電動機能效分級

1、上海電器科學(xué)研究所上海電器科學(xué)研究所( (集團集團) )有限公司有限公司20092009年年9 9月月2424日日一、制訂一、制訂IEC60034-30的背景的背景世界各國的工業(yè)電動機消耗了其發(fā)電量的世界各國的工業(yè)電動機消耗了其發(fā)電量的30304040的電能。因此提的電能。因此提高整個驅(qū)動系統(tǒng)的效率（如電動機和調(diào)速驅(qū)動）包括應(yīng)用（或過程）是高整個驅(qū)動系統(tǒng)的效率（如電動機和調(diào)速驅(qū)動）包括應(yīng)用（或過程）是節(jié)能領(lǐng)域主要關(guān)心的問題。通過系統(tǒng)優(yōu)化其節(jié)能潛力約在節(jié)能領(lǐng)域主要關(guān)心的問題。通過系統(tǒng)優(yōu)化其節(jié)能潛力約在30306060的的范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 根據(jù)國際能源署電動機工作組根據(jù)國際能源署電動機工作組200

2、62006年年7 7月的報告，電動機通過改善效率月的報告，電動機通過改善效率結(jié)合變頻調(diào)速可以節(jié)約世界范圍內(nèi)的總結(jié)合變頻調(diào)速可以節(jié)約世界范圍內(nèi)的總7 7的電能。粗略統(tǒng)計其中的電能。粗略統(tǒng)計其中1/41/41/31/3的節(jié)約來自于改善電動機的效率。剩余的部分來自新系統(tǒng)的改善。的節(jié)約來自于改善電動機的效率。剩余的部分來自新系統(tǒng)的改善。 目前有許多不同的籠型感應(yīng)電動機的能效標準在使用（目前有許多不同的籠型感應(yīng)電動機的能效標準在使用（NEMANEMA，EPACTEPACT，CSACSA，CEMEPCEMEP，COPANTCOPANT，AS/NZSAS/NZS，JISJIS，GBGB等等），新的標準也還在

3、制定。等等），新的標準也還在制定。這對于一個全球化的市場來說，不同的國家不同的標準勢必增加了制造這對于一個全球化的市場來說，不同的國家不同的標準勢必增加了制造商的設(shè)計和制造難度。商的設(shè)計和制造難度。 在此背景下，國際電工技術(shù)委員會提出制訂一個電動機能效標準，以在此背景下，國際電工技術(shù)委員會提出制訂一個電動機能效標準，以 協(xié)調(diào)全球電動機的能效分級標準。協(xié)調(diào)全球電動機的能效分級標準。 在在IEC 60034-30IEC 60034-30標準制定工作組成標準制定工作組成立之際，全國旋轉(zhuǎn)電機標準化技術(shù)委立之際，全國旋轉(zhuǎn)電機標準化技術(shù)委員會秘書處派出上海電器科學(xué)研究所員會秘書處派出上海電器科學(xué)研究所（集

4、團）有限公司（集團）有限公司2 2名專家參加該國名專家參加該國際標準制定工作組，以協(xié)調(diào)和反映我際標準制定工作組，以協(xié)調(diào)和反映我國電機行業(yè)的實際情況，在國際標準國電機行業(yè)的實際情況，在國際標準的制訂過程中掌握了話語權(quán)。同時也的制訂過程中掌握了話語權(quán)。同時也了解了許多國外先進公司的相關(guān)信息了解了許多國外先進公司的相關(guān)信息，加強和建立了合作和溝通的渠道。，加強和建立了合作和溝通的渠道。參加參加IEC60034-30IEC60034-30標準制定工作組標準制定工作組 第一次工作組會議：第一次工作組會議：20062006年年1010月在德國法蘭克福月在德國法蘭克福 第二次工作組會議：第二次工作組會議：2

5、0072007年年5 5月在美國華盛頓月在美國華盛頓第三次工作組會議：第三次工作組會議：20082008年年3 3月在南非月在南非第四次工作組會議：第四次工作組會議：20092009年年2 2月在中國上虞月在中國上虞20082008年年1010月，月，IECIEC批準發(fā)布了該標準批準發(fā)布了該標準20092009年年7 7月月2323日歐盟已通過決議：日歐盟已通過決議： 到到20112011年年6 6月月1616日將日將IE2IE2能效等級作為電機強制性最低能效等級作為電機強制性最低能效標準能效標準 到到20152015年年1 1月月1 1日日7.57.5kWkW375kW375kW電機將以電機

