我国电机发展的历史与现状
2014-3-3 21:37:11点击：
作者：湘潭电机厂
一、 我国电机的发展史
1、我国大功率电机的发展
中国电机的生产和应用起步很晚，但发展很快。
中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。当时应用最多的是线切割机，都是快走丝的。线切割机的X-Y平台丝杆就用步进电动机驱动。当时的图纸是全国公开，给个晒蓝图的费用就行了。
随着改革开放政策方针的实施，80年代我国电机发展很迅速。
步进电机的细分控制，在改革开放初期，国内就已经基本掌握，这与交流电动机的矢量控制相比，难度要低得多。在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电机。
我国直线电机的研究和应用发展是从20世纪70年代初开始的。1972年，浙江大学在国内首先翻译了一本《直线感应电动机》译文集，后由科学出版社出版发行，尔后，上海大学、上海电机厂、中科院电工所等又编译了一些直线电机的书籍并出版，近两年来，浙江大学又连续出版了3本直线电机著作，国内开展直线电机应用研究的单位主要有：中科院电工所、西安交通大学、浙江大学、上海大学、太原工业大学、焦作矿业学院等。主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机、摩擦压力机、磁分选机、玻璃搅拌、拉伸机、送料机、粒子加速器、邮政分拣机、矿山运输系统、计算机磁盘定位系统、自动绘图仪、直线电机驱动遥控（电动）窗帘机、直线电机驱动门、炒茶机等，我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但也国外相比，其推广应用方面尚存在很大差距，目前，国内不少研究单应已越来越注意到这点。
90年代至今，我国的大功率电机已在重工业上应用很广，技术相对成熟。
2、小功率电机的发展
我国小功率电机产业经过40多年的发展，特别是改革开放20多年以来的快速发展，取得了长足进步。
小功率电机产业在我国的发展分两个阶段。第一阶段，顺应我国家电业发展的需要，应用于风扇、空调器、冰箱、洗衣机、排油烟机、小家电、保健器具等产品的小功率电机，国内企业通过技术引进、设备引进吸收，已缩小了同发达国家的差距，部分产品的技术水平已达到国际先进水平，企业具有了很强的自主研发能力、自主知识产权，也形成了一些具有广泛市场知名度的产品品牌。电机产品在自身大量出口欧美等国际市场的同时也随着风扇、空调器等家电主机产品畅销国际市场，成为我国机电出口业务的主要部分。第二阶段，随着汽车工业的快速发展，车用小功率电机的需求也迅速增长，带动了以永磁直流和无刷直流电机为主体的车用功能型小功率电机的兴起。
二、 我电机发展现状
目前，我国大大小小的电机厂上千家，尽管企业数量庞大，但相当一批是小型企业。专家指出，由于生产厂家多、产量大，形成了互相抢占市场压价竞争局面。产品质量参差不齐、相互压价竞争、行业利润微薄等现象，已成为影响电机企业生存和发展的主要原因。
电机本身是劳动密集型产品，达不到一定产量规模很难产生效益，所以行业利润十分微薄。据了解，即使在一些效益比较好的企业，去年的纯利润也达不到5%。同时，由于大部分小企业生产工艺不过关，电机行业还存在大量产品质量不合格的现象。据调查，我国电机企业的废品、次品、返修品等不良损失平均在10%左右，而国外工业发达国家的电机企业不合格水平一般为0.3%。
近几年来，我国的电机行业也涌现了一批产量规模大，产品水平、质量好，技术装备先进的企业。但是，还没有哪一家的产品份额能在国内市场上占到统治地位。中小电机至今还没有形成具有国际影响力的品牌。电机行业亟需重新整合、优胜劣汰，这已成为电机行业的发展趋势。专家指出，电机行业虽然是一个老传统工业，然而各行各业配套电机不可缺少。而且，一些较大的电机企业占地面积大，所处地段好，收购兼并后，将会给收购者带来非常丰厚的效益和财源。电机行业掀起了一股购并热潮。博山水泵厂收购博山电机厂，美的集团控股清江电机厂，浙江卧龙公司控股湖北电机厂，浙江金龙公司兼并湖南常德电机厂……一批新鲜血液注入了古老的电机行业。业内人士认为，这些被收购兼并的企业原来大多是国有企业，产品生产有一定的装备基础和技术力量。