據(jù)國(guó)際能源署（IEA）稱，全球約有一半的電力用于電動(dòng)機(jī)。工業(yè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)約占所用制造電力的70％。
    在美國(guó)，泵系統(tǒng)占所有工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)電力的約40％。趨勢(shì)是設(shè)計(jì)更高效的泵系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)最高的節(jié)能回報(bào)。

    在許多應(yīng)用中，使用兩種方式之一來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力。可以使用節(jié)流閥或使用變速驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)電機(jī)速度來(lái)機(jī)械控制它們。限制系統(tǒng)中流動(dòng)的節(jié)流閥在機(jī)械和電氣上都是低效的。

    因此，調(diào)節(jié)泵速和流量的優(yōu)選方式通常是變頻驅(qū)動(dòng)器（電磁流量計(jì)）。電磁流量計(jì)將頻率電氣地改變?yōu)锳C電動(dòng)機(jī)的頻率。電動(dòng)機(jī)速度與頻率直接相關(guān)，而電動(dòng)機(jī)電流與所需轉(zhuǎn)矩成正比。隨著離心泵速度的降低，所需的扭矩和電機(jī)電流急劇下降。

    了解使用變頻器（電磁流量計(jì)）的泵運(yùn)行
    在離心泵操作中，流量與速度下降成比例地減小。換句話說(shuō)，速度降低50％會(huì)使流量減少50％。然而，產(chǎn)生的壓力或壓頭減小了速度的平方。速度降低50％可使壓力降低25％。由于功耗與工作有關(guān)，因此當(dāng)流量和壓力都降低時(shí)，所需的相對(duì)工作量將大大減少。功率降低是速度降低的立方。因此，當(dāng)電機(jī)速度降低50％時(shí)，與全速運(yùn)行相比，所需的功率為（0.5）3，即所需電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電流的12.5％。這被稱為親和力法。

    泵匹配到電磁流量計(jì)
通過(guò)降低泵速可以實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。但是，根據(jù)所需的流量和壓力為應(yīng)用選擇正確的泵仍然至關(guān)重要。與往常一樣，必須評(píng)估泵速 - 扭矩曲線。泵速降低時(shí)存在機(jī)械限制。例如，體積可以減少到泵不能滿足系統(tǒng)要求的程度。

    變速電機(jī)為使用滿足當(dāng)前需求的泵提供了更大的靈活性，并可能在未來(lái)增加。電磁流量計(jì)通過(guò)低于設(shè)計(jì)的壓力限制來(lái)幫助提高泵的使用壽命。它還能提升速度，減少機(jī)械沖擊或水錘，并使功率與性能相匹配。雖然電磁流量計(jì)在幫助系統(tǒng)保持最高效率方面值得稱贊，但它們也有可能損壞它們驅(qū)動(dòng)的電機(jī) - 除非采取措施減少其有害影響。

    了解電磁流量計(jì)對(duì)電機(jī)的挑戰(zhàn)
    電磁流量計(jì)帶來(lái)的挑戰(zhàn)與它們用于調(diào)制提供給電機(jī)的頻率和電壓的脈沖寬度調(diào)制（PWM）功率波形有關(guān)。反過(guò)來(lái)，這會(huì)控制電機(jī)速度。在電磁流量計(jì)中，整流器將AC轉(zhuǎn)換為DC電壓，晶體管（開(kāi)關(guān)） - 稱為逆變器部分 - 產(chǎn)生脈沖以輸出模擬所需頻率的正弦波的波形。PWM開(kāi)關(guān)波形會(huì)影響電機(jī)的繞組絕緣和軸承壽命。

    更具體地說(shuō)，PWM可以使電動(dòng)機(jī)繞組經(jīng)歷遠(yuǎn)高于其標(biāo)準(zhǔn)電壓極限的電壓尖峰。例如，在三相交流線路電壓上，標(biāo)準(zhǔn)正弦波功率從一個(gè)峰值轉(zhuǎn)換到下一個(gè)峰值需要大約8毫秒。PWM會(huì)導(dǎo)致電壓急劇上升，從最小值到最大值脈沖小于0.001毫秒或1微秒（μs）。由于這些尖峰超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)絕緣的極限，因此與繞組未超過(guò)額定最大電壓時(shí)可能出現(xiàn)的情況相比，它們會(huì)導(dǎo)致電機(jī)絕緣快速擊穿。

