提高電動機(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或高科技風(fēng)力發(fā)動機(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機(jī)產(chǎn)品經(jīng)理John Malinowski說。
提高這些電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的效率能夠?yàn)檫@些地區(qū)的能源利用帶來巨大影響。據(jù)美國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，電機(jī)驅(qū)動過程并不會消耗大量的工業(yè)能源?！按蠹s三分之二的工業(yè)能源消耗來自于熱過程?！盨cheihing說。
但是，工業(yè)電動機(jī)系統(tǒng)確實(shí)也會消耗大量的電力。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)動系統(tǒng)消耗掉美國所有售出電力的23%，使之成為最大的單項(xiàng)電力終端用戶。“這個(gè)比例很可能從那時(shí)起并沒有多大變化?！盨cheihing說。
有很多技術(shù)能夠幫助我們減少電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的能源消耗。其中包括效率更高的電動機(jī)和電力傳動組件以及使用變速傳動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，美國工業(yè)中不太光彩的秘密是，大家并沒有充分利用這些簡單的能源節(jié)省技術(shù)。“仍然有很多節(jié)省能源的機(jī)會沒有被利用?！?Scheihing說。
為了提高電動機(jī)效率，供應(yīng)商們一直在調(diào)整其電動機(jī)設(shè)計(jì)。
例如，Baldor公司就完成了一種在感應(yīng)式電動機(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)沒有最大程度得以利用的原因是因?yàn)楸緡a(chǎn)機(jī)械和相關(guān)設(shè)備的采購方式以及電機(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、博世力士樂公司、羅克韋爾自動化公司、SEW-Eurodrive公司和西門子公司在內(nèi)的電機(jī)和自動化銷售商的工程師們都把矛頭指向了采購部門，說他們往往更注重機(jī)器的購買價(jià)格而不是運(yùn)行機(jī)器的生命周期成本?！昂芏喙镜牟僮鞑块T和采購部門之間沒有聯(lián)系?！?博世力士樂公司機(jī)械工具應(yīng)用經(jīng)理Karl Rapp先生說。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。
我們來舉一個(gè)例子，請看一看從減速電機(jī)驅(qū)動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?！?博世力士樂公司負(fù)責(zé)電動驅(qū)動與控制的銷售與市場經(jīng)理Dan Throne先生說?？稍偕阅芤话阒粫殡娏?yīng)增加500美元到1000美元的成本。“采購?fù)鶗f：‘500美元？不買。’” Throne說。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看到過這樣的實(shí)例，“增加1000美元的成本而一年就節(jié)省了4萬美元?！?
或者，讓我們來看看感應(yīng)電動機(jī)的例子，這是當(dāng)今工業(yè)中最常用的機(jī)型。美國電氣制造商協(xié)會（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)美國電氣制造商協(xié)會的統(tǒng)計(jì)，能源效率電動機(jī)，像以上西門子公司的這種型號，
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，增加高效電動機(jī)份額所面臨的問題是，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)定和購買的。Malinowski說，大約90%的電機(jī)購買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如此重要?！彼f。美國電氣制造商協(xié)會的Hoyt同意他的說法，“我們現(xiàn)在的重點(diǎn)就是在修理還是替換的決定上?！彼f。
設(shè)計(jì)的作用越來越重要
如果即便是很便宜的成本增加采購部門都拒絕且很多電機(jī)都是由工廠的維修人員決定是否購買的話，那么，機(jī)械設(shè)計(jì)師能在能源效率方面起什么作用呢？他們的作用會越來越重要。
其中一個(gè)原因是，已有和正要出臺的政府法規(guī)已經(jīng)開始青睞高效電動機(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)式電動機(jī)必須符合美國電氣制造商協(xié)會規(guī)定的超高效率標(biāo)準(zhǔn)。
Hoyt說，美國電氣制造商協(xié)會的成員還收到了美國能源部法規(guī)制定部門的提前通知，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)。美國電氣制造商協(xié)會并不贊同這些規(guī)定，他說。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)將會受益，一家致力于運(yùn)動控制市場研究的公司Incremotion Assoc.的總裁、著名的電機(jī)設(shè)計(jì)師Dan Jones預(yù)測說。
法規(guī)的發(fā)展傾向至少應(yīng)該是要推動新設(shè)備的設(shè)計(jì)者注意能源效率?！安痪?，機(jī)器建造者除了牢記能源效率進(jìn)行設(shè)計(jì)外就不會有什么其他選擇了?！蔽鏖T子公司致力于能源問題的一位商務(wù)開發(fā)經(jīng)理Dave Grucza說。
如果法規(guī)是在輕輕推動機(jī)器建造者的話，那么機(jī)器購買OEM廠商不久就可能會對他們進(jìn)行大力推動了。具有老派采購思想的那些供應(yīng)商注意到，尤其是在過去的兩年中，高級機(jī)械的購買者在做出采購決定時(shí)已經(jīng)開始密切關(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，自從2000年以來，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自于2億5千萬美元對新技術(shù)的投資以及過去五年中對作業(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)為我們在能源效率方面所做出的努力能影響到上游廠商以及他們的機(jī)械供應(yīng)商?！备Ｌ毓灸茉葱式?jīng)理Bill Allemon說。
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買價(jià)格之上的思想轉(zhuǎn)變開始滲透至整個(gè)工業(yè)范圍，因?yàn)樵絹碓蕉嗟墓鹃_始關(guān)注未來投資的能源效率回報(bào)和通過計(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一項(xiàng)設(shè)計(jì)策略的良好先兆?；蛘哒缥鏖T子能源與自動化公司總裁兼首席執(zhí)行官Dennis Sadlowski所說：“現(xiàn)在有關(guān)能源效率的案例越來越多地在工程部門和董事會會議上進(jìn)行討論了，而不是像以前那樣在工廠中討論?！?
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