被收购兼并后，注入了流动资金，经营体制也由国企一套改变为民营机制，这样一来，产量规模扩大了，机制灵活了，企业效益也上去此外，许多境外企业也纷纷到中国投建独资和合资企业。美国乔丹集团收购广东顺德电机厂、日本东芝公司新建大连东芝电机厂、香港德丰公司控股上海日用电机厂、台湾东元公司在昆山和无锡分别新建电机厂，并将控股江西四通电机厂，台湾大同公司在上海松江新建电机厂等。显然，这些境外公司在收购和新建工厂的同时，也带来了资金、先进的技术和管理经验；同时，由于企业的产品绝大部分都是出口外销，使我国电机出口量大增。无疑，国内企业的兼并重组和外资企业的进入，促进了电机行业结构的进一步优化，同时也促进了行业的发展和技术进步。联合开发新品事半功倍一直以来，我国中小型电机产品存在着产品结构不合理，技术含量不高的问题。虽然，我国电机出口额和进口额基本相当，然而出口与进口的产品数量相差很大，国家每年要花去大量外汇进口许多国内急需的派生、专用系列电机产品。
专家指出，在结构和品种方面，由于节约能源的需要和满足新型产业产品配套的需求，特殊专用派生系列产品将会有更大的发展。如高效永磁同步电动机，与可再生能源和风能、太阳能、潮汐能、燃气等新能源发电配套的发电机都将得到快速发展。另外，中型高低压电动机、高压大功率潜水电泵需要量也急速增长。
三、 我国电机未来发展趋势
由于能源和环境问题的日显重要，对于工业领域中的主要动力设备—中小型异步电机，国外出现了更高效率的所谓“超高效率电机”。在我国也有必要考虑超高效率电机的发展和应用。
1、超高效率电机的节能潜力和经济效益
根据国内外调查，工业领域电机年平均运行时间约在3000h左右，但在石油、化工、造纸、冶金、电力等行业，电机年运行时间往往超过6000h。对于这些运行时间长的场合，如采用超高效率电机将会对能源节约带来更显著的效果。我国2003年的发电量为l8500亿kwh。由于发电量的50％通过电机传递，而三相异步电机占90％，其中一般用途的Y系列电机又占70％，因此Y系列电机将传递31．5％的总电能，即5800亿kwh。若这些电机全部换成高效率电机，也即效率提高2．75个百分点、损耗平均下降20％左右，则每年可节约电能160亿kwh[3]。如果考虑其中的30％的电机运行在6000h以上的场合，将这部分电机改用超高效率电机，也即效率再提高I．5～2个百分点，损耗平均下降15％左右，则可再节约电能46亿kwh，相应可再节约170万t标煤，约合240万t原煤．并可再节约一座100万kw电站的投资建设。
2、应用超高效电机对于使用者在经济上也是颇为有利的。
买一台超高效电机，虽然买的时候要贵一点，但是电机生命周期是几年、甚至几十年。一旦长期用下来对于使用者在经济上也是颇为有利的。
3、 降低损耗、提高效率途径
超高效率电机的制造除了增加硅钢片和铜线的用量以及缩小风扇尺寸等措施外，还必须在新的材料的应用、电机制造工艺及优化设计等方面采取措施，以降低制造费用急剧增加的压力以及满足电机结构空间尺寸的限制。
英国Brook Hansen公司与钢厂合作，研制成功一种新的牌号为Polycor 420的电工钢片。一般电工钢片经加工成铁心压装入机座后，铁耗大幅度增加，而由该钢片制成的电机，铁耗在加工前后变化不大。图4给出了该公司在一台22kw电机上用不同磁性材料所做的对比试验。
日本东芝公司为美国高效率电机和超高效率电机的主要供货商之一。该公司声称由于制造工艺的改进和采用新材料，使高效率电机的成本下降了30％。所采取的措施包括：应用特殊的下线工具，提高定子槽满率，增加铜线的截面积，提高制造精度，缩短气隙长度，从而减小励磁电流及其所引起的铜耗；采用转子槽绝缘工艺，从而降低杂散损耗；采用激光铁心叠压工具，从而使铁耗下降。
这对提高电机的效率也颇为有利。
4、小结
在我国能源供应日益紧迫的情况下，对于一些长期连续运行、负荷率较高的场合，采用更高效率的电机在节约能源上是颇为有效的，同时在经济上也是合理的。
为了促进电机节能事业的发展，建议对现行的电机能效标准进行修订：将电机能效标准分成3个等级，最低等级为目前的高效率电机水平，高等级指标即为目前的超高效率电机水平，以使能较大幅度地减少我国电机系统的能源消耗。另外，为了促进《超高效率电机》的发展，不仅要增加有效材料(硅钢片和铜线)的用量，而且要在电机制造工艺、新材料应用及优化设计等方面采取措施，从而降低制造成本．以利于推广应用。
