电机系统节能技术培训-秦宏波
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电机系统用于各行各业，涉及各种复杂多样的工况，不同的负载特 性，千差万别的工艺过程。
电机系统节能是在首先满足负载要求功能的前提下，设计、制造和选 用合适的系统部件，并将它们合理组合匹配，以使系统综合节能效果 和系统性价比达到最佳或较佳的综合工程技术。
常见的电机系统应用
电机系统能耗现状
美国：根据美国能源部的统计数据，电机系统用电量占全美用电量的 50%，占其工业用电量的70%。 欧盟：根据欧盟的统计数据，电机系统占欧盟总用电量的42%，占其工 业用电量的69％。 中国：根据国家发改委2003年的调查结果，电机系统耗电约占我国用电 量的60％以上。
20
40
60
66
80
100
79 83
79 80 81 76
90
节能技术和装备水平对比
电机传动调速及系统控制技术与国外相比差距较大，电力电子变频调 速技术与国际先进水平相差5～10年。 国外变频调速技术和产品主导我国电机系统市场，采用IGBT / IGCT 电力电子器件的高压变频器及技术主要靠国外进口，价格较贵，而且 安全可靠性方面还有待进一步提高，企业不愿承担经济和技术风险， 因此采用变频调速的电机系统仍为少数，不到总量的10％。 根据美国和欧盟电机挑战计划和作者近年来在进行的大量电机系统节 能测试评估和节能改造项目经验，空气压缩机系统的节能潜力多在1050%，泵系统的节能潜力约为20-40%，风机系统的节能潜力约为 20~60%。由于这三个系统就占了全国耗电量的40.7%。
中国政府电机系统节能推进项目
终端用能效率项目：2005年，国家发改委、联合国开发计划 署和全球环境基金联合发起的“终端用能效率项目 (EUEEP)”正式启动，项目规划为期12年，分４期执行，首 期获得全球环境基金技术援助款1700万美元。 C01子项目：开发电机系统节能培训教材 A06子项目：制定和示范实施现有和新增电机系统优化设计准则 A07子项目：电机系统节能服务机构的能力建设 A15子项目：企业电机系统节能的培训和教育
电机 启动器
供电 线路
电机 速度 控制 装置
电动 机
能量流向
联轴器
拖动设备 (泵、风机 等)
节能分析 方向
流体 系统
终端 负载
评估系统的选择
根据设备规格和运行时间进行筛选
系统名称 冷却水系统 冷媒水系统
工艺冷却水系统
设备ID号 CW101 S227
CW31
锅炉给水系统
FW16
污水处理系统
P11
额定功率 （kW）
采用变频调速系统本身增加的损耗量。因为变频器自身的损耗有3%6%，在变频器供电情况下感应电机将增加损耗1%-2%，系统总损耗 将增加4%-8%。系统节电量少于，等于或稍大于增加的损耗量都是 不可取的。（来源：上海电科所）
泵系统节能技术
优化管路系统 高效水泵置换低效水泵 置换与系统不匹配的水泵 叶轮切削 根据系统特性重新设计叶轮 大小泵运行 根据系统负荷特性设计控制系统
节能技术：
提高系统中单台设备的运行效率 系统改造
节能误区：
误区1：要节能一定要有新产品？ 误区2：应用高效电机就一定节能？ 误区3：安装变频器就一定能节能？
应用高效电机就一定节能？
To rq ue [Nm ]
80
IE2-motor
70
60
50
IE3-motor
40
30
..
