用工业直线电机替代气动

电动直线传动在越来越多的应用中取代了传统的气缸。原因包括效率低，调试、重新配置、服务和维护的成本高，以及气动系统的控制能力有限。最近的总成本比较表明，以目前的组件和电力价格，电动线性驱动器即使是简单的点对点运动，也可以在几个月内收回成本。这也有助于显著减少碳足迹。此外，它们在设计生产流程和生产监控系统方面提供了更大的灵活性。

气动:2/3的运营成本用于能源

气动驱动的特点是获取成本较低，抗外部影响(如温度变化和灰尘)的坚固性和抗过载能力强。它们操作简单，在垂直方向安装时不需要保持电流。在许多车间和工业环境中，压缩空气也用于运输和清洁任务，因此在任何情况下都需要提供压缩机系统。所以也难怪气动的应用非常广泛，在很多工厂都能找到它的身影。

然而，压缩空气是最昂贵的能源介质之一，因为压缩机只能将输入能量的一小部分转化为有用的动力。大部分以热损失的形式散失。最新的技术可以达到30%左右的效率。进一步增加几乎是不可能的，因为实际已达到极限。除了电机、压缩机、启动和运行损失以及压缩空气处理造成的损失已经很高的成本外，实际上由于分配系统泄漏还会产生额外的损失。因此，在现实中，在执行器中额外的转换损失(未经优化)后，只有大约5%的输入能量可用作有用功率(图，幻灯片19)。优化管道系统和执行机构的设计，及时跟踪泄漏，以及热回收系统可以提高效率。德国环境部认为，这一举措可能会节省20%至40%的能源，而其他专家计算出的潜在节省量要大得多。

然而，即使所有这些潜在的节省都可以实现，压缩空气系统仍然非常低效地使用输入能量，最大可实现的总体效率为10%。这也可以从压缩机的总成本计算(TCO，总拥有成本)中看出。虽然总成本的10%左右必须用于采购，另外10%左右用于系统维护，但在压缩机的使用寿命期间，能源成本通常占总成本的70%至80%。

因此，在能源价格上涨和环境意识(特别是二氧化碳排放)增强的时代，越来越多的公司试图从工厂中消除压缩空气，或至少将其减少到绝对最低限度，这也就不足为奇了。

今天，几乎没有例外，不使用压缩空气的替代品可用于压缩空气驱动器。

对于许多应用中的直线运动，非常高效，管状通用电动直线电机是一个很好的替代品。这些可从LinMot在各种设计和功率级别。

以气缸和直线电机为例进行了成本比较

电动驱动确实比简单的气缸更贵，但对其使用寿命的总成本分析表明，特别是LinMot的工业直线电机，即使是在两个位置之间简单的点对点运动，也可以在几个月甚至几周内收回成本。下面的例子，水平点到点行程400毫米，运动质量15公斤，以每分钟30次循环和50%占空比(= 2000毫秒循环时间)的速度运行，可以清楚地说明这一点。

直线电机解决方案的能源成本
在加速度为10米/秒²和行进速度为1米/秒的情况下，上述任务所需的定位时间为500毫秒。加速度时间，在此期间直线电机做有用的功，然后是100毫秒。这意味着有效功率消耗仅发生在定位时间的五分之一。当停止时，当以恒定速度运行时，电机不吸取任何超越克服摩擦所需的功率。制动过程中产生的动能在电机中转换为电能(通过发电机效应)并存储在伺服控制器的中间电容器中，在那里它可以用于下一个循环。该应用程序可以使用尺寸为P01-48x240F的LinMot直线电机与型号为E1100-XC/B1100-XC的LinMot伺服控制器结合使用，连续功率小于100 W。