1、我国大功率电机的发展
中国电机的生产和应用起步很晚，但发展很快。
中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。当时应用最多的是线切割机，都是快走丝的。线切割机的X-Y平台丝杆就用步进电动机驱动。当时的图纸是全国公开，给个晒蓝图的费用就行了。
随着改革开放政策方针的实施，80年代我国电机发展很迅速。
步进电机的细分控制，在改革开放初期，国内就已经基本掌握，这与交流电动机的矢量控制相比，难度要低得多。在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电机。
我国直线电机的研究和应用发展是从20世纪70年代初开始的。1972年，浙江大学在国内首先翻译了一本《直线感应电动机》译文集，后由科学出版社出版发行，尔后，上海大学、上海电机厂、中科院电工所等又编译了一些直线电机的书籍并出版，近两年来，浙江大学又连续出版了3本直线电机著作，国内开展直线电机应用研究的单位主要有：中科院电工所、西安交通大学、浙江大学、上海大学、太原工业大学、焦作矿业学院等。主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机、摩擦压力机、磁分选机、玻璃搅拌、拉伸机、送料机、粒子加速器、邮政分拣机、矿山运输系统、计算机磁盘定位系统、自动绘图仪、直线电机驱动遥控（电动）窗帘机、直线电机驱动门、炒茶机等，我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但也国外相比，其推广应用方面尚存在很大差距，目前，国内不少研究单应已越来越注意到这点。
90年代至今，我国的大功率电机已在重工业上应用很广，技术相对成熟。
2、小功率电机的发展
我国小功率电机产业经过40多年的发展，特别是改革开放20多年以来的快速发展，取得了长足进步。
小功率电机产业在我国的发展分两个阶段。第一阶段，顺应我国家电业发展的需要，应用于风扇、空调器、冰箱、洗衣机、排油烟机、小家电、保健器具等产品的小功率电机，国内企业通过技术引进、设备引进吸收，已缩小了同发达国家的差距，部分产品的技术水平已达到国际先进水平，企业具有了很强的自主研发能力、自主知识产权，也形成了一些具有广泛市场知名度的产品品牌。电机产品在自身大量出口欧美等国际市场的同时也随着风扇、空调器等家电主机产品畅销国际市场，成为我国机电出口业务的主要部分。第二阶段，随着汽车工业的快速发展，车用小功率电机的需求也迅速增长，带动了以永磁直流和无刷直流电机为主体的车用功能型小功率电机的兴起。
二、 我电机发展现状
目前，我国大大小小的电机厂上千家，尽管企业数量庞大，但相当一批是小型企业。专家指出，由于生产厂家多、产量大，形成了互相抢占市场压价竞争局面。产品质量参差不齐、相互压价竞争、行业利润微薄等现象，已成为影响电机企业生存和发展的主要原因。
电机本身是劳动密集型产品，达不到一定产量规模很难产生效益，所以行业利润十分微薄。据了解，即使在一些效益比较好的企业，去年的纯利润也达不到5%。同时，由于大部分小企业生产工艺不过关，电机行业还存在大量产品质量不合格的现象。据调查，我国电机企业的废品、次品、返修品等不良损失平均在10%左右，而国外工业发达国家的电机企业不合格水平一般为0.3%。
近几年来，我国的电机行业也涌现了一批产量规模大，产品水平、质量好，技术装备先进的企业。但是，还没有哪一家的产品份额能在国内市场上占到统治地位。中小电机至今还没有形成具有国际影响力的品牌。电机行业亟需重新整合、优胜劣汰，这已成为电机行业的发展趋势。专家指出，电机行业虽然是一个老传统工业，然而各行各业配套电机不可缺少。而且，一些较大的电机企业占地面积大，所处地段好，收购兼并后，将会给收购者带来非常丰厚的效益和财源。电机行业掀起了一股购并热潮。博山水泵厂收购博山电机厂，美的集团控股清江电机厂，浙江卧龙公司控股湖北电机厂，浙江金龙公司兼并湖南常德电机厂……一批新鲜血液注入了古老的电机行业。业内人士认为，这些被收购兼并的企业原来大多是国有企业，产品生产有一定的装备基础和技术力量。