必要的能量损耗。如果空调系统采用变频调速电机，当温度降低时就不必关掉风路，而是降低电机转速，这样就不会损耗电能。空调系统中加入变频器，可以使系统节能20%～30%.

另外，在实际应用中需要根据不同的需要选择大小合适、性能高的电机，减小电机的浮装容量，防止能量的浪费。同时，在实际应用中还要不断优化电机系统结构，尽可能降低额外能量的损失，并选择导磁性高的材料，比如冷轧硅钢片等。

结语：电机变频设备投入使用以后，不仅运行状况良好，调节平稳，而且其运行的电流也在不断的下降，可调范围更加的宽，因此节能效果非常的明显。利用变频装置进行调速，范围要相对大一些，而且电机转速也比较的稳定，动态响应性能较为灵活和高效，对于保证电力系统的稳定运行具有重要的作用。变频电机在空调风机和泵类电机拖动中表现出了其节能、安全易控、无级平滑调速、高精度控制等显著特点。随着我国对节能环保投入的不断增加，电机的变频控制将会得到更好的发展。

参考文献：

[1]姚梦琳.变频技术在电机控制中的应用研究[J].科协论坛（下半月），2011，02：74-75.

[2]郑伟文.大型中央空调系统节能控制的应用分析[J].建筑安全，2011，06：53-55.

[3]程茂丽.丁二烯装置电机变频节能技术分析[J].安全、健康和环境，2011，07：32-33.

[4]冯东升，张金辉，凌百舟.容积式压缩机变频节能改造及节能量分析[J].电机与控制应用，2011，10：16-19.

[5]步延启.济三煤矿空压机系统变频节能技术改造[J].机电信息，2011，33：110-111.

[6]李杨，李静，刘继元.螺杆式空压机变频节能技术的应用[J].应用能源技术，2012，02：26-30.

[7]张少鹏，安淑女.节能新技术在煤矿机械中的应用研究[J].煤矿机械，2012，08：217-219.

电机节能范文第3篇

关键词 感应电机；变频调速；节能控制

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0074-01

目前，我国电能的合理利用率较低，尤其是在电机使用上，驱动技术的落后致使我国电机能耗过高，对缓解我国能源紧张和控制污染十分不利，这一问题也引起了国内学界和工程界的关注，对感应电机节能进行研究有其重要的现实意义，开展感应电机节能控制技术的应用，也有其必要性。

1 感应电机节能控制技术的发展应用现状

1）感应电机调速控制技术的应用现状。

感应电机调速控制技术主要分为满足一般性能的标量控制与满足高动态性能的矢量控制和转矩控制。标量控制又包括转差频率控制和恒压频控制两种方案，后一种方案是目前最简单、实用的变频调速技术，这种标量控制方式不必依赖过多的电机参数，控制算法比较简单，对控制器硬件也没有过高的要求，但因动静态性能较差，只适用于一般性能的调速，而高动态性能的数控机床、电动机车等伺服系统则要依靠矢量控制技术，在矢量控制技术基础上发展起来的直接转矩控制，免除了矢量变换的复杂计算，更便于实现数字化。近年来，随着矢量控制技术的不断发展，又先后出现了无速度传感器控制、电机的智能控制等技术，这些技术在应用中逐渐融合在一起[1]。

2）感应电机节能控制运行的发展趋势。

在全球能源短缺问题凸显的大背景下，对感应电机节能进行研究有其重要的社会经济效益，感应电机在实际运行中经常处于轻载状态，鉴于当前比较成熟的控制方法普遍存在只注重算法简单和电机动态调速特性而忽视节能问题，感应电机的运行效率较低。伴随着变频装置应用范围的不断扩大，优化系统效率就显得越来越重要，这也成为了人们关注的重要课题。现阶段，对感应电机节能控制运行的进一步研究还存在很多问题有待解决，如提高轻载时变频调速系统的稳态效率，就会导致转矩动态响应降低；电机负载转矩很难进行在线测量，多数情况下还需凭借人工完成等，从现存问题能够看出，感应电机节能控制技术在今后发展中势必会成呈现三大趋势：搜索控制与最小损耗模型控制的接合，节能控制相关技术兼顾工程实际的发展，以及各种效率优化方法的综合应用[2]。

