【導讀】能源報告顯示，電機能耗已經成為超過世界電能的存在，其二氧化碳的排放量讓人心驚。如何優化工廠生產系統的能源效率成為世界難題。電機大幅增長所需的能源使制造商對能源高能效系統的需求尤為迫切。
據國際能源報告1顯示，2006年電機能耗超過全世界電能的46%，相應的CO2 排放量達6040公噸。因此，電機驅動制造商需要增加先進的控制功能和支持系統能源效率優化的工具。全球普遍開始采用一種在工廠生產系統中優化能源效率的新型電機驅動生態系統。對于歐洲來說，慶幸的是，由于推行節能政策，電力消耗正以每年 1% 的速率下降。
在工廠中，電機最常用于泵、風機、壓縮機和傳送機，這些電機大部分可作為標準目錄產品。小型機器和設備中使用的小型電機（低于0.75kW）占全球總庫存的 90%，但所占的電機能耗不到10%，而但中型(0.75kW-350kW)工業電機卻常占全世界電機能源消耗的近70%。
在典型應用中，系統消耗的電能中只有50%轉換為有用的機械能，這引起了全世界的能源監管機構和工廠經營者的關注。過去幾年來，美國、中國、歐洲和其他地區的監管機構已引進最低能效標準(MEPS)。目前高級電機額定能效水平在最低80%至最高96%的范圍內，因此工廠經營者正在尋找除電機以外其他確保節能的方法。
圖1：機器自動控制需要多反饋控制回路，并在功率逆變器和控制通信電路之間設置安全隔離屏障
圖 1 給出了現代化工廠中自動化機器操作或工藝過程中的主要元件。此方法能夠優化機器操作和工藝過程，將能效和生產效率提升到全新的水平。高效的扭矩生成：算法和以太網
有多個決定電機效率和整個生產過程的控制層。第一個控制層調整功率逆變器切換序列，以控制電機電壓和電流，并最大化扭矩生成效率。接下來是實現高效操作機器的位置和速度控制器。在過程設備中，這可以驅動最優泵流量，而在自動化設備中，可作為一系列速度或位置命令來執行裝配功能。
在后一種情況中，對機器控制器而言，速度控制的響應時間可能比扭矩生成的效率更關鍵。由于工廠網絡中還連接有通過高速數據網絡同步的多個電機，因此通信和系統層的重要性正在增加。過程管理器可以按照需求有序啟動機器，不需要使機器在空閑模式下等待。聯網安全功能支持高效設備啟動和停止，實現最低停機時間。工廠管理者通過跟蹤電機驅動運行和診斷數據來提高過程能源效率和可靠性。
圖2：PMSM和AIM 電機具有相似的定子，但具有及其不同的轉子磁場結構。
電機效率是任意給定速度和端電壓下每安培生成扭矩的函數。電機通過趨于將其內部磁場對齊的力生成扭矩。在圖2的交流電機中，這些力通過定子和轉子磁場的交互生成。交流電機在定子電流與轉子運動同步時生成恒定扭矩，以維持連續的磁場錯位。交流電機轉速與電機電流的頻率直接相關，速度控制需要可變頻率電壓源。
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