一次拯救一个电机的地球

本博客系列将从许多不同的角度探讨电机驱动器 - 从架构到电源管理，从连接到网络安全，以及介于两者之间的更多内容。我们从上到下开始，第一篇博客着眼于如何使电机更具可持续性，在减少导致气候变化的有害排放方面发挥重要作用。

2015年的《巴黎协定》制定了到1年将全球变暖限制在5.2050°C的计划。要在 1 年实现 5.2050°C 的目标，需要将当前 CO 减少 >80%2排放。目前的轨迹是全球变暖1.9°C至2.9°C，这将导致全球GDP大幅下降，使世界33%的人口流离失所，并每年造成数万亿美元的灾害相关损失。世界已经升温了1.1°C，专家表示，到1年代，它可能会突破5.2030°C。

图1概述了通过降低CO实现1.5°C目标的路径2排放至 6 Gt CO2，如《2019年世界能源展望》[1]所述。CO减排量最大2作为《巴黎协定》一部分的排放量效率为37%。含有 25% 的一氧化碳22022年工业排放，加快工业能效投资将是2050年实现净零排放的关键部分。

图 1：CO 的路径2减排量

为什么工业电机很重要

2022 年全球电力供应量为 28，642 太瓦时，贡献了 13.6 Gt 的碳排放量（占全球 CO 的 36%）22022 年的排放量）。工业消耗全球30%的电力，在工业中，电动机占电力消耗的69%。显然，这些组件的效率对图1中确定的效率节约具有潜在的关键贡献。最基本和最低效率的运动解决方案基于直接交流并网三相电机，这些电机使用开关设备提供开/关控制和基本保护。这些运动解决方案以相对固定的速度运行，不受任何负载变化的影响。输出变量的调整（例如泵和风扇中的流体流量）通过节气门、阻尼器和阀门等机械控制来实现，而显着的速度变化则通过齿轮实现。

如图3（b）所示，增加整流器、直流母线和三相逆变器级，可创建一个具有可变频率和可变电压输出的逆变器，该逆变器应用于电机以实现变速控制。这种变频驱动电机通过以负载和应用的最佳速度运行电机来显着降低系统能耗。示例包括更高效的泵和风扇。当添加到泵、风扇或压缩机的现有电机中时，逆变器通常可以将功耗降低~3%。对于更高性能的运动控制应用，VSD（图 3（c））可实现精确的扭矩、速度和位置控制。

图 3：（a） 并网交流电机 （b） 变频馈电电机 （c） 变速电机驱动

据估计，该行业所有部署的电机中有20%至30%是逆变器驱动或连接到VSD。通过将更多部署的运动资产从并网电机转移到逆变器驱动或变频器驱动，我们可以显著降低能耗和一氧化碳2工业中部署的~450μ电机的排放。这种能耗的降低将实现更可持续的制造，同时减少一氧化碳2排放。据估计，如果所有部署的电机驱动系统都以最高效率运行，它将减少10%的全球电力需求，并去除2490公吨一氧化碳。22030年的排放[4]。

电机效率标准

为了加速部署更高效的电机驱动系统，国际电工委员会（IEC）为节能电机标准的定义做出了贡献。这包括电机的IEC 60034-2-1测试标准和IEC 60034-30-1分类方案，该方案由四个级别的电机效率（IE1至IE4）组成，IE5级别将在未来推出。更高的标准可以通过更高效的电机设计或通过在标准电机设计中添加逆变器或VSD来实现。随着效率等级变得越来越严格，仅通过改进电机设计来满足它们变得越来越具有挑战性，而且成本也越来越高。除了变速控制在应用中提供的额外好处外，大多数工业电机的VSD连接案例也变得越来越引人注目。

审核编辑：郭婷