使电动机发挥节能潜力


作者:Hans-Jürgen Bittermann 日期:2015/08/31 来源:流程工业

正确的节能途径应是对电动机系统的整体优化——2015年1月,欧盟范围内功率在7.5~375kW的IE3电动机、转速可调的IE2电动机正式上市,更新的技术不仅提高了能源效率,同时也提供了许多感兴趣的功能。

德国的驱动装置供应商2014年的销售收入达到了近154亿欧元,预计2015年收入还会增长两个百分点,之所以有这么乐观的展望,是基于能耗产品生态化设计指令,新安装使用的电动机必须是高效节能型的电动机。

德国电气和电子制造商协会ZVEI始终强调,正确的节能途径不只是一台高效节能的电动机,而是整个系统的优化,例如变频器或管道系统中使用的智能化控制软件。

在2015年4月13~17日的汉诺威的MDA(传动、驱动和自动化)展会期间,技术领先的生产企业展示了他们的新产品和技术解决方案。MDA负责人、Schaeffler公司董事会成员Robert Schullan先生说:“工业4.0是目前的热门话题,目前我们正在努力开发集成了微型传感器的驱动装置,使机床设备能够与中央信息系统联网,传输大量的数据信息,这样的智能化部件和模块是我们客户价值增值链中过程自动化的前提,此外,能源效率以及状态监控系统也是我们关注的重点。

紧凑和高效

在SEW欧洲驱动技术公司展台上,在原来结构紧凑的IE2电动机,高能源利用率的IE3电动机的基础上,公司研发生产的DR系列电动机结合了紧凑与高效的优势。该系列三相交流电动机的外形尺寸、重量和功率都得到了优化,因此可以更简便地安装到机床和设备中。2008年就上市的积木式电动机组能在一个系列的电动机产品中组合出从标准能效等级到超级能效等级的电动机。因为这些电动机的装配结构相同,电动机的用户可以从有限的配件库存、易损件库存中获益。

Mitsubishi电气公司利用能源管理器智能化地把大于30kW伺服电动机的可再生能源回馈到电网中,使其重新得到应用,从而明显减小能源峰值。这些能源管理器回收的能源,系统识别后存储在电容器组中,用于产生再生电力。

效率当然是非常重要的,但只有把驱动系统、传感器和控制系统结合起来才能实现经互联网让机床和设备交换数据,诸多企业在工业4.0趋势下开发出了新的解决方案。

Bosch Rexroth公司开发出了采用“开放式核心接口”的液压和机电一体化的智能化驱动系统,为用户提供了进一步掌控核心的能力,允许用户不断实现自己特殊的控制功能。“当前,许多的OEM生产厂都在利用我们的接口,例如智能手机生产厂商和平板电脑生产厂家,他们利用这一接口可以简化设备的操作,把故障诊断功能也集成到产品设计方案中。” Bosch Rexroth公司的总经理Karl Tragl博士说到,两个试点项目已经使该公司成为“第一家贯彻落实工业4.0的工业企业”了。

Parker Hannifin公司也为工业4.0推出了适销对路的驱动系统——PSD伺服调节器,它基于以太网的数据接口能够实时传输驱动数据,例如与单线伺服电机配套使用时可以精确完成过程监控任务。

ABB公司研发生产的Motiflex E180三相异步电动机驱动系统可配置成多种不同的工作方式,例如不同的过程控制体系结构,反馈系统和通信网络等,因此它为大功率应用提供了一个万能的通用平台,这一驱动系统高灵活性的核心就是通用的以太网通讯能力。

适合水处理领域中使用的防爆电机

泰晤士水务公司Thames Water在伦敦使用了24台WEG公司W22x型的30kW防爆电动机,用以驱动Reiß混合泵,它们是分布在2套污水净化设备中12个发酵罐机械混合设备的心脏。

这些符合Atex防爆技术标准的W22x低压电动机的安全等级为Eexd级,满足了英国WIMES标准(水力企业机械和电气技术标准)的规定和要求。它们有着隔爆外壳,能够安全地在易燃易爆危险场合中使用。这种电动机有IE2至IE4的能源利用率等级。

