Global site

ABB的网站使用cookies。访问或使用本网站表明您接收我们使用cookie。 了解更多

寻找经济合算的节能增效解决方案

欧洲生态设计标准通过提高电力的使用效率,推广更高效的机器和工艺,刺激了市场对于在这些机器和工艺中使用的高效产品的需求。新的生态设计标准EN50598-2主要关注两种产品:变频器和电机。该标准针对变频器制定了国际效率或IE等级,针对变频器加电机成套设备制定了国际效率体系(IES)等级。

此外,欧盟640/2009号法规(EC)规定,自2015年1月1日起出售的新IE2电机(从7.5 kW到375 kW),需要安装变频器(VSD)。新发布的EN 50598-2标准为关注电机加传动效率——最终关注完整的传动系统(如:电机、变频器和泵)——的未来规范奠定了基础。

芬兰的一家泵制造商Kolmeks发现客户对效率的需求越来越高,试图寻找更高效的电机和传动解决方案。产品经理Jori Suokorte解释道:“生态设计指令只是设定了业内需要的最低标准。有时顾问们想让我们选择优于法定最低要求的产品。”
 

审视诸多选择

尽管存在诸多法规与标准,了解更高效的电机和传动的可选方案是要做的第一步。从设计来看,变频器一般是非常高效的。任何变频器都有能量损耗,但与在线直接启动的电机相比所节约的能源,很容易就能弥补这些损耗。

剩下的就是电机了。电机效率关注的是减少热损失,这些损失一般是来自转子,减少这些损失可以节约能源。目前,有三个主流的电机效率提升方案。

添加活性材料

一般向定子绕组中添加活性更强的材料(通常是铜),改进感应电机的效率。感应技术与电机结构没有变化,因此,常用的维护时间表/维修车间不需要更改。转子还是会有电流损失,所产生的热量被转移至电动机机壳和轴承。电机轴承故障是感应电机失灵的主要原因。此外,在定子中添加铜会扩大机框尺寸,并且增加电机的重量,这两点都是机器制造商需要考虑的因素。
提升感应电机的效率一般需要添加活性更强的材料。这将增大电机的重量和尺寸。

使用永磁体

第二个方案就是使用永磁电机。电机转子的设计中融入了稀土永磁体,消除了对磁化电流的需求。正因为如此,就没有了转子电流,因而基本没有热量转移到电机和轴承的剩余部分,这可直接提升电机的能源效率。然而,与感应电机不同的是,永磁电机需要使用变频器控制电机。变频器会持续改变定子的磁场,引起旋转。稀土磁铁受市场情况的影响较大,因而其价格有很大的波动性。此外,维护也变得更具挑战性。需要能在强大的磁力下工作,同时又能确保拆卸电机时磁铁不受损坏的经认证的维修店。在计划维护期间,这可能延长电机不可用的时间。需要在电机的生命周期内考虑这些成本。

两者之间

同步磁阻电机是第三个选择。同步磁阻电机利用了更简单、更可靠的感应电机以及更高效的永磁电机,但没有使用稀土磁铁。让这成为可能的是电机的转子设计。转子利用的是感应电机的定子,被与定子的磁场相匹配的、专门设计的转子所替代。与永磁电机类似,同步磁阻电机也需要使用变频器来控制电机。变频器计算的是磁场的偏斜角,从而引起旋转。从生命周期的角度来看,同步磁阻电机的维护方式与感应电机相同,不需要经认证的维修店,因为没有稀土磁体。由于不采用稀土磁体,电机的销售价格就没有那么大的波动性。不需要转子磁化电流,转子的运行温度更低,这意味着转移到电机和轴承上的热量更少。

ABB的同步磁阻转子设计与定子的磁场一致,变频器计算旋转轴的偏斜角。

这对生态设计标准而言意味着什么?

