提高電動(dòng)機(jī)效率的方法
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這太令人遺憾了。能源保護(hù)可能不像氫燃料汽車(chē)或高科技風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)那樣令人興奮，但它卻能夠馬上讓我們擺脫螺旋式上升的能源成本并降低我們對(duì)礦物燃料的消耗。能源保護(hù)能比以往發(fā)揮更大作用的一個(gè)地方就是北美的所有工廠，這些工廠到處都是效率低下的生產(chǎn)機(jī)械、機(jī)泵、壓縮機(jī)、風(fēng)扇和傳送機(jī)?！澳抢镉泻芏嗬吓f機(jī)器?！?Baldor公司直流與交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品經(jīng)理John Malinowski說(shuō)。
提高這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率能夠?yàn)檫@些地區(qū)的能源利用帶來(lái)巨大影響。據(jù)美國(guó)能源部能源效率與可再生能源辦公室（EERE）工業(yè)技術(shù)經(jīng)理Paul Scheihing說(shuō)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程并不會(huì)消耗大量的工業(yè)能源?！按蠹s三分之二的工業(yè)能源消耗來(lái)自于熱過(guò)程?！盨cheihing說(shuō)。
但是，工業(yè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)確實(shí)也會(huì)消耗大量的電力。1994年是能源效率與可再生能源辦公室具有類似統(tǒng)計(jì)數(shù)
據(jù)最近的年份，這一年，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消耗掉美國(guó)所有售出電力的23%，使之成為最大的單項(xiàng)電力終端用戶?！斑@個(gè)比例很可能從那時(shí)起并沒(méi)有多大變化。”Scheihing說(shuō)。
有很多技術(shù)能夠幫助我們減少電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能源消耗。其中包括效率更高的電動(dòng)機(jī)和電力傳動(dòng)組件以及使用變速傳動(dòng)和在適合的地方使用可再生電源。所有這些技術(shù)都很成熟，工程師們也能熟練掌握，并且與整個(gè)機(jī)器或系統(tǒng)相比成本很低。
然而，美國(guó)工業(yè)中不太光彩的秘密是，大家并沒(méi)有充分利用這些簡(jiǎn)單的能源節(jié)省技術(shù)。“仍然有很多節(jié)省能源的機(jī)會(huì)沒(méi)有被利用。” Scheihing說(shuō)。
為了提高電動(dòng)機(jī)效率，供應(yīng)商們一直在調(diào)整其電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。
例如，Baldor公司就完成了一種在感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中嵌入永磁的混合式設(shè)計(jì)。
一些節(jié)省技術(shù)沒(méi)有最大程度得以利用的原因是因?yàn)楸緡?guó)生產(chǎn)機(jī)械和相關(guān)設(shè)備的采購(gòu)方式以及電機(jī)在廠區(qū)被指定使用的方式。
在為本文接受采訪時(shí)，包括Baldor公司、博世力士樂(lè)公司、羅克韋爾自動(dòng)化公司、SEW-Eurodrive公司和西門(mén)子公司在內(nèi)的電機(jī)和自動(dòng)化銷售商的工程師們都把矛頭指向了采購(gòu)部門(mén)，說(shuō)他們往往更注重機(jī)器的購(gòu)買(mǎi)價(jià)格而不是運(yùn)行機(jī)器的生命周期成本。“很多公司的操作部門(mén)和采購(gòu)部門(mén)之間沒(méi)有聯(lián)系?！?博世力士樂(lè)公司機(jī)械工具應(yīng)用經(jīng)理Karl Rapp先生說(shuō)。這樣做的結(jié)果是，即使一些成本低廉而能夠節(jié)省能源的部件也不能夠使用到機(jī)器上。
我們來(lái)舉一個(gè)例子，請(qǐng)看一看從減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)中收集能量而后重新利用或者傳回電力公司的可再生電力供應(yīng)技術(shù)?！八鼈円呀?jīng)存在15年了，但利用他們的應(yīng)用卻很少?！?博世力士樂(lè)公司負(fù)責(zé)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)與控制的銷售與市場(chǎng)經(jīng)理Dan Throne先生說(shuō)。可再生性能一般只會(huì)為電力供應(yīng)增加500美元到1000美元的成本?！安少?gòu)?fù)鶗?huì)說(shuō)：‘500美元？不買(mǎi)?！?Throne說(shuō)。但是在大型生產(chǎn)機(jī)械上，可再生系統(tǒng)能夠節(jié)省數(shù)千美元。Throne看到過(guò)這樣的實(shí)例，“增加1000美元的成本而一年就節(jié)省了4萬(wàn)美元?！?