20
10
Load
0
0
300
风机 10.40% 泵 20.90%
压缩机 9.40% 空调制冷机 6%
国际铜业协会进行的“全国电机现状市场调研”结果显示：2007年我国各类电 动机装机总容量约为7.28亿千瓦，耗电量约为19566亿千瓦时。
欧盟预测，对不同功率的电机效率提高1-6%，可节能3%，每年可节约电 能276亿千瓦时，相当于5座100万千瓦电站的供电能力。
世界不同地区电动机最低能效要求比较
100
95
90
Efficiency [%]
效 率
85
NEMA Premium at 50Hz
AUS High
EPAct at 50 Hz
80
AUS MEPS
Eff1
Eff2
75
0,1
1
10
100
power [kW] 1000
功率
中外电机系统运行效率对比
系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期 低负荷运行。
http://www.motor-challenge.eu/
中国政府电机系统节能推进项目
中国电机系统节能项目：2001年，国家经贸委与联合国工业 发展组织合作实施了“中国电机系统节能项目”，选择上海 市和江苏省作为试点单位，目的是根据“美国电机系统挑战 计划”的成功经验，利用先进的节能技术来提高中国电机驱 动系统，主要是水泵、风机、压缩空气系统的能源效率。
10 50 450
100
75
每年运行时间 （hrs） 8760 8760 6000
8000
4000
1000's kW-hrs 88 438 2700
800
300
根据负载类型进行筛选
节能诊断－医生把脉
评估方式
9 走访评估（Walk-through） 9 系统评估（System Assessment） 9 系统审计（System Audit）
《环境保护、节能节水项目企业所得税优惠目录（试行）》
中国政府电机系统节能推进项目
中国电机系统节能挑战计划：由中国节能协会节能服务产 业委员会、中国标准化研究院、联合国工业发展组织和葡 萄牙科特布斯大学等单位共同参与的欧盟Switch-Asia项目支 持的中国电机系统节能挑战计划将于2009年6月28日在北京 启动。
电动机和被拖动设备效率低 系统运行效率低 节能技术和装备水平相对落后
中外电动机和拖动设备效率对比
我国生产和在用的电动机以Y系列为主，占据了近90%的市场份额， 其效率平均值为87.3％。 美国高效电动机效率平均值为90.3%，该效率为美国能源政策法令所 规定的市场准入水平，美国超高效电机的效率平均值为91.7％。 我国Y系列电动机效率比美国等先进国家的高效水平平均低3％，比 美国超高效水平平均低4.4%。 虽然目前国内目前已经有40多家企业能够生产高效电动机，但高效 电动机的市场规模依然较小，仅占整个市场的10.4%，且相当一部分 高效电动机出口海外，真正的国内需求较少。 风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2－4个百分点，虽然 设计水平与国外先进水平相当，但制造技术和工艺有差距。
高效的电机系统
变速驱动 效率=72% 变速驱动效率=96%
泵系高统效能泵效系统 系统系效统率效=率72=%72%
高效电机 效率=95%
连轴器 效率=99%
低摩擦管 效率=90%
输输入入功功率率 4433
高效电机 较高效泵效率=88%
输输出出功功率率3311 60%输出额定流量
我国电动机系统能效与发达国家差距
项目通过建立一个全国性的电机系统节能信息平台，促进电机系统用 户、节能服务公司、电机系统制造商和节能管理部门之间的交流和合 作，目的是推进电机系统节能改造，提高节能管理核技术水平，加强 电机系统标准标识和配套政策的实施力度，提高电机系统的运行效 率。
电机系统节能诊断分析方法
电机系统的节能的目的是要达到整个系统效率的提高，它 不仅追求电机和拖动设备等每个环节效率的最大化，而且 要达到整体效率的最大化。由于电机系统是服务于终端负 载的，因此对电机系统节能潜力的分析应与电能的流向相 反，以终端负载为起点进行逆向分析。
针对电机系统节能 可以选择的节能技术有 很多，但是并不是每一 项节能技术用在任何一 个系统中都会起到很好 的节能效果。提高电机 系统效率的最有效的方 法就是应用系统的方法 对系统进行评估，不仅 需要分析系统的供应端 和使用端，而且要分析 两者之间的相互作用， 把关注的重点从单一设 备转移到整个系统。