假设每年运行8000小时(三班制)，电价为0.12欧元/千瓦时(大型工业消费者电价，含税，按欧盟统计局计算)，全年能源总成本为96欧元。气动解决方案要贵得多。

能源成本的气动气缸解决方案

如果根据应用实例的要求，以1m /s的(最大)速度气动输送15kg的负载质量，通过分析某著名制造商设计气缸的适当特性曲线，可以看出必须使用活塞直径为50mm的气缸。

与直线电机相比，能量(压缩空气)必须在整个运动过程中被馈入。

刹车产生的动能也必须被减震器吸收，而不能储存在中间以备下一次运动。根据其数据表，所选气缸在双冲程中每行驶一毫米，消耗0.02529 dm³的空气。对于400 mm的行程，每循环消耗10.37 dm³。因此，在每分钟30次循环的情况下，气缸每年需要总共150,000 Nm³的压缩空气来连续运行(8,000 h/年)。考虑到25%量级的压降、压降和泄漏损失，压缩机必须压缩并向管道输送总共约190,000 Nm³的空气。一台正常的压缩机(750 kW电机，7500 Nm³/h空气容量)可以使用0.130 kWh的电能将1 Nm³/h压缩到6 bar，包括启动和运行损失以及压缩空气处理。因此，每年的总能源成本约为3000欧元(0.12欧元/千瓦时*0.130千瓦时/m³*190,000 m³)，是同等电力成本的30多倍。在更高的循环计数，这一比率将更糟糕的气缸。

总成本计算

除了纯能源成本外，投资和维护成本也必须包括在总成本计算中。测试表明，它们加起来约占总运营成本的20%。因此，在这里所示的示例中，每年必须花费约750欧元，因此总运营成本加起来为3750欧元。气动解决方案制造商的总成本(能源效率措施后)为0.025欧元/标准立方米的压缩空气。以我们的例子为例，这将导致一个气缸所需的压缩空气量为150.000 Nm³，每年的总运行成本为3750欧元，这支持上述计算示例。

线性驱动器，包括所有必需的组件(电缆，逆变器等)，相比之下，确实比气动驱动器(包括阀门，管道等)成本更高。

然而，显著降低的能源成本意味着电力驱动在不到半年的时间内就能收回成本。在那之后，节省是显著的!

在我们的例子中，仅仅三周之后，能源成本就超过了气缸的投资成本。

本应用实例的投资和能源成本分析表明，与使用气缸相比，使用工业直线电机在使用12个月和24个月时分别节省了2,300欧元和5,900欧元。

二氧化碳排放

通过切换到电动直线驱动，二氧化碳排放量可以大幅减少，这提供了另一个巨大的好处。在这个样本计算中，气缸额外需要24000千瓦时的能量，导致每年产出12000千克二氧化碳。

因此，二氧化碳的记录清楚地表明:改用电力直接驱动!

更经得起未来的创新和灵活性

除了较低的能源要求外，电动改进型在生产顺序和监控系统设计方面具有更大的灵活性。电动线性驱动中的运动序列可以显著地更具动态性并具有更高的可重复性。运动剖面可以自由编程，因此即使是复杂的运动序列也可以毫无问题地快速实现。它们还可以适应新的要求，甚至在运行期间。线性驱动器明显更安静，更耐用。它们对负载的变化不敏感，可以平稳地启动和停止。对逆变器中产生的数据的分析还允许在没有额外传感器的情况下监测各种过程变量，这也可以用于系统的远程诊断。最重要的是，所需的单个组件更少，而且它们比用于气动的组件更容易维修和更换。这反映在较低的安装、维护和物流成本上。

总结

当需要两个以上的位置时，当运动需要同步到主轴时，或者当气缸的动力或使用寿命不再足够时，设计师多年来一直乐意转向LinMot的线性直接驱动。由于气动的高运行成本，使用工业直线电机的回报越来越大，即使是简单的点对点运动，只有两个端点位置。当在循环操作中有规律地进行运动时，尤其如此，并且由于速度和负载条件，气缸需要慷慨地调整尺寸。在这种情况下，电动线性驱动在几周内就能收回成本。