- 如何提高齒輪電機的效率
解決方案：
- 即使是功率很小的電機，也可能會(huì )節省大量的能量
- 在有些情況下，通過(guò)使用永磁直流電機代替固定分相電容式交流電機能夠實(shí)現效率的顯著(zhù)改善
- 三相電機的效率通常要高于單相電機
- 使用變頻器將115或230V的單相輸入電壓轉換為頻率從0～120Hz可調的230V三相輸出
- 為了最大化齒輪電機系統的總體效率，要避免低的傳動(dòng)效率抵消電機效率的增加
隨著(zhù)人們對日益嚴重的能源危機的擔心，電機效率已經(jīng)成為重要的、適時(shí)的話(huà)題。這是因為電機用掉了美國國內生產(chǎn)用電量的63%～70%，占美國總電能消耗量的23%。但是，到目前為止，大多數用于改善電機效率的工作都只集中在電機總耗電量的1 0 % 左右。原始設備制造商（OEM）機械設計人員可以為能源節約做出獨特的貢獻，方法是謹慎地選擇和使用合適的新型電機、齒輪電機以及駕駛裝置。
為效率立法
《1992能源政策法案》（EPAct）和《2007能源獨立和安全法案》（EISA）針對提高電機效率新水平方面的立法進(jìn)行了大量的工作。有理由相信，這些工作主要針對的是整馬力（大于1馬力，即746W）電機。
找出問(wèn)題所在
美國環(huán)保署（EPA）的一項研究表明，電機所消耗的總電能中的80%以上來(lái)自于具有20 馬力或更高馬力值的電機。但是，這些大功率電機在所有啟用的電機中所占份額不足1%，據估計，功率在1～19馬力范圍內的電機構成了所有啟用的電機中另外的9%。
其余的90%是由無(wú)處不在的數十億臺分馬力（FHP，即小于1馬力）電機所構成的，這些電機包括：排氣器、制冰機、真空吸塵器、高爐鼓風(fēng)機、車(chē)庫門(mén)自動(dòng)啟閉裝置以及數以千計的其他消費類(lèi)電器。在成千上萬(wàn)種商業(yè)和工業(yè)電器中，還有數百萬(wàn)的分馬力電機，它們涉及到抽吸、分發(fā)、制冷、輸送、攪拌以及自動(dòng)化的各個(gè)方面。
對分馬力電機的研究讓我們認識到，一般而言，電機的效率會(huì )隨著(zhù)其尺寸的增加而增加。同時(shí)，隨著(zhù)電機額定馬力值的增加，一般效率電機和超高效率電機之間的差別將會(huì )減小。例如，1馬力電機的一般效率額定值可能是78%，而同等尺寸電機的最優(yōu)效率可能是82.5%。不過(guò)，對250馬力的電機而言，一般效率增加到94.1%，而最優(yōu)效率是95.8%。
提高分馬力電機的效率
不過(guò)，在分馬力電機中，標稱(chēng)效率要比這個(gè)數值低得多，這是因為它們的尺寸太小，無(wú)法使用整馬力電機中用來(lái)增進(jìn)效率的技術(shù)：包含更多的銅或其他方法。此外，傳統的分馬力電機的效率與經(jīng)過(guò)改善之后的效率之間的差別可能會(huì )高達30%或者更多。
因此，即使是功率很小的電機，也可能會(huì )節省大量的能量。例如，如果在加利福尼亞州或伊利諾伊州使用一個(gè)效率為50%的1/8馬力（93W）齒輪電機，假設費率是10美分/kWh，那么每年的成本是164.25美元。比較一下，如果能源效率可以達到80%，那么工作成本將為102.20美元，用戶(hù)在這臺機器的生命周期內每年能夠節省62.05美元。
永磁直流電機與固定分相電容式電機
在有些情況下，通過(guò)使用永磁直流（PMDC）電機代替固定分相電容式（PSC）交流電機能夠實(shí)現效率的顯著(zhù)改善。PSC電機的最大效率可能要更高一些，但是它們的效率在工作負載點(diǎn)處可能會(huì )低得多。
三相勝過(guò)單相
三相電機的效率通常要高于單相電機。例如，單相1/20馬力（37W）齒輪電機的效率可能是53%，而三相電機的效率則可以達到64%。除了效率更高之外，三相電機也更加可靠。單相電機不能自啟動(dòng)。因此，人們開(kāi)發(fā)了多種不同的啟動(dòng)機制，這些啟動(dòng)機制會(huì )增加成本、零件數量，而且可能是導致電機壽命無(wú)法最大化的弱點(diǎn)所在。
那么，既然三相電機如此之好，為什么沒(méi)有完全替代單相電機呢？這是因為有許多工業(yè)設備裝置中沒(méi)有提供三相電源。
使用變頻器
一種合理的解決方案是使用變頻器將115或230V的單相輸入電壓轉換為頻率從0～120Hz可調的230V三相輸出，作為三相電機的電源。得益于成本不斷降低的電子產(chǎn)品，變頻器（VFD）變得體積更小，功能更多，而且還提供了額外功能，絲毫不遜色于低成本的直流調速器。
根據ARC Advisory Group的數據，在2007年，小功率VFD的全球市場(chǎng)總值超過(guò)70億美元，而且預計到2012年將增長(cháng)到近110億美元。雖然經(jīng)濟比較疲軟，但小功率交流驅動(dòng)器的市場(chǎng)需求仍然很強勁，這是因為工業(yè)基礎設施姍姍來(lái)遲的現代化終于開(kāi)始起步了。
據美國能源部估計，使用VFD來(lái)控制速率，所節省的能源將高達電機總耗電量的18%。在電扇、鼓風(fēng)機以及抽吸應用中，VFD可以節省大量的能源。E與使用機械系統來(lái)減少流量相比，在VFD 中安裝壓力傳感器能夠更精確高效地調節流量。在風(fēng)扇，鼓風(fēng)機或抽吸應用中使用VFD，當工作在額定速率的80%時(shí)，能量消耗可以降低一半。對分馬力電機而言，VFD要比簡(jiǎn)單的直流調速器稍微貴一些。但是它們提供了許多新的功能，比如通過(guò)軟啟動(dòng)來(lái)降低對機械部件的震動(dòng)并延長(cháng)設備的使用壽命。
不要忘記傳動(dòng)效率
為了最大化齒輪電機系統的總體效率，要避免低的傳動(dòng)效率抵消電機效率的增加。雖然直角蝸輪減速器是一種空間利用率很高的方案，但是它們的效率只有50%或更低，而平行軸減速器中的正齒輪和斜齒輪的效率通?？梢赃_到98%左右。