6、將以IE3IE3能效等級能效等級作為強制性最低能效標準作為強制性最低能效標準 到到20172017年年1 1月月1 1日將日將IE3IE3能效等級作為電機強制性最低能效等級作為電機強制性最低能效標準能效標準參加參加IEC60034-30IEC60034-30標準制定工作組標準制定工作組該標準限定為低壓、單速、三相、籠型感該標準限定為低壓、單速、三相、籠型感應(yīng)電動機應(yīng)電動機根據(jù)電動機的使用和裝機情況，確定為一根據(jù)電動機的使用和裝機情況，確定為一般用途電機，并確定其功率范圍，極數(shù)范般用途電機，并確定其功率范圍，極數(shù)范圍等圍等考慮國際市場上已有的電動機能效標準考慮國際市場上已有的電動機能效標準標準包

7、含標準包含5050HzHz，60Hz60Hz使用統(tǒng)一的效率測試方法使用統(tǒng)一的效率測試方法 IEC60034-30IEC60034-30標準制定基本原則標準制定基本原則標準內(nèi)容標準內(nèi)容 前言前言 第第1 1章：范圍章：范圍 第第2 2章：引用標準章：引用標準 第第3 3章：術(shù)語和定義章：術(shù)語和定義 第第4 4章：應(yīng)用領(lǐng)域章：應(yīng)用領(lǐng)域 第第5 5章：效率章：效率 第第1章：范圍章：范圍 功率范圍：功率范圍：0.750.75kWkW370kW370kW 極數(shù)：極數(shù)：2 2P P、4P4P、6P6P 頻率：頻率：5050HzHz，60Hz60Hz 額定電壓額定電壓1000 1000 V V及以下及以下

8、 （注：標準也適用于電動機運行在雙電壓注：標準也適用于電動機運行在雙電壓 或多電壓和或多電壓和/ /或頻率下或頻率下 ）第第1章：范圍章：范圍工作制：工作制： S1S1 （連續(xù)工作制）或（連續(xù)工作制）或S3S3（斷續(xù)周斷續(xù)周期工作制）工作制但負載持續(xù)率期工作制）工作制但負載持續(xù)率8080或更高；或更高； 能直接啟動能直接啟動 電機電機額定運行條件：滿足額定運行條件：滿足IEC60034-1IEC60034-1第第6 6章章的要求。的要求。 電動機的法蘭、底腳和電動機的法蘭、底腳和/ /或軸伸機械尺寸或軸伸機械尺寸與與IEC60072-1IEC60072-1不同時，也適用于本標準。不同時，也適用

9、于本標準。 齒輪電機和制動電機也包含在本標準中，齒輪電機和制動電機也包含在本標準中，雖然這類電機可能使用不同的軸伸和法蘭。雖然這類電機可能使用不同的軸伸和法蘭。第第1章：范圍章：范圍本標準不包括的電機：本標準不包括的電機：根據(jù)根據(jù)IEC60034-25(GB/T 21209-2007)IEC60034-25(GB/T 21209-2007)設(shè)設(shè)計的變頻專用電機。計的變頻專用電機。 電動機與其他設(shè)備設(shè)計為一個整體（如電動機與其他設(shè)備設(shè)計為一個整體（如泵、風(fēng)機和壓縮機）而不能單獨進行測試泵、風(fēng)機和壓縮機）而不能單獨進行測試時。時。 本標準涵蓋的電動機也可以應(yīng)用于變速驅(qū)動的場合（見本標準涵蓋的電動機

10、也可以應(yīng)用于變速驅(qū)動的場合（見IEC60034-17/GB/T 20161-2008）。）。在這種應(yīng)用場合下，由于供在這種應(yīng)用場合下，由于供電電源的電壓諧波分量造成損耗增加，不能假定電動機的額定電電源的電壓諧波分量造成損耗增加，不能假定電動機的額定效率還能適用。效率還能適用。電動機的冷卻方式不是電動機的冷卻方式不是IC0Ax，IC1Ax，IC2Ax，IC3Ax或或IC4Ax（見見IEC60034-6）時也可能達不到所要求的高效率值。時也可能達不到所要求的高效率值。在某些國家，電機結(jié)構(gòu)受空間約束（高輸出設(shè)計，如比通常在某些國家，電機結(jié)構(gòu)受空間約束（高輸出設(shè)計，如比通常國家標準更小的機座尺寸）。這