2 转速控制器的设计以及感应电机节能运行的控制

1）转速控制器的设计。

改进和优化转速控制器，能够更好地解决节能控制中遇到的实际问题，转速控制器的设计可以从以下三个方面入手。

一是对经典转速调节器进行改进，经典转速调节器的比例环节虽然具有调节的快速性，即便如此，其却有着存在静态转速偏差的缺陷，虽然能够通过积分环节有效将静态转速偏差这一问题解决，但是随之而来的控制滞后缺陷则又成为了新的难题，要想同时实现消除静态转速偏差与调节的快速性，就必须对其进行改进，改进措施为：当电机控制系统进行大范围调速时，人们可以采取比例环节调节的方法来是转速调节器的过渡过程加速，进而使转速偏差问题迎刃而解；当电机控制系统进行小范围调速或调速系统受到干扰时，可以采用比例积分调节，以有效解决转速偏差问题，与此同时，使调速精准度变得更高。

二是对滑模转速控制器进行改进，滑模转速控制器的鲁棒性较好，精度也比较高，但是滑模开关函数在高频切换时会引起“抖动”，这会影响到控制效果，而将滑模切换的开关函数设计为连续函数，就能够有效降低“抖动”。通常情况下，采用符号函数进行控制会出现机械高频抖动和电气噪声等情况，其原因是在控制时只考虑了滑模面的可达性，而在符号函数作用下，不断的切换就会在一定程度上偏离滑模面，设计成连续函数后，滑模面上的运动是渐进稳定的，运动就会不断趋近原点。

三是基于转差频率控制的抗干扰控制，对于工况中的内扰和外扰能够通过设计自抗扰控制器来实现在线补偿，对系统进行鲁棒性控制。自抗扰控制器由扩张状态观测器、跟踪微分器以及非线性状态误差反馈控制律三部分构成，通过将系统参数变化统一归结为系统的内扰和外扰，形成总扰动，再利用观测补偿办法来解决传统PID控制器超调性与快速性之间的矛盾，从而实现控制系统准确而又快速的调节[3]。

2）感应电机节能运行的控制。

在对感应电机节能控制技术分析的基础上，提出变频器供电条件下感应电机节能运行的控制技术和控制方法，感应电机节能运行的控制可以从以下两个方面入手。

一是基于稳态模型的标量节能控制，控制方案设计如下：感应电机节能运行时，转速会随着电源频率的近似线性而增大，这时根据转速调节电源频率就可以实现电机的高效节能运行，通过调节电源电压就能够满足动态过程中转速调节的要求。

二是基于损耗模型的矢量节能优化控制，与标量控制相比，矢量控制算法比较复杂，且对感应电机的软硬件控制要求也比较高，随着电机控制系统的软硬件性能以及参数辨识技术的不断提高，通过对铁耗时矢量节能控制系统的优化来实现电机节能运行的控制，满足高动态性能的调速场合，如数控机床、电动机车等。由于感应电机在动态制动过程中会受到变频器最大电压和电流的限制，可以通过转速调节器的限幅控制来实现，可以设计如下控制方案：将矢量控制与节能控制有机结合在一起，通过磁链优化控制来实现感应电机的节能控制，采用节能优化后的磁链进行矢量控制，其效率会有一定的提升，特别是对转速接近于额定转速以及低负载转矩的运行工况效率的提高，效果非常明显[4]。

3 结论

综上所述，变频器供电下感应电机节能控制技术的研究是以工程化和产品化为目标，在改进和优化转速控制器、加强系统节能运行的控制的基础上，还应提高节能控制算法的鲁棒性、快速性和实用性，积极推进效率优化控制的工程化和产品化。

参考文献

[1]崔学深.感应电机电源软投入相关理论及节能控制新技术研究[D].华北电力大学（北京），2009.

[2]王爱元.变频器供电的感应电机节能控制若干技术的研究[D].华东理工大学，2010.