或者，讓我們來(lái)看看感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的例子，這是當(dāng)今工業(yè)中最常用的機(jī)型。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA），一個(gè)代表大多數(shù)主要制造商的聯(lián)盟，2003年以后制訂了單速鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)超高效率（Premium Efficiency）的規(guī)格規(guī)定。這些超高效率規(guī)格根據(jù)電極數(shù)量和其他設(shè)計(jì)因素的不同涵蓋了從82.5%到95%的效率范圍。但是，整體上來(lái)看，其效率要比標(biāo)準(zhǔn)效率甚至比符合1992年能源政策法案（EPAct）的高效電機(jī)要高幾個(gè)百分點(diǎn)。
根據(jù)美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，能源效率電動(dòng)機(jī)，像以上西門(mén)子公司的這種型號(hào)，
目前占新銷售電機(jī)數(shù)量的30%。但在安裝基數(shù)中所占的比例仍然偏低。
但是，增加高效電動(dòng)機(jī)份額所面臨的問(wèn)題是，很多電機(jī)都是由工廠操作人員而非機(jī)器制造者所規(guī)定和購(gòu)買(mǎi)的。Malinowski說(shuō)，大約90%的電機(jī)購(gòu)買(mǎi)決定都是由工廠人員做出的?！斑@就是為什么修理還是替換的決定會(huì)如此重要?！彼f(shuō)。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)的Hoyt同意他的說(shuō)法，“我們現(xiàn)在的重點(diǎn)就是在修理還是替換的決定上?！彼f(shuō)。
設(shè)計(jì)的作用越來(lái)越重要
如果即便是很便宜的成本增加采購(gòu)部門(mén)都拒絕且很多電機(jī)都是由工廠的維修人員決定是否購(gòu)買(mǎi)的話，那么，機(jī)械設(shè)計(jì)師能在能源效率方面起什么作用呢？他們的作用會(huì)越來(lái)越重要。
其中一個(gè)原因是，已有和正要出臺(tái)的政府法規(guī)已經(jīng)開(kāi)始青睞高效電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)了。比如，2007年能源獨(dú)立和安全法案規(guī)定，至2010年，1到200馬力范圍內(nèi)的感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)必須符合美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)規(guī)定的超高效率標(biāo)準(zhǔn)。
Hoyt說(shuō)，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)的成員還收到了美國(guó)能源部法規(guī)制定部門(mén)的提前通知，他們將建立一些分馬力（小功率）
交流電機(jī)的效率標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)并不贊同這些規(guī)定，他說(shuō)。如果這些規(guī)定生效，設(shè)備裝置和現(xiàn)在用量很少的小型機(jī)械應(yīng)用中的較高效永磁電機(jī)將會(huì)受益，一家致力于運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)研究的公司Incremotion Assoc.的總裁、著名的電機(jī)設(shè)計(jì)師Dan Jones預(yù)測(cè)說(shuō)。
法規(guī)的發(fā)展傾向至少應(yīng)該是要推動(dòng)新設(shè)備的設(shè)計(jì)者注意能源效率?！安痪茫瑱C(jī)器建造者除了牢記能源效率進(jìn)行設(shè)計(jì)外就不會(huì)有什么其他選擇了?！蔽鏖T(mén)子公司致力于能源問(wèn)題的一位商務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Dave Grucza說(shuō)。
如果法規(guī)是在輕輕推動(dòng)機(jī)器建造者的話，那么機(jī)器購(gòu)買(mǎi)OEM廠商不久就可能會(huì)對(duì)他們進(jìn)行大力推動(dòng)了。具有老派采購(gòu)思想的那些供應(yīng)商注意到，尤其是在過(guò)去的兩年中，高級(jí)機(jī)械的購(gòu)買(mǎi)者在做出采購(gòu)決定時(shí)已經(jīng)開(kāi)始密切關(guān)注生命周期成本了。并且，他們也在要求機(jī)器建造者推出符合企業(yè)能源效率目標(biāo)的設(shè)備。
這正是福特電動(dòng)機(jī)公司（Ford Motor Co.）所發(fā)生的事情。據(jù)福特蘭德（Ford Land）公司能源供應(yīng)與能源效率總監(jiān)George Andraos說(shuō)，自從2000年以來(lái)，該公司把制造方面的能源效率提高了30%，并且正努力在接下來(lái)的10年中每年再把能效提高3%。該公司一直在認(rèn)真仔細(xì)地跟蹤每輛車(chē)的能量強(qiáng)度或能源使用情況，以便于能制定一個(gè)提高效率的基準(zhǔn)線。福特公司其中一些這樣的成果來(lái)自于2億5千萬(wàn)美元對(duì)新技術(shù)的投資以及過(guò)去五年中對(duì)作業(yè)程序的改進(jìn)。但是該家公司也一直在要求其供應(yīng)商在建造新型機(jī)器或改進(jìn)已有機(jī)器時(shí)能夠提供能源效率更高的設(shè)計(jì)?！拔覀冋J(rèn)為我們?cè)谀茉葱史矫嫠龀龅呐δ苡绊懙缴嫌螐S商以及他們的機(jī)械供應(yīng)商。”福特公司能源效率經(jīng)理Bill Allemon說(shuō)。
福特并不是唯一一家這樣做的公司。把生命周期成本和能源效率放在初始購(gòu)買(mǎi)價(jià)格之上的思想轉(zhuǎn)變開(kāi)始滲透至整個(gè)工業(yè)范圍，因?yàn)樵絹?lái)越多的公司開(kāi)始關(guān)注未來(lái)投資的能源效率回報(bào)和通過(guò)計(jì)量能量密度所獲得的能源使用與生產(chǎn)力之間的關(guān)系了。
把能源效率放在那些更大商業(yè)目標(biāo)的環(huán)境下討論，是機(jī)器建造者能為其客戶帶來(lái)一項(xiàng)設(shè)計(jì)策略的良好先兆?；蛘哒缥鏖T(mén)子能源與自動(dòng)化公司總裁兼首席執(zhí)行官Dennis Sadlowski所說(shuō)：“現(xiàn)在有關(guān)能源效率的案例越來(lái)越多地在工程部門(mén)和董事會(huì)會(huì)議上進(jìn)行討論了，而不是像以前那樣在工廠中討論?！?
評(píng)論