Максимизация энергоэффективности с помощью электродвигателей

Электродвигатели являются движущей силой индустриального мира, эффективно преобразуя электрическую энергию в механическую. Электродвигатели используются во многих критически важных отраслях, включая промышленность, коммерцию, жилищное строительство, сельское хозяйство и транспорт.

Поэтому неудивительно, что системы с приводом от электродвигателей в настоящее время потребляют 50% всей электроэнергии во всем мире и 70% электроэнергии, используемой в промышленности (6000 триллионов ватт в час).1

Рост промышленной деятельности в развивающихся странах, таких как Индия, Китай и многие другие, будет способствовать дальнейшему использованию двигателей. Прогнозируется, что к 2040 году мировой рост количества систем с приводом от электродвигателей удвоится.

Увеличение доли рынка электромобилей в развитых странах и высокий спрос на отопление и охлаждение среди растущего населения развивающихся стран способствуют этому росту.

Система с приводом от электродвигателя (EMDS) обычно состоит из электродвигателя и устройства конечного пользователя: вентилятора, насоса, компрессора и т. д. Все чаще устройства управления входной мощностью и скоростью/крутящим моментом, называемые приводами с регулируемой скоростью (VSD), также становятся неотъемлемой частью EMDS.

Выходная мощность варьируется от долей киловатта (кВт) до тысяч киловатт. Химическая, бумажная, пищевая, металлургическая и текстильная промышленность широко используют электродвигатели для перекачивания, сжатия, вращения вентиляторов, перемещения, транспортировки и обработки материалов. Кроме того, электродвигатели используются в различных приборах в коммерческом и жилом секторах: от бытовых электрических зубных щеток до крупных систем кондиционирования воздуха в коммерческих зданиях.

В жилом секторе большую часть бытовой электроэнергии потребляют электродвигатели, используемые в холодильниках, стиральных машинах, кондиционерах и различных типах вытяжных вентиляторов (в том числе небольшой вентилятор жесткого диска компьютера). Ирригационные насосы, электрифицированные сельскохозяйственные машины и приборы также используют электродвигатели. В транспортном секторе электропоезда, электромобили, дроны, новые электрические корабли/лодки и самолеты используют электродвигатели.

Большинство электродвигателей представляют собой вращающиеся устройства; преобразованная механическая мощность доступна в виде крутящего момента (поворотной силы) на валу двигателя для выполнения важных задач по перекачке, вращению вентилятора или приведению в движение колес автомобиля. Взаимодействие магнитного поля и электрического тока создает крутящий момент в электродвигателе.

Источник постоянного тока (постоянный ток) или переменный ток (переменный ток) питает электродвигатель. Если электродвигатель преобразует механическую энергию в электрическую, он становится генератором, и, следовательно, на базовом уровне проектирования двигатель и генератор — одно и то же.

Электродвигатели можно классифицировать по конструкции, источнику питания и типу выходного движения. Однако эффективность всех двигателей рассчитывается путем деления выходной механической мощности на входную электрическую мощность, а входная мощность за вычетом потерь дает выходную мощность.

Потери двигателя классифицируются на потери в меди (потери тепла в токоведущих обмотках), потери в железе (потери тепла в железном сердечнике), механические потери (трение в движущихся частях) и паразитные или избыточные потери (неучтенные потери, возникающие в нагруженный двигатель). Превосходные материалы, оптимизация конструкции и подходы к проектированию, ориентированные на применение, могут привести к повышению эффективности до 99%.

Энергоэффективность является одним из наиболее экономически эффективных способов сокращения выбросов CO2, связанных с энергетикой, и компенсации роста спроса на энергию за счет экономии за счет повышения эффективности. В отчете МЭА (Международного энергетического агентства) за 2022 год об энергоэффективности было установлено, что накопленные меры по энергосбережению за счет повышения эффективности позволили сохранить стабильный спрос на энергию во многих развитых странах, несмотря на активную экономическую деятельность в последние десятилетия2.

Поскольку электроэнергетический сектор выбрасывает одну треть мирового объема CO2, связанного с энергетикой, энергоэффективность будет играть важную роль в достижении чистого нуля.3

Преимущества минимальных стандартов энергетической эффективности (MEPS) для электродвигателей были реализованы к 2008 году, что привело к утверждению стандарта IEC 60034-30 (Международный электротехнический комитет) для гармонизации классов эффективности электродвигателей во всем мире.