[3]王爱元，李洁，任龙飞，等.变频器供电的异步电机节能控制运行的研究进展[J].电机与控制应用，2010，11（1）：

电机节能范文第4篇

1变频调速技术在应用中的节能分析

1.1变频调速技术的发展状况

在电力生产中，泵与风机类转动设备应用较多，其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%~25%。随着电力体制改革的不断深入，竞价上网的不断推广，节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量和电厂竞争力的重要手段之一。变频调速技术顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个节能降耗新时代。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。变频调速技术的应用一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。选用变频系统的同时可通过与dcs的智能接口，实现设备系统的自动控制。

1.2变频调速技术节能分析

通常在电力生产中最常用的控制手段则是调节阀门、风门、挡板开度的大小来调整泵与风机类转动设备。这样，不论生产的需求大小，风机都要按额定转速运转，而运行工况的变化则使得能量以阀门、风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门、液偶的控制方案。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量q，压力h以及轴功率p具有如下关系：q∝n，h∝n2，p∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。

1.3与滑差调速相比

滑差调速的控制方式比较典型可靠，但其存在着调速精度差、范围窄、线性不好、能耗高等缺点，而变频调速系统的特点正好克服了传统滑差调速系统的不足，具有效率高、无转差损耗、调速范围宽、特性硬、精度高、起制动方便灵活、能耗小的特点，既具有交流感应电机的长处，又具有直流电机的调速性能，有非常显著的可靠节能效果。与传统的滑差电机相比变频调速系统更有维护量小、启动电流小、系统功能较为完善、给操作人员提供了便利等优势。

2广泛应用高、低压变频技术

生活水泵、消防水泵、除盐水泵等采用380v电机的设备可应用低压变频技术进行变频调速。采用6kv电机的泵与风机可应用高压变频技术，可取得明显效果。

以大型440t/h级cfb锅炉发电机组为例：可设计安装多套高压变频装置(如一次风机6kv、1400kw，引风机6kv、1250kw，二次风机6kv、710kw，播煤增压风机6kv、250kw，凝结水泵6kv、280kw，给水泵6kv、3400kw，循环水泵6kv、800kw)。可设计安装多套低压变频装置(4-6套计量皮带给料机，5套罗茨风机，1套石灰石加料机，2套冷渣机，2套点火增压风机，生活水泵、消防水泵、除盐水泵等水泵，2套点火增压风机)。当采用以上措施在发电机组正式投产后，厂用电率可下降到9％以下，可与同类煤粉炉的厂用电率相当，这样就有效地克服了cpb锅炉厂用电率高的缺陷。

实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显。

3积极应用斩波内反馈调速电机技术

近几年内反馈交流调速电机技术和控制系统得到快速发展，产品有大、中容量6kv、10kv电压等级。斩波内反馈调速系统利用现代电子技术，控制电动机转子（绕线式）感应电流，从而控制转子输出转矩，达到调速目的。与变频调速相比，内反馈调速系统接于电机转子回路，工作电压低，运行稳定可靠，且在低速下仍能保持较高的功率因数，效率较高；与传统调速方法相比，内反馈调速系统在调速时不用改变电机接线即可实现平稳调速，不需额外增加开关，改善开关运行工况，对高压电机具有重要意义；内反馈调速系统利用逆变回路将转子剩余能量反馈回电源系统，不消耗电能，效率特高。斩波内反馈调速电机系统改变传统风机、泵类启动及流量调节模式，根据负荷情况降低流量的同时能够降低电机输出功率达到节能目的，并能实现电机的软启动。该系统能够实现无级调速，取代风门、挡板、阀门流量控制。通过传感器将有关物理量送入微机监控系统还可实现自动调速，并具有故障记忆知检功能，能够大大提高生产自动化管理水平。

通过对采用此种技术的电厂考察发现，斩波内反馈调速电机具有较好的节能效果，，采用斩波内反馈调速电机在调速工况下可节电40%以上，实际使用证明可明显减低诸多风机、水泵的厂用耗电量,年节电显著。早期设备元器件质量有待提高，曾因元器件烧坏导致系统停运，但调速系统停运不影响电机正常运行。近期设备此类事故明显减少，且该产品售后服务较好，事故发生后一天内一般都能到达现场无偿维修。总的看来内反馈交流调速电机技术和控制系统具有一定的先进性，有很大的采用价值和显著的经济效益。

