欧盟委员会于2006年3月发布了一本“关于能效问题的绿皮书”。该委员会在所发表的大量文献的基础上认为,“欧盟可以以成本上有利的方式将目前的能耗降低20%”。它宣称“节能毫无疑问地是降低温室气体排放的最快速、持久和成本上最有利的方式”。能耗的大部分是转换产生的损耗(29%)及交通的消耗(20%)。在涉及能效范围的广泛领域,这两个领域对机电驱动技术来说特别重要。机电系统包含电气和机械的转换器。为了降低能耗,在每项应用中都应该将系统的总损耗降低到最小程度。为此必须研究出新的方法和手段。
机电传动系统的突出特点在于将电能转换为机械能或与此相反。在这些系统中常常还安装有电能的蓄能器和/或功率储蓄器。混合系统还另外包含将化学能量转换为机械能量的内燃机。图示为以三角图的形式表示这样一个电能、化学能和机械能的混合系统。机电系统是混合系统的一个部分。电机功率在电动机中转换为机械能,并通过适当的传动装置进行转换,使它以所需要的形式存在。如果把能量流通翻转过来,就会在这些系统和装置的发电机中用机械能生产出电能。机电系统的总效率由各个局部效率组成,在大多数情况下需要传动装置,是因为电气机械的转矩和力不符合装置的要求。所需要的很高的从动转矩或力可以用高变速比的传动装置产生。和直接驱动相比,使用什么样的变速比的装置在考虑效率的情况下更轻、更好、价格更合理,取决于许多因素。
图 机电系统中的设备
在进行由内燃机和变速箱组成的传统的传动线路的优化时可以得知,使用较差的局部效率的变速箱装置的总效率仍然是完全可以改善的。无级变速箱的局部效率要比开关变速箱差,但是可以更经常地在其最佳的范围进行内燃机的操作,以致可以在一定的运行周期中节约相当可观的燃料。这是带有功率放大变速箱的奥迪汽车销售时打动客户的一个重要因素。
至今为止,对于上述的机电传动系统没有进行系统的总体优化。在对机电设备的单个零部件进行试验性的和理论性的效率方面研究的同时,对于总体优化只是开始用数字优化方法进行工作。
且不谈总效率的优化,零部件效率的改善也要努力争取,特别是要测定一些重要的影响参数,并且要从现有的和有待新得出的试验结果中列出数学关系式。只有从这些用数学方法得出的公式化的关系式中才可以获得多参数的总体优化方法。通过敏感度分析可以研究各个参数对损耗及效率的影响。特别的创新在于各个机电系统的总体的系统优化。
风力发电设备是将机械能转变为电能,其特点是用高变速比的传动装置变“快”,而在升降设备、刮水器和座位调节设备上,从高速转动的轻型结构的电动机中产生出很高的从动转矩,在这里用高变速比的传动装置变“慢”。此外,对于使用非常不同的驱动发动机(内燃机、电动机)的车辆的混合驱动装置,在计算总效率的时候要考虑到电能和当时回收能量的储蓄问题。能效的课题具有长远的意义,因为单是在汽车领域,现今最主要的能源——石油在40~50年内将会枯竭,必须被其他能源所取代。有鉴于此,转换损耗的任何一点降低都是迫切需要的。
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