據(jù)國際能源報告1顯示,2006年電機(jī)能耗超過全世界電能的46%,相應(yīng)的CO2 排放量達(dá)6040公噸。因此,電機(jī)驅(qū)動制造商需要增加先進(jìn)的控制功能和支持系統(tǒng)能源效率優(yōu)化的工具。全球普遍開始采用一種在工廠生產(chǎn)系統(tǒng)中優(yōu)化能源效率的新型電機(jī)驅(qū)動生態(tài)系統(tǒng)。對于歐洲來說,慶幸的是,由于推行節(jié)能政策,電力消耗正以每年 1% 的速率下降。
在工廠中,電機(jī)最常用于泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和傳送機(jī),這些電機(jī)大部分可作為標(biāo)準(zhǔn)目錄產(chǎn)品。小型機(jī)器和設(shè)備中使用的小型電機(jī)(低于0.75kW)占全球總庫存的 90%,但所占的電機(jī)能耗不到10%,而但中型(0.75kW-350kW)工業(yè)電機(jī)卻常占全世界電機(jī)能源消耗的近70%。
在典型應(yīng)用中,系統(tǒng)消耗的電能中只有50%轉(zhuǎn)換為有用的機(jī)械能,這引起了全世界的能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)和工廠經(jīng)營者的關(guān)注。過去幾年來,美國、中國、歐洲和其他地區(qū)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)已引進(jìn)最低能效標(biāo)準(zhǔn)(MEPS)。目前高級電機(jī)額定能效水平在最低80%至最高96%的范圍內(nèi),因此工廠經(jīng)營者正在尋找除電機(jī)以外其他確保節(jié)能的方法。
高效的扭矩生成:算法和以太網(wǎng)
有多個決定電機(jī)效率和整個生產(chǎn)過程的控制層。第一個控制層調(diào)整功率逆變器切換序列,以控制電機(jī)電壓和電流,并最大化扭矩生成效率。接下來是實(shí)現(xiàn)高效操作機(jī)器的位置和速度控制器。在過程設(shè)備中,這可以驅(qū)動最優(yōu)泵流量,而在自動化設(shè)備中,可作為一系列速度或位置命令來執(zhí)行裝配功能。
在后一種情況中,對機(jī)器控制器而言,速度控制的響應(yīng)時間可能比扭矩生成的效率更關(guān)鍵。由于工廠網(wǎng)絡(luò)中還連接有通過高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)同步的多個電機(jī),因此通信和系統(tǒng)層的重要性正在增加。過程管理器可以按照需求有序啟動機(jī)器,不需要使機(jī)器在空閑模式下等待。聯(lián)網(wǎng)安全功能支持高效設(shè)備啟動和停止,實(shí)現(xiàn)最低停機(jī)時間。工廠管理者通過跟蹤電機(jī)驅(qū)動運(yùn)行和診斷數(shù)據(jù)來提高過程能源效率和可靠性。
電機(jī)效率是任意給定速度和端電壓下每安培生成扭矩的函數(shù)。電機(jī)通過趨于將其內(nèi)部磁場對齊的力生成扭矩。在圖2的交流電機(jī)中,這些力通過定子和轉(zhuǎn)子磁場的交互生成。交流電機(jī)在定子電流與轉(zhuǎn)子運(yùn)動同步時生成恒定扭矩,以維持連續(xù)的磁場錯位。交流電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)電流的頻率直接相關(guān),速度控制需要可變頻率電壓源。
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