11、類電機也涵蓋在本標準中，但國家標準更小的機座尺寸）。這類電機也涵蓋在本標準中，但是，由于機座尺寸更小，它們可能達不到所要求的更高效率等是，由于機座尺寸更小，它們可能達不到所要求的更高效率等級。級。 根據(jù)根據(jù)IEC 60079-0設(shè)計的運行在爆炸性環(huán)境下的電機也涵蓋在設(shè)計的運行在爆炸性環(huán)境下的電機也涵蓋在本標準中，但是，由于考慮到安全的要求，電機結(jié)構(gòu)設(shè)計上采本標準中，但是，由于考慮到安全的要求，電機結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取了防爆的措施（如增加氣隙，減小起動電流，增加密封等），取了防爆的措施（如增加氣隙，減小起動電流，增加密封等），它們也可能達不到高效率等級。它們也可能達不到高效率等級。 某些專門設(shè)計的電動

12、機也可能達不到較高的某些專門設(shè)計的電動機也可能達不到較高的效率等級，這類電機是效率等級，這類電機是 ： 被驅(qū)動機械有特殊要求（例如重載起動、特殊的被驅(qū)動機械有特殊要求（例如重載起動、特殊的轉(zhuǎn)矩強度轉(zhuǎn)矩強度/ /或最大轉(zhuǎn)矩特性、起動或最大轉(zhuǎn)矩特性、起動/ /停機次數(shù)多、停機次數(shù)多、轉(zhuǎn)子慣量小）轉(zhuǎn)子慣量?。?特殊的供電電源特性（例如限制起動電流，電壓特殊的供電電源特性（例如限制起動電流，電壓和和/ /或頻率容差大）；或頻率容差大）； 特殊的環(huán)境條件（例如很高或很低的環(huán)境溫度、特殊的環(huán)境條件（例如很高或很低的環(huán)境溫度、排煙電動機、安裝在高海拔地區(qū)）排煙電動機、安裝在高海拔地區(qū)） 因此，在制訂國內(nèi)的強

13、制性最低能效標準時，因此，在制訂國內(nèi)的強制性最低能效標準時，應(yīng)考慮上述情況。應(yīng)考慮上述情況。 5.1 測定測定5.2 定額定額5.3 分級和標注分級和標注5.4 名義效率限值名義效率限值第5章：效率效率應(yīng)該在額定輸出功率、額定電壓和額定頻率效率應(yīng)該在額定輸出功率、額定電壓和額定頻率時測定時測定效率和損耗的測試應(yīng)該根據(jù)效率和損耗的測試應(yīng)該根據(jù)IEC60034-2-1IEC60034-2-1標準標準對對IE1IE1（標準效率）及以下效率等級，測試方法可標準效率）及以下效率等級，測試方法可選擇中和低不確定度的方法。所選擇的試驗方法選擇中和低不確定度的方法。所選擇的試驗方法應(yīng)在電動機所附文件中說明應(yīng)在

14、電動機所附文件中說明對其他高效率等級，只能選擇低不確定度的試驗對其他高效率等級，只能選擇低不確定度的試驗方法方法效率的測試 本標準涵蓋的電動機可能會有些輔助設(shè)備如軸封，外風(fēng)扇，機械制動器，倒轉(zhuǎn)停機裝置，速度傳感器，轉(zhuǎn)速器發(fā)生器等各種組合。測試這種情況電動機的效率應(yīng)該是沒測試這種情況電動機的效率應(yīng)該是沒有輔助設(shè)備時的。有輔助設(shè)備時的。齒輪電機和水泵電機常常有軸封以阻齒輪電機和水泵電機常常有軸封以阻止齒輪油或水進入電機。測試效率時止齒輪油或水進入電機。測試效率時應(yīng)該不考慮這些軸封。應(yīng)該不考慮這些軸封。 輔助設(shè)備電動機的定額對應(yīng)一個較寬的電壓范圍（如電動機的定額對應(yīng)一個較寬的電壓范圍（如400400

