近幾年來，很多不同的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都對節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用問題進(jìn)行了廣泛的討論，并且提出了不少的技術(shù)解決方案。這些方案一方面涉及到零部件的優(yōu)化，另一方面涉及到系統(tǒng)分析的復(fù)雜性和優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。本文主要介紹了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中一種可行的解決方案。

包括政治家在內(nèi)，許多相關(guān)人士都對能源效率問題發(fā)表了自己的意見。其目的在于通過在國內(nèi)下達(dá)節(jié)能的定義和在國際上提出節(jié)能的任務(wù)，來實現(xiàn)全球化的節(jié)能。為此，歐盟成員國做出了一個雄心勃勃的計劃：通過多種提高能源利用效率的方法，到2020年實現(xiàn)節(jié)能20％的目標(biāo)。德國政府認(rèn)為，就“提高能源效率”來講，工業(yè)企業(yè)中的電子驅(qū)動系統(tǒng)有著相當(dāng)大的潛力可以挖掘。在電子驅(qū)動設(shè)備更新?lián)Q代的工作完成之后，企業(yè)大約可以節(jié)約12億歐元的能源費用。

可行節(jié)能措施

節(jié)能潛力的觀察往往與很長的工作時間相互聯(lián)系在一起。一般情況下是用優(yōu)化了的系統(tǒng)來進(jìn)行檢驗，從而獲得能源費用的節(jié)約方案。Hanning電子產(chǎn)品有限責(zé)任公司是研發(fā)、生產(chǎn)和銷售電子驅(qū)動部件和提供整套解決方案的專業(yè)廠家，在驅(qū)動部件、電子技術(shù)、泵系統(tǒng)、通風(fēng)技術(shù)以及調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域中有著很高的專業(yè)技術(shù)水平。另外，他們還與用戶一起在優(yōu)化生產(chǎn)流程、降低能源費用和提高能源利用率方面進(jìn)行了密切的合作。

1.提高零部件的節(jié)能措施

(1)工藝技術(shù)調(diào)研（也包括在非驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域中的調(diào)研）。
(2)新材料應(yīng)用的實驗。
(3)利用高性能模擬工具進(jìn)行分析和計算。
(4)對生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。
(5)安裝條件的優(yōu)化。

2.提高驅(qū)動系統(tǒng)的節(jié)能措施

(1)現(xiàn)有系統(tǒng)的分析。
(2)負(fù)載狀況的優(yōu)化（轉(zhuǎn)速、扭矩和加速度等）。
(3)選擇合適的驅(qū)動系統(tǒng)。
(4)利用智能化的機電一體化系統(tǒng)置換機械解決方案。
(5)通過有目的的機械和電子技術(shù)設(shè)計進(jìn)行費用優(yōu)化。
(6)將用戶專用的物流部件集成到電動機控制系統(tǒng)中。
(7)為最終用戶提供附加服務(wù)。

徹底挖掘和利用節(jié)能潛力

在IEC 60034-30標(biāo)準(zhǔn)中，對功率為0.75kW以上的異步電動機效率做出了規(guī)定。在高性能同步電動機研發(fā)的框架內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的這一節(jié)能效率在小功率范圍內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)了10％（圖1）。

圖1 效率比較（IEC 60034-30與永磁電動機）
利用多個小型異步電動機取代大型驅(qū)動電機以及少用功率損失較大的機械驅(qū)動元器件是一件非常有利的事情，因為這些電動機在功率相同的情況下體積比標(biāo)準(zhǔn)電動機要小。由此也帶來了質(zhì)量慣性矩的降低，減少了金屬材料的用量；在動態(tài)應(yīng)用時也節(jié)約了加速能量。

某一機床中使用的是帶變頻器的55kW的標(biāo)準(zhǔn)電動機。經(jīng)過中央動力分配軸和變速器實現(xiàn)為各個工作軸分配50％~100％的機械功率。在對機床進(jìn)行了總功率的平衡計算后，最后用高性能的電動機（EFF2和EFF3）以及電子同步驅(qū)動系統(tǒng)取代了原有的驅(qū)動方案。在機械傳動中，人們注意到了機械效率的不同。在計算總費用時使用了LCC壽命周期費用法。此計算包括了所有在該電動機使用期間所發(fā)生的費用（市場通常的采購費用，能源費用按7.5歐分/kWh計算，維護(hù)保養(yǎng)費用和其他費用），并在整個使用壽命周期中考慮到了利率系數(shù)等因素。設(shè)備的工作時間按5500h/年計算。

