一次拯救一個電機(jī)的地球

本博客系列將從許多不同的角度探討電機(jī)驅(qū)動器 - 從架構(gòu)到電源管理，從連接到網(wǎng)絡(luò)安全，以及介于兩者之間的更多內(nèi)容。我們從上到下開始，第一篇博客著眼于如何使電機(jī)更具可持續(xù)性，在減少導(dǎo)致氣候變化的有害排放方面發(fā)揮重要作用。

2015年的《巴黎協(xié)定》制定了到1年將全球變暖限制在5.2050°C的計劃。要在 1 年實現(xiàn) 5.2050°C 的目標(biāo)，需要將當(dāng)前 CO 減少 >80%2排放。目前的軌跡是全球變暖1.9°C至2.9°C，這將導(dǎo)致全球GDP大幅下降，使世界33%的人口流離失所，并每年造成數(shù)萬億美元的災(zāi)害相關(guān)損失。世界已經(jīng)升溫了1.1°C，專家表示，到1年代，它可能會突破5.2030°C。

圖1概述了通過降低CO實現(xiàn)1.5°C目標(biāo)的路徑2排放至 6 Gt CO2，如《2019年世界能源展望》[1]所述。CO減排量最大2作為《巴黎協(xié)定》一部分的排放量效率為37%。含有 25% 的一氧化碳22022年工業(yè)排放，加快工業(yè)能效投資將是2050年實現(xiàn)凈零排放的關(guān)鍵部分。

圖 1：CO 的路徑2減排量

為什么工業(yè)電機(jī)很重要

2022 年全球電力供應(yīng)量為 28，642 太瓦時，貢獻(xiàn)了 13.6 Gt 的碳排放量（占全球 CO 的 36%）22022 年的排放量）。工業(yè)消耗全球30%的電力，在工業(yè)中，電動機(jī)占電力消耗的69%。顯然，這些組件的效率對圖1中確定的效率節(jié)約具有潛在的關(guān)鍵貢獻(xiàn)。最基本和最低效率的運動解決方案基于直接交流并網(wǎng)三相電機(jī)，這些電機(jī)使用開關(guān)設(shè)備提供開/關(guān)控制和基本保護(hù)。這些運動解決方案以相對固定的速度運行，不受任何負(fù)載變化的影響。輸出變量的調(diào)整（例如泵和風(fēng)扇中的流體流量）通過節(jié)氣門、阻尼器和閥門等機(jī)械控制來實現(xiàn)，而顯著的速度變化則通過齒輪實現(xiàn)。

如圖3（b）所示，增加整流器、直流母線和三相逆變器級，可創(chuàng)建一個具有可變頻率和可變電壓輸出的逆變器，該逆變器應(yīng)用于電機(jī)以實現(xiàn)變速控制。這種變頻驅(qū)動電機(jī)通過以負(fù)載和應(yīng)用的最佳速度運行電機(jī)來顯著降低系統(tǒng)能耗。示例包括更高效的泵和風(fēng)扇。當(dāng)添加到泵、風(fēng)扇或壓縮機(jī)的現(xiàn)有電機(jī)中時，逆變器通?？梢詫⒐慕档蛜3%。對于更高性能的運動控制應(yīng)用，VSD（圖 3（c））可實現(xiàn)精確的扭矩、速度和位置控制。

圖 3：（a） 并網(wǎng)交流電機(jī) （b） 變頻饋電電機(jī) （c） 變速電機(jī)驅(qū)動

據(jù)估計，該行業(yè)所有部署的電機(jī)中有20%至30%是逆變器驅(qū)動或連接到VSD。通過將更多部署的運動資產(chǎn)從并網(wǎng)電機(jī)轉(zhuǎn)移到逆變器驅(qū)動或變頻器驅(qū)動，我們可以顯著降低能耗和一氧化碳2工業(yè)中部署的~450μ電機(jī)的排放。這種能耗的降低將實現(xiàn)更可持續(xù)的制造，同時減少一氧化碳2排放。據(jù)估計，如果所有部署的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)都以最高效率運行，它將減少10%的全球電力需求，并去除2490公噸一氧化碳。22030年的排放[4]。

電機(jī)效率標(biāo)準(zhǔn)

為了加速部署更高效的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，國際電工委員會（IEC）為節(jié)能電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的定義做出了貢獻(xiàn)。這包括電機(jī)的IEC 60034-2-1測試標(biāo)準(zhǔn)和IEC 60034-30-1分類方案，該方案由四個級別的電機(jī)效率（IE1至IE4）組成，IE5級別將在未來推出。更高的標(biāo)準(zhǔn)可以通過更高效的電機(jī)設(shè)計或通過在標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)設(shè)計中添加逆變器或VSD來實現(xiàn)。隨著效率等級變得越來越嚴(yán)格，僅通過改進(jìn)電機(jī)設(shè)計來滿足它們變得越來越具有挑戰(zhàn)性，而且成本也越來越高。除了變速控制在應(yīng)用中提供的額外好處外，大多數(shù)工業(yè)電機(jī)的VSD連接案例也變得越來越引人注目。

審核編輯：郭婷