被收购兼并后，注入了流动资金，经营体制也由国企一套改变为民营机制，这样一来，产量规模扩大了，机制灵活了，企业效益也上去此外，许多境外企业也纷纷到中国投建独资和合资企业。美国乔丹集团收购广东顺德电机厂、日本东芝公司新建大连东芝电机厂、香港德丰公司控股上海日用电机厂、台湾东元公司在昆山和无锡分别新建电机厂，并将控股江西四通电机厂，台湾大同公司在上海松江新建电机厂等。显然，这些境外公司在收购和新建工厂的同时，也带来了资金、先进的技术和管理经验；同时，由于企业的产品绝大部分都是出口外销，使我国电机出口量大增。无疑，国内企业的兼并重组和外资企业的进入，促进了电机行业结构的进一步优化，同时也促进了行业的发展和技术进步。联合开发新品事半功倍一直以来，我国中小型电机产品存在着产品结构不合理，技术含量不高的问题。虽然，我国电机出口额和进口额基本相当，然而出口与进口的产品数量相差很大，国家每年要花去大量外汇进口许多国内急需的派生、专用系列电机产品。
专家指出，在结构和品种方面，由于节约能源的需要和满足新型产业产品配套的需求，特殊专用派生系列产品将会有更大的发展。如高效永磁同步电动机，与可再生能源和风能、太阳能、潮汐能、燃气等新能源发电配套的发电机都将得到快速发展。另外，中型高低压电动机、高压大功率潜水电泵需要量也急速增长。
三、 我国电机未来发展趋势
由于能源和环境问题的日显重要，对于工业领域中的主要动力设备—中小型异步电机，国外出现了更高效率的所谓“超高效率电机”。在我国也有必要考虑超高效率电机的发展和应用。
1、超高效率电机的节能潜力和经济效益
根据国内外调查，工业领域电机年平均运行时间约在3000h左右，但在石油、化工、造纸、冶金、电力等行业，电机年运行时间往往超过6000h。对于这些运行时间长的场合，如采用超高效率电机将会对能源节约带来更显著的效果。我国2003年的发电量为l8500亿kwh。由于发电量的50％通过电机传递，而三相异步电机占90％，其中一般用途的Y系列电机又占70％，因此Y系列电机将传递31．5％的总电能，即5800亿kwh。若这些电机全部换成高效率电机，也即效率提高2．75个百分点、损耗平均下降20％左右，则每年可节约电能160亿kwh[3]。如果考虑其中的30％的电机运行在6000h以上的场合，将这部分电机改用超高效率电机，也即效率再提高I．5～2个百分点，损耗平均下降15％左右，则可再节约电能46亿kwh，相应可再节约170万t标煤，约合240万t原煤．并可再节约一座100万kw电站的投资建设。
2、应用超高效电机对于使用者在经济上也是颇为有利的。
买一台超高效电机，虽然买的时候要贵一点，但是电机生命周期是几年、甚至几十年。一旦长期用下来对于使用者在经济上也是颇为有利的。
3、 降低损耗、提高效率途径
超高效率电机的制造除了增加硅钢片和铜线的用量以及缩小风扇尺寸等措施外，还必须在新的材料的应用、电机制造工艺及优化设计等方面采取措施，以降低制造费用急剧增加的压力以及满足电机结构空间尺寸的限制。
英国Brook Hansen公司与钢厂合作，研制成功一种新的牌号为Polycor 420的电工钢片。一般电工钢片经加工成铁心压装入机座后，铁耗大幅度增加，而由该钢片制成的电机，铁耗在加工前后变化不大。图4给出了该公司在一台22kw电机上用不同磁性材料所做的对比试验。
日本东芝公司为美国高效率电机和超高效率电机的主要供货商之一。该公司声称由于制造工艺的改进和采用新材料，使高效率电机的成本下降了30％。所采取的措施包括：应用特殊的下线工具，提高定子槽满率，增加铜线的截面积，提高制造精度，缩短气隙长度，从而减小励磁电流及其所引起的铜耗；采用转子槽绝缘工艺，从而降低杂散损耗；采用激光铁心叠压工具，从而使铁耗下降。
这对提高电机的效率也颇为有利。
4、小结
在我国能源供应日益紧迫的情况下，对于一些长期连续运行、负荷率较高的场合，采用更高效率的电机在节约能源上是颇为有效的，同时在经济上也是合理的。
为了促进电机节能事业的发展，建议对现行的电机能效标准进行修订：将电机能效标准分成3个等级，最低等级为目前的高效率电机水平，高等级指标即为目前的超高效率电机水平，以使能较大幅度地减少我国电机系统的能源消耗。另外，为了促进《超高效率电机》的发展，不仅要增加有效材料(硅钢片和铜线)的用量，而且要在电机制造工艺、新材料应用及优化设计等方面采取措施，从而降低制造成本．以利于推广应用。