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   如何將節(jié)能電機(jī)的作用最大化：這意味著不是僅僅從電機(jī)銘牌上讀出一個(gè)最大節(jié)能值就萬(wàn)事大吉。

   環(huán)境保護(hù)雖然可以喚醒個(gè)人和公眾的廣泛關(guān)注，但對(duì)于商業(yè)決定未免顯得蒼白無(wú)力。公司購(gòu)買(mǎi)和安裝電機(jī)需要一個(gè)更好的商業(yè)理由，努力節(jié)省電能以使項(xiàng)目更加具有成本效益。安裝更節(jié)能的電機(jī)以減少能耗能夠很好地滿足這種訴求。美國(guó)新的電機(jī)效率標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從2010年12月19日開(kāi)始執(zhí)行，使用節(jié)能電機(jī)已成為一種規(guī)定。

　　當(dāng)談及節(jié)能電機(jī)時(shí)，你必須明白這個(gè)詞實(shí)際上就是指帶有轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁繞組的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電機(jī)。Rockwell Automation公司Kinetix Motion Control的全球產(chǎn)品經(jīng)理David Hansen說(shuō)道：“感應(yīng)電機(jī)可以做成標(biāo)準(zhǔn)能效、高能效、超高能效等不同類(lèi)型，而永磁電機(jī)卻不能。”

　　由于無(wú)需使用額外的電能來(lái)創(chuàng)造定子磁場(chǎng)，所以永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)天生就具有更高的效率。Baldor Electric公司交流電機(jī)高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理John Malinowski指出：“交流感應(yīng)電機(jī)具有一整個(gè)產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)中IE3等級(jí)的要求。”

　　正是因?yàn)檫@樣，我們將討論僅限于具有鐵磁體芯和定子線圈的感應(yīng)電機(jī)，對(duì)于永磁體電機(jī)的能效特性我們以后再加以討論。

　　Malinowski繼續(xù)道：“超高能效電機(jī)比老式電機(jī)的容差更小、更少發(fā)熱、更少振動(dòng)、更安靜、更耐久。”而且，Bosch Rexroth公司的工業(yè)部經(jīng)理Peter Fischbach說(shuō)道：“當(dāng)今交流感應(yīng)電機(jī)的高效率是通過(guò)使用新型的開(kāi)槽和繞線幾何學(xué)、更優(yōu)的鐵芯材料和銅轉(zhuǎn)子來(lái)提升能量轉(zhuǎn)化路徑和物理性能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。”

　　什么使電機(jī)效率更高？

　　Malinowski說(shuō)道：“更高效率的關(guān)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(jí)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(bǔ)充道：“損耗主要發(fā)生在定子和轉(zhuǎn)子上的傳導(dǎo)損耗以及鐵芯本身的損耗，這些損耗也被稱(chēng)為磁芯損耗或者滯后損耗”

　　Hansen列舉了一些設(shè)計(jì)方法，可以使電機(jī)具有高能效：

　　繞組電阻——隨著繞組電阻的增加，電機(jī)效率會(huì)降低。為了使電機(jī)效率最大化，電機(jī)的設(shè)計(jì)人員通過(guò)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(jī)槽外銅繞線數(shù)量）以實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(zhì)量直接相關(guān)。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(xué)——疊片齒形幾何學(xué)會(huì)影響電機(jī)內(nèi)部的磁通密度。能夠提供更高磁通密度的齒形幾何學(xué)可以降低雜散損耗，并因此提高能效。

　　系統(tǒng)才是關(guān)鍵

　　Fischbach建議道：“大多數(shù)工廠自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用的目的是高效率地使用能源，帶來(lái)最高的產(chǎn)出。因此在投資購(gòu)買(mǎi)電機(jī)之類(lèi)的獨(dú)立設(shè)備之前，分析、建模、優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)是十分有必要的。”

　　Malinowski同意道：“使用更好的電機(jī)更換低能效的電機(jī)很容易，但是卻未必能獲得更高的能效。95%能效的電機(jī)與具有90%到95%能效的斜齒-螺旋傘減速機(jī)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(jí)減速齒輪系統(tǒng)搭配使用效果就不理想了。”

　　Fischbach也同意：“高能效是一個(gè)相對(duì)的概念，因?yàn)槲覀儽仨毧紤]高能效設(shè)備對(duì)整個(gè)系統(tǒng)能效的影響因素，例如循環(huán)時(shí)間或者產(chǎn)量。例如，如果不使用低效率的驅(qū)動(dòng)裝置，例如齒輪箱，一臺(tái)80%能效的直驅(qū)扭矩電機(jī)比95%能效的伺服電機(jī)更加節(jié)能——也更能提高產(chǎn)量。”

　　別做這些事

　　Fischbach警告道：“工程師所犯的最大錯(cuò)誤就是僅僅注意電機(jī)銘牌上的效率，以為具體應(yīng)用也會(huì)達(dá)到類(lèi)似能效。”

　　不同的電機(jī)具有不同的特性，必須與特定應(yīng)用匹配，才能使高能效電機(jī)物盡其用。例如，較為昂貴的超高能效交流感應(yīng)電機(jī)如果長(zhǎng)期工作于半載或者空載狀態(tài)下并不會(huì)節(jié)省能源。

　　Malinowski提供了一個(gè)使用一臺(tái)新型超高效節(jié)能電機(jī)替換一臺(tái)離心泵上的老式電機(jī)的例子。葉輪尺寸可能是根據(jù)老式電機(jī)速度設(shè)計(jì)的，而更高能效的新型電機(jī)在同樣的負(fù)載下很可能會(huì)具有更高轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致更高的能耗。整個(gè)系統(tǒng)也許會(huì)具有更高能效，但是所提供的額外轉(zhuǎn)速毫無(wú)用處。

　　Hansen建議道：“對(duì)提高效率確實(shí)關(guān)心的設(shè)計(jì)人員們不會(huì)想當(dāng)然地更換一臺(tái)電機(jī)，而是會(huì)從整套設(shè)備的設(shè)計(jì)全局考量。如果與設(shè)計(jì)低劣的機(jī)械系統(tǒng)相連，即使一臺(tái)完美能效的電機(jī)也不能帶來(lái)很大的能源節(jié)省。在電機(jī)和負(fù)載之間的任何機(jī)械傳動(dòng)設(shè)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(jī)構(gòu)，在全新時(shí)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(jié)道：“提高設(shè)備效率的終極解決方案是不使用任何機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而使用直驅(qū)永磁伺服電機(jī)。”