系统调节方式落后，大部分风机、泵类采用机械节流方 式调节，效率比调速方式约低30%。
电机系统就运行效率而言要比国外先进水平低10～20个 百分点。
泵系统常用的流量的控制方法和能耗比较
节流控制
旁通控制
国内外空压机负载率对比
0 平均 美国 英国 西班牙 法国 意大利 新加坡 中国
全球各地区平均使用空压机 负荷的百分比
上海市节能减排和资源综合利用政策
《上海市产业结构调整专项扶持暂行办法》 《上海市节能技术改造项目专项扶持办法》 《关于做好节能节水、环境保护、安全生产专用设备认定管理和抵
免企业所得税工作的通知》 《上海市鼓励企业实施清洁生产专项扶持实施办法》 《上海市合同能源管理项目专项扶持实施办法》 《上海市高效照明产品地方补贴实施方案》 《上海市分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》 《上海市可再生能源和新能源发展专项资金扶持办法》 《上海市建筑节能项目专项扶持暂行办法》 《上海市循环经济发展和资源综合利用专项扶持暂行办法》 《上海市脱硫石膏综合利用专项扶持实施办法》 《上海市鼓励老旧汽车淘汰更新补贴暂行办法》 《上海市实施“节能产品惠民工程”节能空调地方补贴暂行办法》
泵系统测试内容 空压机系统测试内容
9 系统流量
9 系统流量
9 功率/电流
9 空压机功率/电流
9 系统压力
9 系统压力
9 温度
9 温度
9 露点
系统分析边界定义
输出=流量*扬程*常数
F2
流量是多少？
扬程是多高？
P
P
F1
电源输入
MCC
电控柜
已经利用变速驱动改进的系统，但是还安装有高压降控阀门
电机系统节能诊断分析方法
根据国际铜业协会预测，在我国通过提高电动机的能效标准和推广高效 电动机的应用，到2011年可累计节电764亿千瓦时，减排二氧化碳7640万 吨。
十大重点节能工 程：
煤炭工业锅炉（窑炉）改造工程 区域热电联产工程 余热余压利用工程 节约和替代石油工程 电机系统节能工程 能量系统优化工程 建筑节能工程 绿色照明工程 政府机构节能工程 节能检测和技术服务体系建设工程
电机系统节能技术培训
秦宏波 上海市能效中心
电机系统的定义
电机系统包括控制（调速)装置、电动机、被拖动装置、传动系统以 及管网负荷等，是一个涉及多学科、多专业、多领域的复杂系统。
电机系统首先是通过电动机将电能转化为机械能，再通过被拖动装置 （如风机、水泵、压缩机、机床、传送带等）做功，实现各种所需的 功能。
¾ 2003年，我国电机及系统的总装机容量 已达4.2亿千瓦，年耗电量达6000—7000 亿千瓦时，约占工业用电量的80％。
¾ 根据中国电监会2008年4月公布的数 据，截至2007年底，我国发电机总装机 容量为7.13亿千瓦，我国电机机的总装 机容量保守估计应在10亿千瓦以上。
其它 53.30%
国际电机系统节能推进项目
美国: 1993年，美国能源部启动了“电机挑战项目”，目的是提高美国工 业电机系统能效，提高环境质量。
http://www1.eere.energy.gov/industry/ www.compressedairchallenge.org
欧盟: 2003年，欧盟启动了“wenku.baidu.com机挑战项目”，其目的是帮助欧盟的工业 用户提高电机系统的能源效率。
EUEEP一项重要内容就是继续推进中国电机系统的节能工作。
中国政府电机系统节能推进项目
标准修订：国家能源标准化委员会近两年还修订了电机系统的产 品能效限定值和节能评价值标准、电机系统的经济运行标准、监 测标准等相关标准，并制定了电动机的能效标识，从标准制定上 促进我国电机系统节能技术的推进工作 财税政策：我国相关部委积极研究制定相关的财税政策和市场机 制来推进电机系统节能工作。
泵系统的性能曲线
主要是静压头
两种系统类型
全部是摩擦阻力压头
泵要克服的系统扬程由两个基本部分组成： 静扬程和管道阻力扬程。
分析当前的工艺生产需求以及未来 的生产发展需求
了解系统当前的运行状态和参数 收集系统运行数据并对其进行分析
提出替代的系统设计方案和改进
对潜在的节能方案进行比较，确定技术 上最可行、投资回报最合理的方案
对确定的方案进行实施
继续检测和优化系统 继续运行并维护系统，保证系统高效运行
电机系统节能技术和误区
600
900
1200