15、V V1010）時應(yīng)指定一個額定效率和額定效率等級（時應(yīng)指定一個額定效率和額定效率等級（IEIE代碼），電壓代碼），電壓波動對效率帶來的影響將不考慮。波動對效率帶來的影響將不考慮。對具有一種以上額定電壓對具有一種以上額定電壓/ /頻率頻率/ /輸出功率組合的電動機，輸出功率組合的電動機，應(yīng)對每一種額定電壓應(yīng)對每一種額定電壓/ /頻率頻率/ /輸出功率組合規(guī)定額定效率和輸出功率組合規(guī)定額定效率和額定效率等級額定效率等級( (IEIE代碼代碼) )。然而，作為最低效率的最小值及。然而，作為最低效率的最小值及其相應(yīng)的其相應(yīng)的IEIE代碼（所有電壓代碼（所有電壓/ /頻率頻率/ /輸出功率的組合）應(yīng)該

16、輸出功率的組合）應(yīng)該標注在銘牌上。標注在銘牌上。 所有效率值和相應(yīng)的所有效率值和相應(yīng)的IEIE代碼應(yīng)在產(chǎn)品的文件中提供代碼應(yīng)在產(chǎn)品的文件中提供（目錄或使用說明書）（目錄或使用說明書）。 注：如在日本可能用于這樣的組合“220V/50Hz200V/60Hz220V/60Hz”，在歐洲可能有這樣的組合“380V/50Hz400V/50Hz-460V/60Hz”。對這些例子，可能會有3或4個效率額定值有幾個不同的IE分級。在相同磁通和輸出功率下的額定電壓在相同磁通和輸出功率下的額定電壓/ /頻率組合，如頻率組合，如230230V/400V(V/400V(/Y/Y接法接法) )或或230230V/46

17、0VV/460V（2Y/Y2Y/Y接法），只有一接法），只有一個額定效率和效率分級（個額定效率和效率分級（IEIE代碼）。代碼）。 多電壓/頻率組合時相同設(shè)計的電機由于材料，加工工藝的變化，測相同設(shè)計的電機由于材料，加工工藝的變化，測試的電動機效率會有不同。對同一設(shè)計的一批電試的電動機效率會有不同。對同一設(shè)計的一批電動機其滿載效率不是唯一值而是在一定范圍內(nèi)。動機其滿載效率不是唯一值而是在一定范圍內(nèi)。因此，本標準給出額定輸出效率限值是因此，本標準給出額定輸出效率限值是名義值名義值。制造商標注在銘牌上的效率值（額定效率）應(yīng)該制造商標注在銘牌上的效率值（額定效率）應(yīng)該大于或等于本標準定義的名義效率（

18、根據(jù)銘牌上大于或等于本標準定義的名義效率（根據(jù)銘牌上的能效分級（的能效分級（IEIE代碼）。代碼）。任何單一電動機的滿載效率，當在額定電壓和額任何單一電動機的滿載效率，當在額定電壓和額定頻率下進行試驗時，應(yīng)該不低于額定效率減效定頻率下進行試驗時，應(yīng)該不低于額定效率減效率的容差，根據(jù)率的容差，根據(jù)IEC60034-1IEC60034-1計及容差。計及容差。 注：推薦在產(chǎn)品說明書中表明注：推薦在產(chǎn)品說明書中表明5050，7575和額定負載時的效率。本標準的效率只適和額定負載時的效率。本標準的效率只適用于額定輸出功率。用于額定輸出功率。定額定額 能效分級由字母能效分級由字母“IE”組成（組成（“國國

19、際能效分級際能效分級”的縮寫），根據(jù)下表的縮寫），根據(jù)下表1用用數(shù)字表示分級。數(shù)字表示分級。 IE1標準效率標準效率 IE2高效率高效率 IE3超高效率超高效率 IE4超超高效率超超高效率 有些電動機額定效率低于有些電動機額定效率低于IE1IE1的限的限值。這類電動機將不標注值。這類電動機將不標注IE代碼。代碼。分級分級額定效率和額定效率和IE代碼都要標注在代碼都要標注在銘銘 牌上，如：牌上，如：“IE2-84.0%”效率值應(yīng)圓整保留小數(shù)一位，效率值應(yīng)圓整保留小數(shù)一位，如：如：XX.X。 標注標注 50Hz 50Hz時標準效率名義限值（時標準效率名義限值（IE1IE1）和高效率名義限值和高效率

20、名義限值( (IE2)IE2)是基于是基于CEMEP-EUCEMEP-EU的的EFF2EFF2和和EFF1EFF1。然而由于試驗方法不同，然而由于試驗方法不同，效率值略有調(diào)整。（效率值略有調(diào)整。（CEPEPCEPEP：附加損耗是按輸入功率的附加損耗是按輸入功率的0.50.5，本標準附加損耗按實測值）。，本標準附加損耗按實測值）。5050HzHz時超高效率名義限值（時超高效率名義限值（IE3IE3）的設(shè)定是基于其損耗比的設(shè)定是基于其損耗比高效率名義限值（高效率名義限值（IE2IE2）減少減少15152020。 6060HzHz時標準效率名義限值（時標準效率名義限值（IE1IE1）采用巴西標準。高

