據國際能源報告1顯示，2006年電機能耗超過(guò)全世界電能的46%，相應的CO2 排放量達6040公噸。因此，電機驅動(dòng)制造商需要增加先進(jìn)的控制功能和支持系統能源效率優(yōu)化的工具。全球普遍開(kāi)始采用一種在工廠(chǎng)生產(chǎn)系統中優(yōu)化能源效率的新型電機驅動(dòng)生態(tài)系統。對于歐洲來(lái)說(shuō)，慶幸的是，由于推行節能政策，電力消耗正以每年 1% 的速率下降。

在工廠(chǎng)中，電機最常用于泵、風(fēng)機、壓縮機和傳送機，這些電機大部分可作為標準目錄產(chǎn)品。小型機器和設備中使用的小型電機（低于0.75kW）占全球總庫存的 90%，但所占的電機能耗不到10%，而但中型(0.75kW-350kW)工業(yè)電機卻常占全世界電機能源消耗的近70%。

在典型應用中，系統消耗的電能中只有50%轉換為有用的機械能，這引起了全世界的能源監管機構和工廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)者的關(guān)注。過(guò)去幾年來(lái)，美國、中國、歐洲和其他地區的監管機構已引進(jìn)最低能效標準(MEPS)。目前高級電機額定能效水平在最低80%至最高96%的范圍內，因此工廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)者正在尋找除電機以外其他確保節能的方法。

圖 1 給出了現代化工廠(chǎng)中自動(dòng)化機器操作或工藝過(guò)程中的主要元件。此方法能夠優(yōu)化機器操作和工藝過(guò)程，將能效和生產(chǎn)效率提升到全新的水平。

高效的扭矩生成：算法和以太網(wǎng)

有多個(gè)決定電機效率和整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制層。第一個(gè)控制層調整功率逆變器切換序列，以控制電機電壓和電流，并最大化扭矩生成效率。接下來(lái)是實(shí)現高效操作機器的位置和速度控制器。在過(guò)程設備中，這可以驅動(dòng)最優(yōu)泵流量，而在自動(dòng)化設備中，可作為一系列速度或位置命令來(lái)執行裝配功能。

在后一種情況中，對機器控制器而言，速度控制的響應時(shí)間可能比扭矩生成的效率更關(guān)鍵。由于工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )中還連接有通過(guò)高速數據網(wǎng)絡(luò )同步的多個(gè)電機，因此通信和系統層的重要性正在增加。過(guò)程管理器可以按照需求有序啟動(dòng)機器，不需要使機器在空閑模式下等待。聯(lián)網(wǎng)安全功能支持高效設備啟動(dòng)和停止，實(shí)現最低停機時(shí)間。工廠(chǎng)管理者通過(guò)跟蹤電機驅動(dòng)運行和診斷數據來(lái)提高過(guò)程能源效率和可靠性。


電機效率是任意給定速度和端電壓下每安培生成扭矩的函數。電機通過(guò)趨于將其內部磁場(chǎng)對齊的力生成扭矩。在圖2的交流電機中，這些力通過(guò)定子和轉子磁場(chǎng)的交互生成。交流電機在定子電流與轉子運動(dòng)同步時(shí)生成恒定扭矩，以維持連續的磁場(chǎng)錯位。交流電機轉速與電機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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