近幾年來，很多不同的經(jīng)濟領域都對節(jié)能設備的應用問題進行了廣泛的討論，并且提出了不少的技術解決方案。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)分析的復雜性和優(yōu)化標準。本文主要介紹了工業(yè)生產(chǎn)領域中一種可行的解決方案。

包括政治家在內(nèi)，許多相關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)下達節(jié)能的定義和在國際上提出節(jié)能的任務，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。德國政府認為，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)有著相當大的潛力可以挖掘。在電子驅(qū)動設備更新?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、泵系統(tǒng)、通風技術以及調(diào)節(jié)技術領域中有著很高的專業(yè)技術水平。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行了密切的合作。

1.提高零部件的節(jié)能措施

(1)工藝技術調(diào)研（也包括在非驅(qū)動技術領域中的調(diào)研）。
(2)新材料應用的實驗。
(3)利用高性能模擬工具進行分析和計算。
(4)對生產(chǎn)過程進行優(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設計進行費用優(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。

徹底挖掘和利用節(jié)能潛力

在IEC 60034-30標準中，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)，標準規(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準電動機要小。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的標準電動機。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以及更加準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系：

（1）與能源費用相比，設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）機械效率的改進提高與購進附件的投資有著成比例的關系。
（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準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)濟領域中自動化技術的進步而帶來的驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)量與未來家用電器的增加。基于經(jīng)濟的或者系統(tǒng)技術的原因，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。

同步電動機技術的應用

由Hanning公司研發(fā)、設計和生產(chǎn)制造的新型同步電動機以其結構緊湊、高效、尤其是在部分負載情況下的高效性以及符合用戶需要的結構設計而著稱。他們研發(fā)設計的同步電動機種類繁多，既有有電機外殼的結構形式，也有無電機外殼的結構形式，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確的按照用戶的要求進行匹配。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上的優(yōu)化，而且也能非常節(jié)能的運行。