CAD может помочь обеспечить соответствие стандартам эффективности электродвигателей

Брайан Кейси, генеральный директор ECM PCB Stator Technology | 09 мая 2023 г.

Стремясь к устойчивому развитию, руководящий орган постепенно внедряет установленные законом минимальные стандарты энергоэффективности (MEPS) для двигателей. Во многом это связано с тем, что, согласно данным ЕС, восемь миллиардов электродвигателей, которые в настоящее время используются в Европейском Союзе, потребляют почти 50 процентов всей электроэнергии, производимой в регионе.

Сокращение этого потребления энергии посредством регулирования является очевидной целью для европейских политиков, стремящихся к созданию более экологически чистой энергосистемы. В результате постановление заставило компании искать исправления, чтобы адаптировать продукцию к новым правилам производительности. Как и во многих коммерческих задачах, решение быстрого перехода на миллионы высокоэффективных электродвигателей лежит в конструкции.

Прежде чем углубляться в эту тему, необходима некоторая информация о режиме правил ЕС. В 2019 году Европейский парламент принял закон об «экодизайне», предусматривающий поэтапное введение минимальных требований к эффективности электродвигателей на основе классов Международной электротехнической комиссии от IE1 (стандартная эффективность) до IE4 (суперпремиальная эффективность). Эти новые правила MEPS имеют широкую сферу применения — от бытовой техники до промышленного кондиционирования воздуха — и применяются к двигателям мощностью от 0,12 кВт до 1000 кВт.

В июле 2023 года ЕС станет первым регионом в мире, который сделает класс эффективности IE4 обязательным для некоторых категорий электродвигателей. В целом Европейский Союз ожидает, что эта программа позволит сократить выбросы CO2 на 40 миллионов тонн ежегодно. Кроме того, ЕС прогнозирует, что его правила экологического проектирования двигателей сэкономят европейским домохозяйствам 22 миллиарда долларов на затратах на электроэнергию, обеспечив к 2030 году 110 ТВтч ежегодной экономии энергии. Последнее эквивалентно годовому потреблению электроэнергии в Нидерландах.

Для сравнения: просто используя более эффективные двигатели, ЕС может сэкономить столько же энергии, сколько его седьмая по величине экономика в настоящее время потребляет ежегодно. Это все хорошие новости для окружающей среды, стран ЕС и их граждан. Тем не менее, остается загадка. Как мировые производители электроники переоборудуют сотни линеек продукции на электродвигатели, соответствующие стандартам экодизайна ЕС?

Частично ответ заключается в признании того, что статус-кво — использование традиционных, готовых электродвигателей — не будет достаточным для производителей, продающих продукцию в Европе. Обычные машины редко достигают эффективности выше 75 процентов и практически не обеспечивают оптимизации конструкции. Эти классы электродвигателей громоздки, шумны и требуют много сырья для производства. Кроме того, они дороги и сложны в производстве и утилизации.

Продолжающаяся зависимость от этой устаревшей технологии является основной причиной, по которой системы электродвигателей поглощают 50 процентов годового производства электроэнергии в ЕС и составляют более 50% мирового потребления энергии. Короче говоря, ЕС – и другие регионы, требующие более высоких стандартов эффективности двигателей – не могут решить энергетические проблемы 21-го века, используя 50-летнюю технологию двигателей.

Для коммерческих субъектов соблюдение стандартов минимальной энергетической эффективности Европейского Союза (MEPS) потребует возможности создавать более эффективные электродвигатели индивидуальной конструкции, которые можно будет производить экологически устойчиво. Подход компании ECM PCB Stator Technology к удовлетворению этой потребности, будучи стартапом, сводится к двум вещам: передовым технологиям двигателей и CAD.

Что касается технологий, компания ECM разработала электродвигатели с печатной платой или статором PCB. PCB Stator заменяет медные обмотки, используемые в обычных электрических машинах, на ультратонкий статор. Электродвигатели со статорами на печатной плате ECM меньше, на 70 % легче, имеют КПД до 96 % и используют до 80 % меньше сырья, чем обычные машины.

Компания ECM объединяет эту науку о статоре печатных плат со своей платформой CAD PrintStator. Это позволяет новаторам точно определять характеристики и размеры для создания индивидуальных решений для электродвигателей, интегрированных с запатентованной технологией статора печатной платы. Например, если европейскому производителю стиральных машин нужен электродвигатель мощностью 1,62 лошадиных силы, который достигает эффективности 94% и соответствует точному форм-фактору, его можно спроектировать с помощью программного обеспечения.