卫生设计的驱动装置

在转速匹配和自动的过程调节应用中,在需要定期的用高压蒸汽进行卫生清理场合里,可以使用Nord驱动系统公司研发生产的卫生设计型电动机。集成了变频器的卫生型电动机功率范围在0.37~1.1kW之间,安全防护等级达到了IP 66/IP 69K。其典型的应用领域为输送机、泵、混合设备和搅拌设备等。

它的软启动功能减小了电动机的启动电流,对电动机的机械部件以及被输送的物质都有着很好的保护作用。这一驱动装置能够容忍很大的温度波动,适合于在-25~50℃的环境中使用。它所配用的SK 180E型变频器铝合金压铸外壳,能够承受最大七焦耳的冲击力。电动机的散热片非常平滑,易于清洁。

改进提高节能工具的细节

西门子公司对6.0版的节能软件Sina Save进行了彻底的改编。利用这一工具,用户可以在规划设计的早期阶段就能选择合适的调节控制方式,确定保证系统节能的最佳部件。

电网供电的或者可调转速电动机的驱动是节能型解决方案吗?什么样的解决方案最有意义?电动机对整体系统的节能效果有什么影响?这些和从2015年开始引进IE3节能电机时一直是令人关注的问题。

西门子的这一软件工具能够通过两种驱动和调节技术方案的对比直接给出比较结果。

提高能源利用效率

所有有着相同节能等级的电动机技术在额定工作点上都有着可供比较的工作效率,然而Danfoss公司指出,它们的启动状态或者在部分负荷工况下则有着很大的差异。电动机用户还应注意些什么?首先要根据应用确定合适的电动机。驱动系统在多大的转速时需要多大的输出扭矩?它的工作运行状况如何?需要特种电动机吗?例如驱动完全浸没在液体介质的泵?一个非常重要的关键条件就是要符合规定的安装尺寸,例如在更换电动机或进行生产线的维护保养工作时,对用户都提出了艰巨的挑战。若电动机工作时要与变频器配套使用,电动机的绝缘就要考虑变频器输出的脉动电压的问题,而这种情况在大多数老式电动机中是没有给予考虑的。

结语

使用什么样的驱动系统——IE2配变频器、IE3或者更上一层楼选择IE4电动机?我们的回答是:仅凭电机能效等级无法评判哪种驱动系统能够带来更多的好处,无论从应用还是成本费用的角度。没有一种电动机能够在各种情况下都提供最佳的效果。因此,依具体情况合适的选择仍然是至关重要的。

使用什么样的驱动系统——IE2配变频器、IE3或者更上一层楼的IE4电动机?仅凭电机能效等级无法评判哪种驱动系统能够带来更多的好处。

故障统计

电动机为什么出问题了?

Kuoolung=离合器

Rotor=电机转子

Wiklung=电机绕组

Lager=电机轴承

Extern=外部因素

Unbekannt=未知因素

电动机三分之二的故障都是由电机轴承和电机绕组带来的故障。


提高效率非常简单

当前,德国运转中的三相电动机大约有3500万台。其中只有少数电动机满足了IE2或者IE3能效等级的要求。其实,节约能源不是只盯着新型电动机,有时节能是一件很简单的事情,例如换一根横截面积更大的电机电缆就可明显节约更多的能源。而更换电缆的费用比更换大功率电动机电缆的成本费用明显要低很多。

在使用变频器时,电缆也有着非常重要的作用。当变频器直接位于电机内/旁时,其很短的导线明显比安置变频器配置在电气柜中要节约能源,因为无需电气柜中的冷却设备,也节约了更多的能源。最后,完全切断电源也可以节约大量的能源,因为待机模式会消耗相当大的电力能源。美国的检测报告指出,良好的电动机维护保养也可以节约2%~10%的能源费用,对电气技术基础知识的良好掌握可帮您节约大量的成本费用。

“目前我们正在努力开发集成了微型传感器的驱动装置,使设备能与中央信息系统联网,传输大量的数据信息。” Schaeffler公司的Robert Schullan先生说。