新的EN 50598-2标准为完整的传动模块(变频器和与变频器连接的任何附属设备,如:制动斩波器、EMC滤波器等)定义了IE等级。它还定义了动力传动系统国际效率体系,或IES等级,其考虑了电机与完整传动模块。需要注意的是,完整传动模块 IE等级是在频率达到90%、总电流达到100%时确定。这与电机不同,电机的IE等级是在电机速度达到100%、电机扭矩也达到100%时确定的。不能将完整传动模块 IE等级和电机IE等级相加得到IES等级。

要获得IES等级,测量或计算时需要考虑电机和完整的传动模块。这是由变频器或电机的制造商完成的。此处的标准确定了制造商是否只生产变频器或电机(不会同时生产变频器和电机),制造商应利用电机参考模型或完整传动模块参考模型(如EN 50598-2中所定义)。就既生产变频器和电机的制造商而言,制造商可在不利用参考模型的情况下确定IES等级。

IES 等级有什么样的作用?

此外,对完整传动模块和IES等级而言,共定义了八个操作点,每个点分别提供了能效值。这些值可用于帮助计算机器在不同操作点时的总效率,帮助计算投资回收期,甚至帮助估计可能节约的能源和减排的CO2。这些操作点甚至可以帮助进行系统选型。

泵是一个很好的实例。泵通常在最佳效率区间,以部分负荷运行。如果泵制造商需要为完整的泵系统(电机、变频器和泵)提供效率信息,泵制造商将向变频器和电机制造商了解IE和IES信息。如果产品来自同一个制造商,该制造商可以直接提供IES。

ABB是第一家根据EN 50598-2为其IE4 同步磁阻电机加变频器成套设备提供经验证的效率值的制造商。除标准中定义的八个操作点外,我们还额外提供八个操作点,一共16个。正是因为这些声明中列出的部分负载效率值,Kolmeks才决定采取ABB的解决方案。正如Jori Suokorte所解释的:“我注意到,在同步磁阻电机中,在部分负载条件下,机器的能效非常高,这是我们——泵技术人士——所关心的,因为在很多时候(几乎总是),部分负载条件下的能效,甚至比最大负载下的能效还要重要。这是因为,当你使用变频器进行速度控制的时候,泵运行时的电力消耗较少,当你在该点达到较高的效率时,它会让你的生命周期成本降到非常低的水平。”Suokorte称:“高能效是我们选择同步磁阻电机的最主要原因,因为在今天,所有客户都需要高效率、低生命周期成本的设备。这是我们对同步磁阻电机感兴趣的最主要的原因。”

芬兰的泵制造商Kolmeks现在提供的泵使用的是ABB的IE4 同步磁阻电机加变频器成套设备,可以满足客户日益苛刻的能效要求。

不仅仅适用于水泵

ABB的同步磁阻成套设备可实现节能的领域,不仅仅限于水泵和风机,对压缩机和各种工业应用而言,它们也是非常好的解决方案——尤其是恒转矩应用。

挤压也是一种恒转矩应用。制造商正在寻找在不对现有机器进行设计变更的前提下节约能源的方式。在英国的诺丁汉郡,Synseal Extrusions用ABB 的同步磁阻电机加传动成套设备替代有着20年历史的挤压机伺服电机。在这种恒转矩应用中,这样的升级每年可让每台挤压机节约20%的运行成本,每年可节约大约1200美元。拔丝机等其他连续工艺设备也可实现这样的成本效益。

同步磁阻电机加变频器成套设备被用于泵、风机和压缩机等恒转矩(挤压机等)和平方转矩应用等。

了解各种方案

今天能效更高的电机和变频器让机器制造商有了很多选择。寻找能提供所需的效率,同时又将生命周期成本控制在较低水平的解决方案,对机器制造商及其客户而言,都大有裨益。新的欧盟生态设计标准和法规将继续提升产品的效率,在ABB,我们将继续提供优秀的解决方案,助力客户在当前和未来取得成功。 

分享本页

  • 联系我们

    在线查询,我们将主动联系您

    联系我们