1500
Speed [rpm]
来源：IEC60034-31标准中的电机和风机、水泵转矩-转速曲线图（来源： IEC60034-
31标准CD）
对于风机、水泵等转矩与转速的平方成正比的负载，高效电机比低效电机 的转速高，将导致高效电机的输入功率高于低效电机。
采用变频调速一定能节能？
电机系统节能是在首先满足负载要求功能的前提下，设计、制造和选 用合适的系统部件，并将它们合理组合匹配，以使系统综合节能效果 和系统性价比达到最佳或较佳的综合工程技术。
常见的电机系统应用
电机系统能耗现状
美国：根据美国能源部的统计数据，电机系统用电量占全美用电量的 50%，占其工业用电量的70%。 欧盟：根据欧盟的统计数据，电机系统占欧盟总用电量的42%，占其工 业用电量的69％。 中国：根据国家发改委2003年的调查结果，电机系统耗电约占我国用电 量的60％以上。
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79 80 81 76
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节能技术和装备水平对比
电机传动调速及系统控制技术与国外相比差距较大，电力电子变频调 速技术与国际先进水平相差5～10年。 国外变频调速技术和产品主导我国电机系统市场，采用IGBT / IGCT 电力电子器件的高压变频器及技术主要靠国外进口，价格较贵，而且 安全可靠性方面还有待进一步提高，企业不愿承担经济和技术风险， 因此采用变频调速的电机系统仍为少数，不到总量的10％。 根据美国和欧盟电机挑战计划和作者近年来在进行的大量电机系统节 能测试评估和节能改造项目经验，空气压缩机系统的节能潜力多在1050%，泵系统的节能潜力约为20-40%，风机系统的节能潜力约为 20~60%。由于这三个系统就占了全国耗电量的40.7%。
中国政府电机系统节能推进项目
终端用能效率项目：2005年，国家发改委、联合国开发计划 署和全球环境基金联合发起的“终端用能效率项目 (EUEEP)”正式启动，项目规划为期12年，分４期执行，首 期获得全球环境基金技术援助款1700万美元。 C01子项目：开发电机系统节能培训教材 A06子项目：制定和示范实施现有和新增电机系统优化设计准则 A07子项目：电机系统节能服务机构的能力建设 A15子项目：企业电机系统节能的培训和教育
电机 启动器
供电 线路
电机 速度 控制 装置
电动 机
能量流向
联轴器
拖动设备 (泵、风机 等)
节能分析 方向
流体 系统
终端 负载
评估系统的选择
根据设备规格和运行时间进行筛选
系统名称 冷却水系统 冷媒水系统
工艺冷却水系统
设备ID号 CW101 S227
CW31
锅炉给水系统
FW16
污水处理系统
P11
额定功率 （kW）
采用变频调速系统本身增加的损耗量。因为变频器自身的损耗有3%6%，在变频器供电情况下感应电机将增加损耗1%-2%，系统总损耗 将增加4%-8%。系统节电量少于，等于或稍大于增加的损耗量都是 不可取的。（来源：上海电科所）
泵系统节能技术
优化管路系统 高效水泵置换低效水泵 置换与系统不匹配的水泵 叶轮切削 根据系统特性重新设计叶轮 大小泵运行 根据系统负荷特性设计控制系统
节能技术：
提高系统中单台设备的运行效率 系统改造
节能误区：
误区1：要节能一定要有新产品？ 误区2：应用高效电机就一定节能？ 误区3：安装变频器就一定能节能？
应用高效电机就一定节能？
To rq ue [Nm ]
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风机 10.40% 泵 20.90%
压缩机 9.40% 空调制冷机 6%
国际铜业协会进行的“全国电机现状市场调研”结果显示：2007年我国各类电 动机装机总容量约为7.28亿千瓦，耗电量约为19566亿千瓦时。
欧盟预测，对不同功率的电机效率提高1-6%，可节能3%，每年可节约电 能276亿千瓦时，相当于5座100万千瓦电站的供电能力。
世界不同地区电动机最低能效要求比较
100
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Efficiency [%]
效 率
85
NEMA Premium at 50Hz
AUS High
EPAct at 50 Hz
