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如何將節能電機的作用最大化？

知識百科

  如何將節能電機的作用最大化：這意味著不是僅僅從電機銘牌上讀出一個最大節能值就萬事大吉 。
    環境保護雖然可以喚醒個人和公眾的廣泛關注 ， 但對于商業決定未免顯得蒼白無力 。 公司購買和安裝電機需要一個更好的商業理由 ， 努力節省電能以使項目更加具有成本效益 。 安裝更節能的電機以減少能耗能夠很好地滿足這種訴求 。 美國新的電機效率標準已經從2010年12月19日開始執行 ， 使用節能電機已成為一種規定 。
    當談及節能電機時 ， 你必須明白這個詞實際上就是指帶有轉子和勵磁繞組的傳統結構電機 。 Rockwell Automation公司Kinetix Motion Control的全球產品經理David Hansen說道：“感應電機可以做成標準能效、高能效、超高能效等不同類型 ， 而永磁電機卻不能 。 ”
    由于無需使用額外的電能來創造定子磁場 ， 所以永磁電機結構天生就具有更高的效率 。 Baldor Electric公司交流電機高級產品經理John Malinowski指出：“交流感應電機具有一整個產品族 ， 符合NEMA 超高能效中的NEMA MG 1 中表12-12和12-13要求以及IEC 60034- 30標準中IE3等級的要求 。 ”
    正是因為這樣 ， 我們將討論僅限于具有鐵磁體芯和定子線圈的感應電機 ， 對于永磁體電機的能效特性我們以后再加以討論 。
    Malinowski繼續道：“超高能效電機比老式電機的容差更小、更少發熱、更少振動、更安靜、更耐久 。 ”而且 ， Bosch Rexroth公司的工業部經理Peter Fischbach說道：“當今交流感應電機的高效率是通過使用新型的開槽和繞線幾何學、更優的鐵芯材料和銅轉子來提升能量轉化路徑和物理性能來實現的 。 ”
    什么使電機效率更高？
    Malinowski說道：“更高效率的關鍵就是減少損耗 。 線圈使用更多的銅可以減少定子損耗 ， 更高等級的鐵芯硅鋼可以減少鐵芯上的損耗 。 更少的損耗意味著制冷所需的電能就更低 ， 這也降低了損耗 。 ”Fischbach補充道：“損耗主要發生在定子和轉子上的傳導損耗以及鐵芯本身的損耗 ， 這些損耗也被稱為磁芯損耗或者滯后損耗”
    Hansen列舉了一些設計方法 ， 可以使電機具有高能效：
    繞組電阻——隨著繞組電阻的增加 ， 電機效率會降低 。 為了使電機效率最大化 ， 電機的設計人員通過最大化定子槽填充量（定子槽中的銅繞線）和最小化終端繞線半徑（電機槽外銅繞線數量）以實現電機效率的最大化 。
    疊片材料——磁芯損耗的大小與材料特性和定子疊片所使用鐵的質量直接相關 。 而且 ， 更薄的疊片比較厚的疊片具有更低的定子磁芯損耗 。
    疊片齒形幾何學——疊片齒形幾何學會影響電機內部的磁通密度 。 能夠提供更高磁通密度的齒形幾何學可以降低雜散損耗 ， 并因此提高能效 。
    系統才是關鍵
    Fischbach建議道：“大多數工廠自動化和工業應用的目的是高效率地使用能源 ， 帶來最高的產出 。 因此在投資購買電機之類的獨立設備之前 ， 分析、建模、優化整個系統是十分有必要的 。 ”
    Malinowski同意道：“使用更好的電機更換低能效的電機很容易 ， 但是卻未必能獲得更高的能效 。 95%能效的電機與具有90%到95%能效的斜齒-螺旋傘減速機搭配使用可以獲得很高的能效 ， 但是與僅僅具有50%到60%的二級減速齒輪系統搭配使用效果就不理想了 。 ”
    Fischbach也同意：“高能效是一個相對的概念 ， 因為我們必須考慮高能效設備對整個系統能效的影響因素 ， 例如循環時間或者產量 。 例如 ， 如果不使用低效率的驅動裝置 ， 例如齒輪箱 ， 一臺80%能效的直驅扭矩電機比95%能效的伺服電機更加節能——也更能提高產量 。 ”
    別做這些事
    Fischbach警告道：“工程師所犯的最大錯誤就是僅僅注意電機銘牌上的效率 ， 以為具體應用也會達到類似能效 。 ”
    不同的電機具有不同的特性 ， 必須與特定應用匹配 ， 才能使高能效電機物盡其用 。 例如 ， 較為昂貴的超高能效交流感應電機如果長期工作于半載或者空載狀態下并不會節省能源 。
    Malinowski提供了一個使用一臺新型超高效節能電機替換一臺離心泵上的老式電機的例子 。 葉輪尺寸可能是根據老式電機速度設計的 ， 而更高能效的新型電機在同樣的負載下很可能會具有更高轉速 ， 導致更高的能耗 。 整個系統也許會具有更高能效 ， 但是所提供的額外轉速毫無用處 。
    Hansen建議道：“對提高效率確實關心的設計人員們不會想當然地更換一臺電機 ， 而是會從整套設備的設計全局考量 。 如果與設計低劣的機械系統相連 ， 即使一臺完美能效的電機也不能帶來很大的能源節省 。 在電機和負載之間的任何機械傳動設備都不可避免地具有較低能效 。 最高精度的行星齒輪減速機構 ， 在全新時也只具有最高90%到95%的效率 。 蝸桿蝸輪減速箱的能效則更低 ， 只有50%到60% 。 ”
    他總結道：“提高設備效率的終極解決方案是不使用任何機械傳動機構 ， 而使用直驅永磁伺服電機 。 ”