4在系统设计方面降低厂用电耗

在设计初期应仔细考虑降低厂用电耗方面的工作，cfb锅炉发电机组的厂用电水平就可接近煤粉锅炉发电机组。在电厂设计初期设计单位应与锅炉厂、辅机制造厂以及兄弟设计院进行广泛交流，讨论诸如辅机容量选择、系统配置、阻力计算等若干方面的问题，为厂用电的降低打好良好的技术基础。

在风机选型方面进行优化。先由锅炉厂提出一个较准确的阻力计算值（不含任何裕量），最后进行整个烟风系统阻力计算后，统一按《大火规》考虑其裕量，可避免重复计算裕量后带来的风机、偶合器及电机等不在高效区运行的状况发生，可有效降低电耗。同时应注意《大火规》中循环流化床部分风机的流量及压头裕量规定的远比常规煤粉炉送、引风机规定的裕量大的多，应进行广泛调查合理选择，以便使风机在高效区运行。

采用新型可靠的出渣方式。将锅炉厂习惯配套的风水联合流化床冷渣器改为滚筒式冷渣器或钢带式冷渣器，渣系统电耗可从330-400kw降至100-200kw，厂用电降低（节能效果）显著。

根据来煤细度决定是否需要粗级破碎，最好设计一级筛分系统，既保证了锅炉的粒度要求，又有效地防止了过破碎，还在一定程度上降低了厂用电。

在电厂总体布置上采取措施降低能耗。⑴在炉侧就近布置渣库，在两炉之间布置石灰石粉库，缩短输送距离，降低电耗；⑵一、二次风机靠近空气预热器布置，降低了风道阻力从而降低电耗；⑶灰库布置在厂区内且距电除尘较近，大大降低气力除灰系统的电耗。

锅炉制造厂的锅炉本体设计对厂用电的影响较大。在设备招议标时应对比风量、风速等各种参数的差异并考虑对厂用电的影响。

5结论

循环流化床（cfb）锅炉发电机组厂用电率高达10-12％，明显地抵消了cfb锅炉的诸多优势。厂用电率高的问题已成为制约cfb锅炉大型化快速发展的瓶颈。如在设计上广泛采用变频、斩波内反馈调速电机等高低压调速节能技术，同时在锅炉本体设计、系统配置、辅机选型等方面采取有效措施后，可使cfb锅炉发电机组的厂用电率降到接近同类型煤粉炉发电机组的程度，与采用湿法烟气脱硫装置的同类型煤粉炉发电机组的厂用电水平相当。

参考文献

1.江蛟.cfb电厂厂用电分析及降低措施.热机技术.2004-4.

电机节能范文第5篇

在美国，各项节能政策是由美国能源部(DOE)、美国环保署(EPA)和加利福尼亚洲推出的――加州作为世界上第十二大电量消费者，在过去十多年内始终将自己定位为美国节能减排方面的先行者。加州能源委员会(CEC)推出了多项严格的立法，大力推广节能减排的先进技术。他们超前的节能政策常常成为整个美国节能政策的样板。

虽然这些政策和强制措施看起来往往妨碍了产品的设计与推出，但是它们对于推动相关的技术革新是必要的催化剂，而这些技术革新将有助于保持全球的健康与能源供应。政府部门始终致力于减少温室气体的排放，减少新增发电装置的需求，保持足够的电力供应。实现这些目标最有效、最及时的方法就是提高常用家用产品和工业产品的运行效率。

根据美国的能源政策和环保法令，以及欧盟的能源标识指令92/75/EEC，产品销售商和消费者很容易对比各种设备的电气效率，以及其他一些资源的使用情况，例如天然气和水。这种能源标识能够表明一种设备在正常使用方式下将会消耗多少能源。符合EPA能源之星标准的设备相比标准模式能够节省10％～66％的能源和／或水资源。DOE认为，符合能源之星要求的设备每年能够节能20％～30％。

图1给出了美国家庭每年电能消耗的分布情况。在全球产生的总能耗中大约有57％用于驱动电动机。在美国，电动机的能耗占总电能消耗的20％。

一般的美国家庭每年大约消耗1.1万度的电量，花掉1000美元。其中有很大一部分电能用于HVAC系统的旋转电机、井泵、洗衣机等设备――每年总共约耗电1000亿度。对于这一耗电水平，如果将电机效率仅仅提高5％，那么就会节省可观的电量。

