节能驱动解决方案

世界上几乎一半的电能是由工业部门使用的。而且，电力驱动约占电力消耗的三分之二。

在评估能源使用时，应始终考虑整个驱动系统——包括变频器、电机和变速箱。总效率决定了一个既定过程需要多少电能。虽然工作通常侧重于提高电动机的效率，但通过优化驱动器以适应操作过程，通常可以获得更大的节能效果。

节约能源是我们今天和将来面临的最大挑战之一。因此，Lenze采取了负责任的行动，并实施了有效的方法来使用驱动器来节省能源。

3种效率方法

有许多参数决定了驱动器的能源效率。在提高能源效率方面，也有同样多的潜在起点和相应的大量选择。通过对机械过程及其能量需求的分析，确定相应的措施。

三种方法可用于提高驱动器的能源效率:

1.电能的智能化利用

2.高效转换能源

3.利用回收的制动能量。

提高能源效率的最大潜力可以在电能的智能供应中找到(75%)。其次是使用具有高效率(15%)的驱动组件。进一步的潜力在于利用制动能量(10%)。

电能智能化

为了有效地利用可用的能量，电驱动输出的机械功率必须满足应用的实际需要。需要的最大功率和操作的波动都应考虑在内。

因此，智能的、以需求为导向的能源供应需要:

• 驱动器要根据所需要的最大机械功率来设计
• 机械输出功率要适应当前的需要，在许多应用中波动很大。

为了有效地实现这一点，重要的是要确保精确的设计，使用速度控制的驱动器，并在逆变器进行诊断。

精确的设计

驱动系统的最佳效率往往存在于额定功率附近的一个窄带内。然而，为了“安全起见”，许多驱动器都是超大的。因此，驱动器的操作远远低于其额定功率和效率显着降低。由于超大尺寸也意味着更高的采购成本，因此在提高能源效率时，首先要采取的措施是准确地将驱动器定向到应用所需的最大机械能。

调速驱动器

实际上在每一个机械过程中所需要的能量都是不同的。这在冷却和加热系统中尤其如此，因为泵和风扇的输出功率取决于当时的环境温度。如果吞吐量不恒定，物料处理技术中所需输出功率也可能出现较大波动。

为了提高效率，电机的输出功率必须适应这些不同的需求。变频器用于改变电机的速度，从而改变输出功率，即速度和转矩的乘积。在几乎所有的应用中，使用逆变器大大提高了能源效率。并且，在泵和风扇的应用中，节省高达60%的成本。

运动配置文件、诊断

动态运动序列可以设计，使能源效率尽可能高。例如，许多定位任务并不总是需要最大加速和制动时间。调整动态实际上大大减少了电机的损耗。

在趋向于静态的过程中，将电机的工作点调整到实际负载可以最大限度地减少损失。使用变频器来调整电机电压可以产生更好的效率，特别是对于使用标准三相交流电流电机的部分负载操作。

在受控驱动器中，逆变器记录驱动器的状态。这可以用于预防性维护，设计人员可以在设计中减少尺寸过大。

能量转换

当使用效率更高的标准三相交流电动机时，转换能量可以更经济。最常用的标准三相交流电动机具有不同的效率等级。自2011年起，只有能效等级为IE2或更高的电机才能在欧洲使用。目前，大多数广泛使用的IE1级电机不允许在新安装中使用。

效率等级为IE3的电机比等级为IE2的电机大得多，也贵得多，但输出功率相同，因此只应用于在额定速度和高负载下永久运行的应用中。通常，实现更高能源效率的更好解决方案是使用可根据应用调整驱动器输出功率的逆变器。

同步伺服电动机

作为一般规则，控制驱动器与异步电机也可以用于同步伺服电机。由于永励磁同步电机的电机磁化不是通过输入无功电流产生的，而是通过永磁体产生的，因此电机电流较低。这比使用相应的异步电动机可以实现更好的效率。而且，典型定位应用所需的能量减少了30%。

然而，较低的电机电流也意味着逆变器中发生的功率损耗较小，必要时可以选择较小的逆变器，这反过来又增加了驱动器的总效率。因此，很值得检查所有应用与控制驱动器，看看是否同步伺服电机与提高能源效率不会提供更好的解决方案。

变速箱效率

齿轮箱调节高电机速度到机械过程。最常用的比例是20左右。

这可以实现在非常高的效率水平与两级螺旋齿轮箱。蜗轮和锥齿轮齿用于直角齿轮箱。虽然蜗杆齿轮箱通常造成高损失，但锥齿轮箱可以使用更高的效率。

由于齿轮箱的效率提高，如果可以使用逆变器或更低功率的电机，则可以实现效率的额外增加。

逆变器

今天，逆变器的辅助功率约为15 W，主要用于提供控制电子设备。此外，逆变器的输出级有功率相关的损耗，这是由电机电流的水平决定的。选择的开关频率和电机电缆的长度对总损耗也有显著影响。目前逆变器的效率非常高，在94%到97%之间。

制动能量

大多数逆变器不能将制动能量提供给电源，因为这个过程会产生额外的成本，并且在许多情况下是不必要的。如果值得将电力恢复到市电，则必须在一个或多个逆变器的直流母线上连接额外的再生模块。因此，如果平均再生功率超过5千瓦，则使用再生模块具有经济意义。

在许多具有显著制动力的应用中，其他驱动器同时在电机模式下运行，例如连续生产线中的同步驱动器和放卷机。在这种情况下，逆变器的直流母线应该连接(直流母线连接)，以允许能量直接交换。直流总线连接也可以用来联合使用一个中央再生单位与几个驱动器，从而节省资金。

另一种可以使用制动能量的方法是将其存储在电容器中，然后在下一次加速或提升过程中再次使用。与再生装置相比，这种选择更便宜，但电容器的存储容量有限。目前，对于非常快的循环驱动器来说，能量存储是具有成本效益的。

- Mariusz Jamroz是Lenze的高级OEM商业工程师。CFE Media内容经理Mark T. Hoske编辑，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师，mhoske@cfemedia.com

www.lenzeamericas.com

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