機(jī)電一體化是國(guó)縫機(jī)節(jié)能和功效的品質(zhì)

   電機(jī)是一種應(yīng)用量大、使用范圍廣的高耗能動(dòng)力設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電機(jī)耗電約占工業(yè)用電總量的60%～70%。實(shí)際應(yīng)用中，我國(guó)電機(jī)的整體運(yùn)行狀況，同國(guó)外相比差距很大，機(jī)組效率約為75%，比國(guó)外低10%左右；系統(tǒng)運(yùn)行效率為30～40%，比國(guó)際先進(jìn)水平低20～30%。因此，我國(guó)的電機(jī)應(yīng)用具有極大的節(jié)能潛力，推行電機(jī)節(jié)能勢(shì)在必行。
 
    一、電機(jī)耗能現(xiàn)狀

    改革開放30多年來，我國(guó)在能源利用上取得“GDP翻兩番而能源消費(fèi)僅翻一番”的成就。但是，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)電力能源利用效率仍然較低，尤其是工業(yè)用電設(shè)備電能消耗高，浪費(fèi)情況較為嚴(yán)重。大量的工業(yè)設(shè)備如風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備以及傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)、機(jī)械加工設(shè)備等，多采用交流電動(dòng)機(jī)恒速傳動(dòng)的方案運(yùn)行，導(dǎo)致交流電動(dòng)機(jī)效率普遍較低。

    工業(yè)縫紉機(jī)、機(jī)械加工設(shè)備

    傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)電機(jī)是一款交流離合器電機(jī)，效率僅為40～50%；電機(jī)在工作時(shí)，不論縫制布料厚薄，始終全功率輸出；在縫紉機(jī)待料待機(jī)時(shí)，電機(jī)通過離合器脫開負(fù)載，繼續(xù)空載運(yùn)行，造成極大的待機(jī)損耗。在中低檔機(jī)械加工設(shè)備中往往采用摩擦片調(diào)節(jié)速度，利用摩擦片的摩擦作用降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的，不僅造成大量的制動(dòng)能耗，還加快了電機(jī)軸的磨損，降低電機(jī)使用壽命。

    目前，我國(guó)在家電行業(yè)已逐步采用變頻調(diào)速控制技術(shù)以降低能耗，而工業(yè)控制領(lǐng)域中的許多速度調(diào)節(jié)方法還停留在傳統(tǒng)技術(shù)層面上。根據(jù)美國(guó)能源部的一項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，如果采用最新的高效率電機(jī)設(shè)備和一定的變頻調(diào)速裝置來替代舊的電機(jī)設(shè)備，工業(yè)用戶至少能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上節(jié)省電能18%以上。目前許多國(guó)家均已指定流量壓力控制必須采用變頻調(diào)速裝置取代傳統(tǒng)方式，我國(guó)也在積極鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)采用高效、節(jié)能的電動(dòng)機(jī)、鍋爐、窯爐、風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備。
 
    二、機(jī)電一體化直達(dá)節(jié)能降耗

    隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，電子信息技術(shù)在產(chǎn)品中的應(yīng)用日趨成熟，傳統(tǒng)的電機(jī)技術(shù)與電子信息技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了“機(jī)電一體化”產(chǎn)品。“機(jī)電一體化”又稱“機(jī)械電子學(xué)”，是在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置、電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)地結(jié)合起來構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。“機(jī)電一體化”電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)有著質(zhì)的區(qū)別，“機(jī)電一體化”電機(jī)包含了控制部分既控制器及嵌入式軟件和驅(qū)動(dòng)部分既電機(jī)，它是利用嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的智能化模糊控制。這種智能化模糊控制不僅能有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行精度，而且可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載變化實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速、輸出功率，充分達(dá)到節(jié)能降耗的目的。下面舉兩個(gè)例子來說明“機(jī)電一體化”電機(jī)的使用效果：
 
    高效節(jié)能伺服控制電機(jī)在工業(yè)縫紉機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用

    前面提到傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)電機(jī)是一款交流離合器電機(jī)，效率僅為40～50%；電機(jī)在工作時(shí)，不論縫制布料厚薄，始終全功率輸出；在縫紉機(jī)待料待機(jī)時(shí)，電機(jī)通過離合器脫開負(fù)載，繼續(xù)空載運(yùn)行，造成極大的待機(jī)損耗。而高效節(jié)能伺服控制電機(jī)采用直流無刷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，效率達(dá)到70～80%；伺服控制系統(tǒng)內(nèi)含嵌入式軟件，系統(tǒng)隨時(shí)檢測(cè)縫制布料的厚薄，將信息實(shí)時(shí)傳遞給嵌入式軟件，通過軟件調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和輸出功率，始終使電機(jī)工作在最合理、最節(jié)能狀態(tài)；在縫紉機(jī)待料待機(jī)時(shí)，系統(tǒng)停止工作，沒有待機(jī)損耗。通過高效節(jié)能伺服控制電機(jī)替代交流離合器電機(jī)在工業(yè)縫紉機(jī)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，可在該領(lǐng)域節(jié)能50～60%，每臺(tái)縫紉機(jī)可節(jié)電576千瓦時(shí)/年，據(jù)縫紉機(jī)行業(yè)協(xié)會(huì)估算，全國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)使用的工業(yè)縫紉機(jī)至少200萬臺(tái)，那么隨著高效節(jié)能伺服控制電機(jī)的替代使用，可為社會(huì)節(jié)電11.52億千瓦時(shí)/年。
     
    三、電機(jī)節(jié)能的目標(biāo)與發(fā)展

    以電子信息技術(shù)為核心的“機(jī)電一體化”產(chǎn)品在節(jié)能降耗方面的作用已初現(xiàn)端倪，上述提到的幾個(gè)行業(yè)是能源浪費(fèi)較嚴(yán)重、正在大力推動(dòng)改進(jìn)的幾個(gè)例子，其實(shí)還有更多的行業(yè)有待挖掘。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)節(jié)能的前景十分看好。據(jù)國(guó)家能源部的初步估算：如果全面啟動(dòng)電機(jī)節(jié)能工程，開發(fā)以電子信息技術(shù)與傳統(tǒng)電機(jī)技術(shù)相結(jié)合的“機(jī)電一體化”產(chǎn)品，并替換現(xiàn)普遍使用的傳統(tǒng)交流電機(jī)，全國(guó)的用電量將下降15～20%而GDP保持不變。

    通過研發(fā)高效節(jié)能變頻電機(jī)、各種電子控制的節(jié)能伺服電機(jī)并形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，在工業(yè)設(shè)備、交通、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域推廣使用，將電機(jī)的平均能耗下降20～30%，這是電機(jī)行業(yè)“十一五”期間的節(jié)能目標(biāo)。通過開發(fā)擁有自主產(chǎn)權(quán)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行軟件和標(biāo)準(zhǔn)，大力推廣“機(jī)電一體化”和“光機(jī)電一體化”技術(shù)的應(yīng)用，以電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)電機(jī)技術(shù)，全面提升電機(jī)技術(shù)含量，增強(qiáng)電機(jī)智能化程度，推動(dòng)電機(jī)節(jié)能降耗，是未來一段時(shí)期內(nèi)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展方向。