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快速回收成本的高效动力驱动方案 |
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newmaker 来源：流程工业 |
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在世界各地，成千上万的电机工作在工业企业中，它能使风机和搅拌机旋转，能驱动流程泵和传送带工作，最重要的是它们具有很大的节能潜力。为此我刊向一些业内企业了解了电机节能技术的最新动态。发现是否充分挖掘了电机的节能潜力并不取决于电机的生产厂，而是取决于用户。
高效率是电机技术发展的方向。到2010年时，仅欧盟就可因使用高效电机而减少20%的CO2排放。据SEW公司估计，利用节能电机可以实现的减排量约为这一数据的3倍，再加上优化的机械系统后可以实现6倍的减排量。不仅如此，凡是利用优化了的动力驱动技术降低了CO2排放的企业，还能明显的节约能源费用。它们是如何实现节能-减排“双赢”的呢？
ZVEI专业协会的负责人Reinhard Hüppe博士介绍说：“在德国，总共安装使用的动力驱动装置约有3000万台。其中只有12%使用了节能的调速装置；其余的动力驱动装置中有50%是可以安装调速系统的。”据ABB公司估计，中等电压类别的电机中只有大约4%的电机采用了节能驱动技术。
流程工业领域中的耗电大户是压缩机、空压机、传送带、搅拌机和粉碎机，也包括加热、通风和空调用的泵用电机。专家们估计的节能潜力究竟有多少呢？西门子自动化与驱动集团的Peter Zwanziger博士在谈到这一问题时说：“首先是辅助流程，即不直接参与流程工艺生产过程的辅助流程。例如生产准备流程和辅助原材料的输送流程、空调设备以及废料处理设备等等。”这些流程设备中都有很大的节能潜力。
现有的节能技术已经非常成熟，可供工业化应用了。例如西门子公司研发生产的N系列高速电机，就有着很高的效率、紧凑的结构和少维护保养的特点。该系列电机的电压范围在400~600V，功率范围在200~1050kW。在强制通风和特殊转子的帮助下，该系列的电机转速可达5000r/min。高减震性能的减震元件将其与地基连成一体，即使在高转速时也无需采取其它减震措施。若配用Sinamics G130和G150型变频器后，可构成有效的节能驱动系统。
在Nord公司研发生产的减速机中，所有的轴承都安装在整体式的轴承座中，没有承受扭矩和横向力作用的受压面，保证以任何方式安装电机，都不会出现问题。Nord公司可供应圆柱齿轮减速机、锥齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机和行星减速机以及皮带调节、摩擦轮调节的减速机；减速机的输出扭矩范围在0~100 000Nm。这些减速机的电机功率范围为0.12~200kW。其Atex系列减速机的应用领域还将进一步的扩大，采用变频器调速的电机和减速机允许在“高安全性”（EX e）的工作条件下使用。变速电机的重量减轻了1/4，其售价也比“耐压级”（Ex de）低40%。
Nord公司的减速机产品目录覆盖了0.12~200kW的功率范围
更高的能源利用率
优化后的驱动系统的经济性也提高了不少，在使用年限为10年，每年工作2000h时，其销售价格降低了3％，能源费用则减少了95％以上。
因此，德国VDMA协会的负责人Thorsten Herdan先生坚信，未来的动力驱动能源费用在采购时有着决定性的意义。本文给出的表格中明确的说明了ABB公司使用转速调节装置和改用高效节能电机所得到的效益。据他们估计，在未来10年的时间里仅采用转速调节系统的流程泵和ABB公司研发生产的通风机械就可以实现每年节约能源50 000GWh的目标。对于许多企业来讲，如何有效的利用电能、充分挖掘节约潜力有着重要的意义。
对此，SEW公司用自己的模块式驱动系统结构方案给出了回应，其每一个组成模块都经过了高效优化设计，工作效率很高；各个部件的组合即可达到很高的节能效率。这一模块化的结构设计不仅仅只是由一个个节能的部件构成的，而且还包括了可能的、与具体使用调节相匹配的电机、变速器、控制技术和软件的组合。
适用于老设备的新技术
购买新的？还是改造旧的？部分的还是全面的现代化改造？在做这些决策时经济性的高低起着重要的作用。西门子公司的专家认为，当旧设备的机械部件还有较好的或者很好的工作状态、而其自动化和驱动技术跟不上当今的水平时，现代化技术改造是比购买新设备更加经济的解决方案。
对旧设备进行的新控制系统和驱动系统的技术改造同样能够带来令人惊讶的生产效率和加工精度。作为一个大体的计算公式，视具体设备的功率大小，老式设备的现代化技术改造一般可以比新购置的同类设备减少20%~60%的投资。同时，通过精心的设计规划、具体可行的技术改造实施方案，几乎可以在设备不停机的情况下完成设备的现代化技术改造。
例如一台压光机（多个可加热辊筒构成的系统）的技术改造能够使它有着比原设备更高的生产效率。在精确的控制和调节系统的帮助下，技术改造后的压光机生产效率提高的百分比可以达到两位数，同时其驱动系统也有着明显的节能效果。此外，还能提高产品质量。
小结：实践告诉我们，原材料生产企业中现有的生产设备有着很大的节能潜力。最大的节能挖潜领域是在动力驱动系统的优化之中，即将恒定转速的驱动装置改造成为使用变频器的动力驱动系统。尤其是在部分负荷的工作条件下工作的设备，例如泵用电机、通风电机和压缩机电机等等，它们可以实现的节能比例高达50％。据生产厂的分析，在补充使用变频器之后，可以在短短的几个月内收回变频器的投资。
Namur的专家们对电机的特性进行了总结
通常情况下，化工企业使用的是标准电机，即三相异步电机。这种电机可以在不更换电机支座的情况下方便的进行更换。在化工企业中，应根据电机使用的具体区域和防爆要求选择防爆等级Ex d（隔爆型），EX e（本安型）或者Ex nA（无火花型）。区域和防爆等级的不同组合构成了标准电机不同的使用场合。此外还有小于标准规定的和大于传动电机规格和功率的电机品种。而电机的结构类型、冷却方式以及电机的辅助部件等又都再次提高了电机的复杂程度。在PROLIST/ecl@ss中，Namur的专家们对电机的特征进行了总结和归类，以便能详细的描述它们的特点。他们汇总的电机特征超过了200多个，按照不同的工作需要进行了分类。
首先要注意按照Ex安全防爆要求和规范选择防爆等级合适的电机，合适的过载继电器以及可靠的温度保护传感器也是选择电机时必须考虑的问题。尤其在调速电机的选择中，其监控设备必须与其扩展的工作范围相匹配。在Ex易燃易爆危险场合中使用的，带有变频器的普通电机必须具有允许电机与变频器组合使用的认证证书。(end)
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(投稿)
(7/20/2008) |
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