由于選用了變頻器，圖1所示的電動機效率為96％。考慮現(xiàn)有系統(tǒng)機械損失后的效率為75％。在采取改進(jìn)優(yōu)化措施之后，效率可以提高到80％，但需要增加一些附加費用。這些費用是因為選用了更好的材料、更高價值的零部件或者附加的維護(hù)保養(yǎng)而產(chǎn)生的。例如更換了一個性能更好的軸承、使用了效率優(yōu)化了的變速器以取代皮帶傳動機構(gòu)以及更加準(zhǔn)確的校正了的集中傳動軸等。

圖2 集中驅(qū)動系統(tǒng)的使用壽命周期費用（機械效率75%和永磁電動機）

圖3 集中驅(qū)動系統(tǒng)的使用壽命周期費用（機械效率75%和永磁電動機）
在圖2和圖3中，給出的是機床工作期間不同機床配置方式的累計費用。在這一實例中，可以清楚看到如下的相互關(guān)系：

（1）與能源費用相比，設(shè)備的采購費用不是主要的費用因素。
（2）較差的機械效率在整個系統(tǒng)中有著決定性的作用。
（3）機械效率的改進(jìn)提高與購進(jìn)附件的投資有著成比例的關(guān)系。
（4）高檔和優(yōu)質(zhì)電動機的效率對節(jié)能的作用有限。
（5）最大的節(jié)能潛力在于使用采購成本相對較高的永磁電動機。

節(jié)能效益是不能僅依靠將標(biāo)準(zhǔn)電動機更換成高效電動機來實現(xiàn)的。系統(tǒng)優(yōu)化和永磁電動機的使用也能帶來節(jié)能和節(jié)約費用的好處。本例中可以實現(xiàn)的節(jié)約效益共計約29％。

驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展趨勢

在全球化的市場競爭中，目前驅(qū)動系統(tǒng)的創(chuàng)新水平和生產(chǎn)費用具有決定性意義；而在將來，質(zhì)量、產(chǎn)品的可靠性以及節(jié)能將具有更加重要的意義。德國的傳統(tǒng)強項——驅(qū)動技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮更大的作用并鞏固自己的地位。這些觀點還沒有考慮到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中自動化技術(shù)的進(jìn)步而帶來的驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)量與未來家用電器的增加。基于經(jīng)濟(jì)的或者系統(tǒng)技術(shù)的原因，還會出現(xiàn)非電子驅(qū)動向電子驅(qū)動轉(zhuǎn)換的趨勢。而最后一個原因就不僅僅是驅(qū)動系統(tǒng)框架內(nèi)降低電力消耗的問題了。

同步電動機技術(shù)的應(yīng)用

由Hanning公司研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)制造的新型同步電動機以其結(jié)構(gòu)緊湊、高效、尤其是在部分負(fù)載情況下的高效性以及符合用戶需要的結(jié)構(gòu)設(shè)計而著稱。他們研發(fā)設(shè)計的同步電動機種類繁多，既有有電機外殼的結(jié)構(gòu)形式，也有無電機外殼的結(jié)構(gòu)形式，規(guī)格在56~132之間，功率范圍最大為7.5kW。其均勻無級調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速絕對穩(wěn)定，因此對負(fù)載的變動不敏感。轉(zhuǎn)子由高性能的永磁磁鐵制造，工作時沒有損耗。

該系列電動機不僅在機械方面，而且在電氣性能方面都能準(zhǔn)確的按照用戶的要求進(jìn)行匹配。同步電動機由電子部件啟動，能夠很好的與驅(qū)動系統(tǒng)的性能相匹配；它不僅僅做到了工藝和技術(shù)上的優(yōu)化，而且也能非常節(jié)能的運行。(end)