电动机电子驱动系统的节能潜力 - 文章

电动机电子驱动系统的节能潜力

newmaker 来源：MM《现代制造》

近几年来，很多不同的经济领域都对节能设备的应用问题进行了广泛的讨论，并且提出了不少的技术解决方案。这些方案一方面涉及到零部件的优化，另一方面涉及到系统分析的复杂性和优化标准。本文主要介绍了工业生产领域中一种可行的解决方案。

包括政治家在内，许多相关人士都对能源效率问题发表了自己的意见。其目的在于通过在国内下达节能的定义和在国际上提出节能的任务，来实现全球化的节能。为此，欧盟成员国做出了一个雄心勃勃的计划：通过多种提高能源利用效率的方法，到2020年实现节能20％的目标。德国政府认为，就“提高能源效率”来讲，工业企业中的电子驱动系统有着相当大的潜力可以挖掘。在电子驱动设备更新换代的工作完成之后，企业大约可以节约12亿欧元的能源费用。

可行节能措施

节能潜力的观察往往与很长的工作时间相互联系在一起。一般情况下是用优化了的系统来进行检验，从而获得能源费用的节约方案。Hanning电子产品有限责任公司是研发、生产和销售电子驱动部件和提供整套解决方案的专业厂家，在驱动部件、电子技术、泵系统、通风技术以及调节技术领域中有着很高的专业技术水平。另外，他们还与用户一起在优化生产流程、降低能源费用和提高能源利用率方面进行了密切的合作。

1.提高零部件的节能措施

(1)工艺技术调研（也包括在非驱动技术领域中的调研）。
(2)新材料应用的实验。
(3)利用高性能模拟工具进行分析和计算。
(4)对生产过程进行优化。
(5)安装条件的优化。

2.提高驱动系统的节能措施

(1)现有系统的分析。
(2)负载状况的优化（转速、扭矩和加速度等）。
(3)选择合适的驱动系统。
(4)利用智能化的机电一体化系统置换机械解决方案。
(5)通过有目的的机械和电子技术设计进行费用优化。
(6)将用户专用的物流部件集成到电动机控制系统中。
(7)为最终用户提供附加服务。

彻底挖掘和利用节能潜力

在IEC 60034-30标准中，对功率为0.75kW以上的异步电动机效率做出了规定。在高性能同步电动机研发的框架内，标准规定的这一节能效率在小功率范围内已经实现了10％（图1）。

图1 效率比较（IEC 60034-30与永磁电动机）

利用多个小型异步电动机取代大型驱动电机以及少用功率损失较大的机械驱动元器件是一件非常有利的事情，因为这些电动机在功率相同的情况下体积比标准电动机要小。由此也带来了质量惯性矩的降低，减少了金属材料的用量；在动态应用时也节约了加速能量。

某一机床中使用的是带变频器的55kW的标准电动机。经过中央动力分配轴和变速器实现为各个工作轴分配50％~100％的机械功率。在对机床进行了总功率的平衡计算后，最后用高性能的电动机（EFF2和EFF3）以及电子同步驱动系统取代了原有的驱动方案。在机械传动中，人们注意到了机械效率的不同。在计算总费用时使用了LCC寿命周期费用法。此计算包括了所有在该电动机使用期间所发生的费用（市场通常的采购费用，能源费用按7.5欧分/kWh计算，维护保养费用和其他费用），并在整个使用寿命周期中考虑到了利率系数等因素。设备的工作时间按5500h/年计算。

由于选用了变频器，图1所示的电动机效率为96％。考虑现有系统机械损失后的效率为75％。在采取改进优化措施之后，效率可以提高到80％，但需要增加一些附加费用。这些费用是因为选用了更好的材料、更高价值的零部件或者附加的维护保养而产生的。例如更换了一个性能更好的轴承、使用了效率优化了的变速器以取代皮带传动机构以及更加准确的校正了的集中传动轴等。

图2 集中驱动系统的使用寿命周期费用（机械效率75%和永磁电动机）

图3 集中驱动系统的使用寿命周期费用（机械效率75%和永磁电动机）

在图2和图3中，给出的是机床工作期间不同机床配置方式的累计费用。在这一实例中，可以清楚看到如下的相互关系：

（1）与能源费用相比，设备的采购费用不是主要的费用因素。
（2）较差的机械效率在整个系统中有着决定性的作用。
（3）机械效率的改进提高与购进附件的投资有着成比例的关系。
（4）高档和优质电动机的效率对节能的作用有限。
（5）最大的节能潜力在于使用采购成本相对较高的永磁电动机。

节能效益是不能仅依靠将标准电动机更换成高效电动机来实现的。系统优化和永磁电动机的使用也能带来节能和节约费用的好处。本例中可以实现的节约效益共计约29％。

驱动技术的发展趋势

在全球化的市场竞争中，目前驱动系统的创新水平和生产费用具有决定性意义；而在将来，质量、产品的可靠性以及节能将具有更加重要的意义。德国的传统强项——驱动技术将继续发挥更大的作用并巩固自己的地位。这些观点还没有考虑到经济领域中自动化技术的进步而带来的驱动系统数量与未来家用电器的增加。基于经济的或者系统技术的原因，还会出现非电子驱动向电子驱动转换的趋势。而最后一个原因就不仅仅是驱动系统框架内降低电力消耗的问题了。

同步电动机技术的应用

由Hanning公司研发、设计和生产制造的新型同步电动机以其结构紧凑、高效、尤其是在部分负载情况下的高效性以及符合用户需要的结构设计而著称。他们研发设计的同步电动机种类繁多，既有有电机外壳的结构形式，也有无电机外壳的结构形式，规格在56~132之间，功率范围最大为7.5kW。其均匀无级调节，转速绝对稳定，因此对负载的变动不敏感。转子由高性能的永磁磁铁制造，工作时没有损耗。

该系列电动机不仅在机械方面，而且在电气性能方面都能准确的按照用户的要求进行匹配。同步电动机由电子部件启动，能够很好的与驱动系统的性能相匹配；它不仅仅做到了工艺和技术上的优化，而且也能非常节能的运行。(end)

(投稿) (2008-6-20，阅读287次)

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