    波反射是另一種可能影響峰值電壓及其對(duì)電機(jī)繞組影響的現(xiàn)象。波反射是波浪上升所需時(shí)間和電磁流量計(jì)與電機(jī)之間電纜長(zhǎng)度的函數(shù)。反射回到其源頭的反射波可以成為入射波的附加波。電纜越長(zhǎng)，波反射越大。反射波形可能會(huì)損壞電磁流量計(jì)和電機(jī)。當(dāng)電磁流量計(jì)與其控制的電機(jī)之間的距離超過(guò)電磁流量計(jì)制造商建議的距離時(shí)，應(yīng)考慮這種現(xiàn)象。允許在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生更大距離的技術(shù)可以添加到系統(tǒng)中。





    電機(jī)繞組和電磁流量計(jì)損壞不是受PWM影響的唯一問(wèn)題。軸承過(guò)早失效也可歸因于快速上升的電壓脈沖。用于實(shí)現(xiàn)所需PWM波形的高開(kāi)關(guān)頻率逆變器導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子和定子之間建立電容能量。

    如果這種能量在通過(guò)電機(jī)軸承的路徑上釋放，則可能導(dǎo)致放電加工（EDM），也稱為凹槽，這可能導(dǎo)致軸承過(guò)熱并可能過(guò)早失效。

    由于在標(biāo)準(zhǔn)逆變器上使用PWM波形而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子和定子之間的電壓差也會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的軸承。

    電磁流量計(jì)使用脈沖直流電壓來(lái)產(chǎn)生模擬正弦波，其具有在轉(zhuǎn)子和定子之間建立差分電荷的效果。

    由標(biāo)準(zhǔn)正弦波功率驅(qū)動(dòng)的三相電機(jī)具有均衡電荷。然而，PWM波形不是真正的正弦波。相反，電磁流量計(jì)使用脈沖直流電壓來(lái)產(chǎn)生仿真正弦波，其具有在轉(zhuǎn)子和定子之間建立差分電荷的效果。稱為共模電壓（CMV），必須通過(guò)軸接地和正確的系統(tǒng)安裝來(lái)減輕轉(zhuǎn)子和定子之間建立的差動(dòng)電荷，以避免損壞軸承。

    保護(hù)支持電磁流量計(jì)的電機(jī)
    意識(shí)到這些挑戰(zhàn)，許多電機(jī)制造商已經(jīng)創(chuàng)建了專門(mén)設(shè)計(jì)用于電磁流量計(jì)的產(chǎn)品線。這些電機(jī)包括專門(mén)設(shè)計(jì)的繞組和軸承保護(hù)，可減輕PWM波形對(duì)電機(jī)的某些影響。向電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致增加了逆變器線作為整體馬力隨機(jī)繞線電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能。電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)也經(jīng)歷了變化，以適應(yīng)電磁流量計(jì)應(yīng)用，以及消除軸電流。

    為了防止超過(guò)其額定電壓的電壓尖峰，逆變器負(fù)載電機(jī)設(shè)計(jì)用于電磁流量計(jì)，通常包括額定處理發(fā)生的電壓尖峰的逆變器負(fù)載絕緣系統(tǒng)。絕緣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）監(jiān)管，該協(xié)會(huì)規(guī)定了每種絕緣必須承受的最大峰值電壓，以及功率波形的最小上升時(shí)間。

    根據(jù)NEMA MG1第31部分，額定電壓為600伏或更低的電磁流量計(jì)電機(jī)上的繞組必須至少保護(hù)額定電壓為3.1倍且上升時(shí)間大于或等于0.1μs的電壓尖峰。電壓額定值大于600伏的電動(dòng)機(jī)必須至少保護(hù)電壓峰值不超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定電壓的2.04倍，上升時(shí)間大于或等于1μs。

    為了防止CMV，這些電機(jī)上的軸承需要保護(hù)，提供低阻抗接地路徑，以減少任何電荷累積。這通常需要根據(jù)電機(jī)的本地代碼安裝軸接地裝置 - 外部或內(nèi)部。