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AUS MEPS
Eff1
Eff2
75
0,1
1
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power [kW] 1000
功率
中外电机系统运行效率对比
系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期 低负荷运行。
http://www.motor-challenge.eu/
中国政府电机系统节能推进项目
中国电机系统节能项目：2001年，国家经贸委与联合国工业 发展组织合作实施了“中国电机系统节能项目”，选择上海 市和江苏省作为试点单位，目的是根据“美国电机系统挑战 计划”的成功经验，利用先进的节能技术来提高中国电机驱 动系统，主要是水泵、风机、压缩空气系统的能源效率。
10 50 450
100
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每年运行时间 （hrs） 8760 8760 6000
8000
4000
1000's kW-hrs 88 438 2700
800
300
根据负载类型进行筛选
节能诊断－医生把脉
评估方式
9 走访评估（Walk-through） 9 系统评估（System Assessment） 9 系统审计（System Audit）
《环境保护、节能节水项目企业所得税优惠目录（试行）》
中国政府电机系统节能推进项目
中国电机系统节能挑战计划：由中国节能协会节能服务产 业委员会、中国标准化研究院、联合国工业发展组织和葡 萄牙科特布斯大学等单位共同参与的欧盟Switch-Asia项目支 持的中国电机系统节能挑战计划将于2009年6月28日在北京 启动。
电动机和被拖动设备效率低 系统运行效率低 节能技术和装备水平相对落后
中外电动机和拖动设备效率对比
我国生产和在用的电动机以Y系列为主，占据了近90%的市场份额， 其效率平均值为87.3％。 美国高效电动机效率平均值为90.3%，该效率为美国能源政策法令所 规定的市场准入水平，美国超高效电机的效率平均值为91.7％。 我国Y系列电动机效率比美国等先进国家的高效水平平均低3％，比 美国超高效水平平均低4.4%。 虽然目前国内目前已经有40多家企业能够生产高效电动机，但高效 电动机的市场规模依然较小，仅占整个市场的10.4%，且相当一部分 高效电动机出口海外，真正的国内需求较少。 风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2－4个百分点，虽然 设计水平与国外先进水平相当，但制造技术和工艺有差距。
高效的电机系统
变速驱动 效率=72% 变速驱动效率=96%
泵系高统效能泵效系统 系统系效统率效=率72=%72%
高效电机 效率=95%
连轴器 效率=99%
低摩擦管 效率=90%
输输入入功功率率 4433
高效电机 较高效泵效率=88%
输输出出功功率率3311 60%输出额定流量
我国电动机系统能效与发达国家差距
项目通过建立一个全国性的电机系统节能信息平台，促进电机系统用 户、节能服务公司、电机系统制造商和节能管理部门之间的交流和合 作，目的是推进电机系统节能改造，提高节能管理核技术水平，加强 电机系统标准标识和配套政策的实施力度，提高电机系统的运行效 率。
电机系统节能诊断分析方法
电机系统的节能的目的是要达到整个系统效率的提高，它 不仅追求电机和拖动设备等每个环节效率的最大化，而且 要达到整体效率的最大化。由于电机系统是服务于终端负 载的，因此对电机系统节能潜力的分析应与电能的流向相 反，以终端负载为起点进行逆向分析。
针对电机系统节能 可以选择的节能技术有 很多，但是并不是每一 项节能技术用在任何一 个系统中都会起到很好 的节能效果。提高电机 系统效率的最有效的方 法就是应用系统的方法 对系统进行评估，不仅 需要分析系统的供应端 和使用端，而且要分析 两者之间的相互作用， 把关注的重点从单一设 备转移到整个系统。
系统调节方式落后，大部分风机、泵类采用机械节流方 式调节，效率比调速方式约低30%。
电机系统就运行效率而言要比国外先进水平低10～20个 百分点。
泵系统常用的流量的控制方法和能耗比较
节流控制
旁通控制