多年来，交流感应电机(ACIM)一直是大部分家用、商用和工业应用的主要设备，每台的平均功率只有几个马力。它制造便宜，维护成本低，可靠性好，得到了全球性的普及，在所有已安装的电机中有90％是感应式电机。

随着新型电机技术的出现，工程师们有了更多的选择――虽然这种新型电机还并没有普及。这些新型电机包括无刷直流电机(BLDC)、开关磁阻式电机(SR)以及固定式ACIM电机。尽管其中很多电机结构已经推出了十几年，但是现在我们仍可以采用一些高级的控制技术发掘这些电机最大的潜能。 大多数ACIM在75％～90％的额定负载下能够发挥最高的效率。对于通常仅使用电机峰值负载的一小部分的应用而言，通过在电机负载范围内优化效率，每年在节能方面降低的成本大约相当于该电机/控制器购买价格的一半。据DOE估计，有44％的工业用电机的工作负载始终低于其额定负载的40％。目前的智能可变速驱动(vafiable-speed drives，VSD)技术能够根据应用的需求，只在需要的时候提供最大扭矩或速度。

在设计VSD时，我们必须慎重处理，以防止电机控制器产生不必要的能量损耗，引起较多的热量散失到电机散热器、外壳和附近的电路中，从而导致电机的使用成本增加、尺寸增大、寿命缩短。VSD的最大损耗来源于驱动电机绕组的开关以及恢复二极管，在开关关闭后，恢复二极管在短暂时间内将会产生相电流。

三相ACIM和BLDC驱动器需要6个IGBT或MOSFET驱动三个电机相位。而对于SR驱动器，根据所使用的相位数，最少只需2个IGBT和二极管。

大多数线电压控制器都是基于IGBT而不是MOSFET的，因为IGBT在较高的工作温度下具有更好的传导性能。在较低的电压下，MOSFET是首选器件。在开关开启的状态下，传导损耗主要是直流损耗。在开关开启和关闭的过程中都会产生开关损耗，其大小与开关频率成正比。

对于标称VGE约为15V的驱动器，设计者只能通过提供适当的栅电压来改善传导损耗。通过选择采用NPT或场截止技术(Field-Stop technology)以减少开关开启或关闭损耗的IGBT模块，降低开关频率，和/或选择合适的驱动器和电阻以优化IGBT的栅极驱动，我们可以减少开关损耗。

优化栅极驱动的难点在于需要同时满足两个优化目标――尽可能降低开关损耗，同时控制EMI。在集成式电机～控制器模块中，这一优化设计是固定的，是模块的一种永久性特征。半导体公司在技术研发过程中已经投入了大量的精力，确保电气设备和工业机械的制造商只需最小的研发成本就能够实现高效的电子控制解决方案，同时大大缩短产品的上市时间。飞兆半导体公司推出的智能电源模块(Smart PowerModule，SPM)就是这样一个高性价比的例子，它效率高，具有EMI优化的驱动器、二极管和过流保护功能。图2给出了一种高效驱动器的简化线路图。

可变频驱动器(VFD)是最简单最常见的三相ACIM。这类控制器每千瓦的成本只有几十美元，已经开始应用于原先电机驱动器成效比较低的一些应用领域。

采用面向磁场的控制(Field―oriented control，FOC)算法可以使VFD精确控制电机的定子磁场，使得定子磁场总是比转子磁场超前90。，从而实现高效的最佳磁位形。磁通矢量是这种算法的另外一种叫法。通过使用具有交流感应电机的VSD，泵类和通风设备的驱动器每年可节省多达50％的能耗。采用VSD之后，我们不必再使用机械式齿轮、皮带轮、传动带之类的硬件设备了。

BLDC控制器具有梯形调制和最新的正弦调制两种调制方法。无传感器算法通过测量导通相位之间未激励电机绕组上的反电动势来近似估计转子的位置，采用这种技术之后，我们就不需要原本为电子换向控制而解析转子方位的磁场霍尔传感器了。这类器件的普及将会降低无刷电机的成本。

开关磁阻电机具有极佳的起动扭矩和很高的可靠性，制造方法甚至比ACIM还要简单。但是，由于人们对这种电机技术普遍缺乏了解，导致了对它的误用，使用范围较小。