    為了提供額外的保護(hù)，100多馬力的電機(jī)將其中一個(gè)軸承與電機(jī)軸隔離，以中斷循環(huán)電流，否則會(huì)為電機(jī)軸增加額外的能量。這通常通過(guò)用絕緣材料涂覆軸承座來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而將軸與軸承隔離。如果電動(dòng)機(jī)位于危險(xiǎn)環(huán)境中，制造商可能會(huì)對(duì)兩個(gè)軸承進(jìn)行絕緣，但更常見(jiàn)的是，它會(huì)使聯(lián)軸器絕緣。

    找到問(wèn)題的根源
    雖然這些電機(jī)保護(hù)很有幫助，但它們并沒(méi)有解決PWM波形損壞的根本原因。事實(shí)上，制造商經(jīng)常添加這些保護(hù)措施，因?yàn)樗麄儫o(wú)法預(yù)測(cè)這些組件的安裝位置，方式或時(shí)間。

    在整體檢查系統(tǒng)時(shí)，請(qǐng)遵循制造商的指導(dǎo)原則，以提供正確尺寸的電線，過(guò)濾器和導(dǎo)管。請(qǐng)參閱手冊(cè)以了解電機(jī)和電磁流量計(jì)的正確接地要求。以下指南有助于實(shí)現(xiàn)成功的設(shè)計(jì)和安裝（有關(guān)任何其他信息，請(qǐng)參閱制造商手冊(cè)）：

    電磁流量計(jì)安裝：將電磁流量計(jì)連接到電機(jī)的電源線應(yīng)屏蔽并額定用于電磁流量計(jì)。制造商應(yīng)該能夠推薦適合系統(tǒng)電壓和電流限制的電纜。大多數(shù)電磁流量計(jì)經(jīng)銷商都提供滿足這些要求的產(chǎn)品。
    接地： 電磁流量計(jì)產(chǎn)生高頻噪聲。為減少噪音的破壞性影響，電機(jī)必須接地到驅(qū)動(dòng)器。這需要編織類型的接地線，使電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接地。至少，該導(dǎo)線應(yīng)與單個(gè)電源導(dǎo)線的尺寸相同，并且位于電源導(dǎo)線管中。為了獲得最佳的緩解效果，安裝人員應(yīng)考慮使用多根接地線。電磁流量計(jì)產(chǎn)生高頻噪聲。為減少噪音的破壞性影響，電機(jī)必須接地到驅(qū)動(dòng)器。

    導(dǎo)線選擇：電源線和接地線應(yīng)安裝在金屬導(dǎo)管中，金屬導(dǎo)管應(yīng)與電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器連接，不得隔離。建議不要使用PVC，塑料或其他絕緣材料將金屬導(dǎo)管連接到驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)接線盒。如果使用這些材料，則帶有電源線和接地電纜的金屬導(dǎo)管必須正確連接到接地電路。電磁流量計(jì)制造商可能能夠建議其他過(guò)濾選項(xiàng)以進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。

    對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)，更難找到PWM的根本原因。盡管如此，通?？梢酝ㄟ^(guò)系統(tǒng)附件減少其破壞性影響，例如：

      負(fù)載電抗器：這些電感設(shè)備可以減緩快速上升時(shí)間并消除高峰值電壓。
      電感式吸收器：使用這些電感器件可以減少一些有害的軸承電流。
      dV / dt濾波器：這些濾波器限制電機(jī)的峰值電壓。
      正弦濾波器：與dV / dt濾波器類似，這些濾波器包括與載波頻率匹配的調(diào)諧電子器件，以獲得最佳輸出波形。

    結(jié)論
    在整個(gè)系統(tǒng)在項(xiàng)目開(kāi)始之前檢查PWM功率的影響時(shí)，可以充分利用將電磁流量計(jì)添加到泵系統(tǒng)中的好處。為了獲得最大的保護(hù)，有必要將這些組件設(shè)計(jì)和安裝為集成系統(tǒng)。了解電磁流量計(jì)系統(tǒng)的問(wèn)題和操作要求將導(dǎo)致多年的成功運(yùn)作。