国内外空压机负载率对比
0 平均 美国 英国 西班牙 法国 意大利 新加坡 中国
全球各地区平均使用空压机 负荷的百分比
上海市节能减排和资源综合利用政策
《上海市产业结构调整专项扶持暂行办法》 《上海市节能技术改造项目专项扶持办法》 《关于做好节能节水、环境保护、安全生产专用设备认定管理和抵
免企业所得税工作的通知》 《上海市鼓励企业实施清洁生产专项扶持实施办法》 《上海市合同能源管理项目专项扶持实施办法》 《上海市高效照明产品地方补贴实施方案》 《上海市分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》 《上海市可再生能源和新能源发展专项资金扶持办法》 《上海市建筑节能项目专项扶持暂行办法》 《上海市循环经济发展和资源综合利用专项扶持暂行办法》 《上海市脱硫石膏综合利用专项扶持实施办法》 《上海市鼓励老旧汽车淘汰更新补贴暂行办法》 《上海市实施“节能产品惠民工程”节能空调地方补贴暂行办法》
泵系统测试内容 空压机系统测试内容
9 系统流量
9 系统流量
9 功率/电流
9 空压机功率/电流
9 系统压力
9 系统压力
9 温度
9 温度
9 露点
系统分析边界定义
输出=流量*扬程*常数
F2
流量是多少？
扬程是多高？
P
P
F1
电源输入
MCC
电控柜
已经利用变速驱动改进的系统，但是还安装有高压降控阀门
电机系统节能诊断分析方法
根据国际铜业协会预测，在我国通过提高电动机的能效标准和推广高效 电动机的应用，到2011年可累计节电764亿千瓦时，减排二氧化碳7640万 吨。
十大重点节能工 程：
煤炭工业锅炉（窑炉）改造工程 区域热电联产工程 余热余压利用工程 节约和替代石油工程 电机系统节能工程 能量系统优化工程 建筑节能工程 绿色照明工程 政府机构节能工程 节能检测和技术服务体系建设工程
电机系统节能技术培训
秦宏波 上海市能效中心
电机系统的定义
电机系统包括控制（调速)装置、电动机、被拖动装置、传动系统以 及管网负荷等，是一个涉及多学科、多专业、多领域的复杂系统。
电机系统首先是通过电动机将电能转化为机械能，再通过被拖动装置 （如风机、水泵、压缩机、机床、传送带等）做功，实现各种所需的 功能。
¾ 2003年，我国电机及系统的总装机容量 已达4.2亿千瓦，年耗电量达6000—7000 亿千瓦时，约占工业用电量的80％。
¾ 根据中国电监会2008年4月公布的数 据，截至2007年底，我国发电机总装机 容量为7.13亿千瓦，我国电机机的总装 机容量保守估计应在10亿千瓦以上。
其它 53.30%
国际电机系统节能推进项目
美国: 1993年，美国能源部启动了“电机挑战项目”，目的是提高美国工 业电机系统能效，提高环境质量。
http://www1.eere.energy.gov/industry/ www.compressedairchallenge.org
欧盟: 2003年，欧盟启动了“wenku.baidu.com机挑战项目”，其目的是帮助欧盟的工业 用户提高电机系统的能源效率。
EUEEP一项重要内容就是继续推进中国电机系统的节能工作。
中国政府电机系统节能推进项目
标准修订：国家能源标准化委员会近两年还修订了电机系统的产 品能效限定值和节能评价值标准、电机系统的经济运行标准、监 测标准等相关标准，并制定了电动机的能效标识，从标准制定上 促进我国电机系统节能技术的推进工作 财税政策：我国相关部委积极研究制定相关的财税政策和市场机 制来推进电机系统节能工作。
泵系统的性能曲线
主要是静压头
两种系统类型
全部是摩擦阻力压头
泵要克服的系统扬程由两个基本部分组成： 静扬程和管道阻力扬程。
分析当前的工艺生产需求以及未来 的生产发展需求
了解系统当前的运行状态和参数 收集系统运行数据并对其进行分析
提出替代的系统设计方案和改进
对潜在的节能方案进行比较，确定技术 上最可行、投资回报最合理的方案
对确定的方案进行实施
继续检测和优化系统 继续运行并维护系统，保证系统高效运行
电机系统节能技术和误区
600
900
1200
1500
Speed [rpm]
来源：IEC60034-31标准中的电机和风机、水泵转矩-转速曲线图（来源： IEC60034-
31标准CD）
对于风机、水泵等转矩与转速的平方成正比的负载，高效电机比低效电机 的转速高，将导致高效电机的输入功率高于低效电机。
采用变频调速一定能节能？