电动机能效分级

1、上海电器科学研究所上海电器科学研究所( (集团集团) )有限公司有限公司20092009年年9 9月月2424日日一、制订一、制订IEC60034-30的背景的背景世界各国的工业电动机消耗了其发电量的世界各国的工业电动机消耗了其发电量的30304040的电能。因此提的电能。因此提高整个驱动系统的效率（如电动机和调速驱动）包括应用（或过程）是高整个驱动系统的效率（如电动机和调速驱动）包括应用（或过程）是节能领域主要关心的问题。通过系统优化其节能潜力约在节能领域主要关心的问题。通过系统优化其节能潜力约在30306060的的范围内。范围内。 根据国际能源署电动机工作组根据国际能源署电动机工作组200

2、62006年年7 7月的报告，电动机通过改善效率月的报告，电动机通过改善效率结合变频调速可以节约世界范围内的总结合变频调速可以节约世界范围内的总7 7的电能。粗略统计其中的电能。粗略统计其中1/41/41/31/3的节约来自于改善电动机的效率。剩余的部分来自新系统的改善。的节约来自于改善电动机的效率。剩余的部分来自新系统的改善。 目前有许多不同的笼型感应电动机的能效标准在使用（目前有许多不同的笼型感应电动机的能效标准在使用（NEMANEMA，EPACTEPACT，CSACSA，CEMEPCEMEP，COPANTCOPANT，AS/NZSAS/NZS，JISJIS，GBGB等等），新的标准也还在

3、制定。等等），新的标准也还在制定。这对于一个全球化的市场来说，不同的国家不同的标准势必增加了制造这对于一个全球化的市场来说，不同的国家不同的标准势必增加了制造商的设计和制造难度。商的设计和制造难度。 在此背景下，国际电工技术委员会提出制订一个电动机能效标准，以在此背景下，国际电工技术委员会提出制订一个电动机能效标准，以 协调全球电动机的能效分级标准。协调全球电动机的能效分级标准。 在在IEC 60034-30IEC 60034-30标准制定工作组成标准制定工作组成立之际，全国旋转电机标准化技术委立之际，全国旋转电机标准化技术委员会秘书处派出上海电器科学研究所员会秘书处派出上海电器科学研究所（集

4、团）有限公司（集团）有限公司2 2名专家参加该国名专家参加该国际标准制定工作组，以协调和反映我际标准制定工作组，以协调和反映我国电机行业的实际情况，在国际标准国电机行业的实际情况，在国际标准的制订过程中掌握了话语权。同时也的制订过程中掌握了话语权。同时也了解了许多国外先进公司的相关信息了解了许多国外先进公司的相关信息，加强和建立了合作和沟通的渠道。，加强和建立了合作和沟通的渠道。参加参加IEC60034-30IEC60034-30标准制定工作组标准制定工作组 第一次工作组会议：第一次工作组会议：20062006年年1010月在德国法兰克福月在德国法兰克福 第二次工作组会议：第二次工作组会议：2

5、0072007年年5 5月在美国华盛顿月在美国华盛顿第三次工作组会议：第三次工作组会议：20082008年年3 3月在南非月在南非第四次工作组会议：第四次工作组会议：20092009年年2 2月在中国上虞月在中国上虞20082008年年1010月，月，IECIEC批准发布了该标准批准发布了该标准20092009年年7 7月月2323日欧盟已通过决议：日欧盟已通过决议： 到到20112011年年6 6月月1616日将日将IE2IE2能效等级作为电机强制性最低能效等级作为电机强制性最低能效标准能效标准 到到20152015年年1 1月月1 1日日7.57.5kWkW375kW375kW电机将以电机