21、效率采用巴西標準。高效率名義限值名義限值( (IE2)IE2)和超高效率名義限值（和超高效率名義限值（IE3IE3）是采用美國的是采用美國的EPActEPAct標準。標準。新的超超高效率等級（新的超超高效率等級（IE4IE4）由本標準的將來的版本考慮。由本標準的將來的版本考慮。注：注：IE4IE4效率等級將在本標準的下一版中合并到標準文本中。其目標是效率等級將在本標準的下一版中合并到標準文本中。其目標是在在IE3IE3的基礎(chǔ)上將損耗減少的基礎(chǔ)上將損耗減少1515得到。期望技術(shù)的進步或其他的電動機得到。期望技術(shù)的進步或其他的電動機能達到能達到IE4IE4的水平。本標準的范圍也將根據(jù)這進行修改。的

22、水平。本標準的范圍也將根據(jù)這進行修改。效率限值效率限值5050HzHz時時IE1IE1效率名義限值表效率名義限值表3 36060HzHz時時IE1IE1效率名義限值表效率名義限值表4 45050HzHz時時IE2IE2效率名義限值表效率名義限值表5 56060HzHz時時IE2IE2效率名義限值表效率名義限值表6 65050HzHz時時IE3IE3效率名義限值表效率名義限值表7 76060HzHz時時IE3IE3效率名義限值表效率名義限值表8 8 效率限值表效率限值表對于給定的機座號和輸出功率，一般來說電動機設(shè)計成對于給定的機座號和輸出功率，一般來說電動機設(shè)計成6060HzHz時比設(shè)計時比設(shè)計

23、成成5050HzHz更容易達到高效率。因為電動機的尺寸和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不像理論更容易達到高效率。因為電動機的尺寸和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不像理論上輸出與速度的關(guān)系的線性增加，如從上輸出與速度的關(guān)系的線性增加，如從50Hz到到60Hz增加了增加了20%.在中小型感應(yīng)電動機中，繞組損耗在中小型感應(yīng)電動機中，繞組損耗I I2 2R R是主要損耗。當轉(zhuǎn)矩保持不變時，是主要損耗。當轉(zhuǎn)矩保持不變時，從從5050HzHz到到6060HzHz他們基本上保持不變。雖然風(fēng)摩耗，鐵耗會隨著頻率的他們基本上保持不變。雖然風(fēng)摩耗，鐵耗會隨著頻率的增加而增加，但他們在這類電動機中只占有很小的部分。因此，增加而增加，但他們在這類電動機中只

24、占有很小的部分。因此，6060HzHz時損耗增加小于時損耗增加小于20%20%而輸出功率增加了而輸出功率增加了20%20%，因此，相比，因此，相比5050HzHz時，效率時，效率得到改善。得到改善。實際上，無論實際上，無論50Hz還是還是60Hz電機輸出功率的設(shè)計是按照標準的功率等電機輸出功率的設(shè)計是按照標準的功率等級進行的，如級進行的，如IEC60072-1和地方標準例如和地方標準例如EN50374。因此，電動機額因此，電動機額定功率的增加并不總是滿足定功率的增加并不總是滿足20%的原則。因此，如果電動機在各自的的原則。因此，如果電動機在各自的頻率下都是優(yōu)化設(shè)計的，那么頻率下都是優(yōu)化設(shè)計的，那么60Hz時的優(yōu)勢還是適用的。時的優(yōu)勢還是適用的。50Hz和和60Hz之間的效率差隨著極數(shù)和電機尺寸而變化。一般來說，三之間的效率差隨著極數(shù)和電機尺寸而變化。一般來說，三相籠型感應(yīng)電動機功率從相籠型感應(yīng)電動機功率從0.75kW到到370kW，60Hz時的效率比時的效率比50Hz時時的效率高的效率高2.50.5。僅僅大功率。僅僅大功率2P電機，由于鐵耗和風(fēng)摩耗比例電機，由于鐵耗和風(fēng)摩耗比例較高在較高在60Hz時效率有所減少。時效率有所減少。 5050HzHz效率與效率與6060H