6、将以IE3IE3能效等级能效等级作为强制性最低能效标准作为强制性最低能效标准 到到20172017年年1 1月月1 1日将日将IE3IE3能效等级作为电机强制性最低能效等级作为电机强制性最低能效标准能效标准参加参加IEC60034-30IEC60034-30标准制定工作组标准制定工作组该标准限定为低压、单速、三相、笼型感该标准限定为低压、单速、三相、笼型感应电动机应电动机根据电动机的使用和装机情况，确定为一根据电动机的使用和装机情况，确定为一般用途电机，并确定其功率范围，极数范般用途电机，并确定其功率范围，极数范围等围等考虑国际市场上已有的电动机能效标准考虑国际市场上已有的电动机能效标准标准包

7、含标准包含5050HzHz，60Hz60Hz使用统一的效率测试方法使用统一的效率测试方法 IEC60034-30IEC60034-30标准制定基本原则标准制定基本原则标准内容标准内容 前言前言 第第1 1章：范围章：范围 第第2 2章：引用标准章：引用标准 第第3 3章：术语和定义章：术语和定义 第第4 4章：应用领域章：应用领域 第第5 5章：效率章：效率 第第1章：范围章：范围 功率范围：功率范围：0.750.75kWkW370kW370kW 极数：极数：2 2P P、4P4P、6P6P 频率：频率：5050HzHz，60Hz60Hz 额定电压额定电压1000 1000 V V及以下及以下

8、 （注：标准也适用于电动机运行在双电压注：标准也适用于电动机运行在双电压 或多电压和或多电压和/ /或频率下或频率下 ）第第1章：范围章：范围工作制：工作制： S1S1 （连续工作制）或（连续工作制）或S3S3（断续周断续周期工作制）工作制但负载持续率期工作制）工作制但负载持续率8080或更高；或更高； 能直接启动能直接启动 电机电机额定运行条件：满足额定运行条件：满足IEC60034-1IEC60034-1第第6 6章章的要求。的要求。 电动机的法兰、底脚和电动机的法兰、底脚和/ /或轴伸机械尺寸或轴伸机械尺寸与与IEC60072-1IEC60072-1不同时，也适用于本标准。不同时，也适用

9、于本标准。 齿轮电机和制动电机也包含在本标准中，齿轮电机和制动电机也包含在本标准中，虽然这类电机可能使用不同的轴伸和法兰。虽然这类电机可能使用不同的轴伸和法兰。第第1章：范围章：范围本标准不包括的电机：本标准不包括的电机：根据根据IEC60034-25(GB/T 21209-2007)IEC60034-25(GB/T 21209-2007)设设计的变频专用电机。计的变频专用电机。 电动机与其他设备设计为一个整体（如电动机与其他设备设计为一个整体（如泵、风机和压缩机）而不能单独进行测试泵、风机和压缩机）而不能单独进行测试时。时。 本标准涵盖的电动机也可以应用于变速驱动的场合（见本标准涵盖的电动机

10、也可以应用于变速驱动的场合（见IEC60034-17/GB/T 20161-2008）。）。在这种应用场合下，由于供在这种应用场合下，由于供电电源的电压谐波分量造成损耗增加，不能假定电动机的额定电电源的电压谐波分量造成损耗增加，不能假定电动机的额定效率还能适用。效率还能适用。电动机的冷却方式不是电动机的冷却方式不是IC0Ax，IC1Ax，IC2Ax，IC3Ax或或IC4Ax（见见IEC60034-6）时也可能达不到所要求的高效率值。时也可能达不到所要求的高效率值。在某些国家，电机结构受空间约束（高输出设计，如比通常在某些国家，电机结构受空间约束（高输出设计，如比通常国家标准更小的机座尺寸）。这

11、类电机也涵盖在本标准中，但国家标准更小的机座尺寸）。这类电机也涵盖在本标准中，但是，由于机座尺寸更小，它们可能达不到所要求的更高效率等是，由于机座尺寸更小，它们可能达不到所要求的更高效率等级。级。 根据根据IEC 60079-0设计的运行在爆炸性环境下的电机也涵盖在设计的运行在爆炸性环境下的电机也涵盖在本标准中，但是，由于考虑到安全的要求，电机结构设计上采本标准中，但是，由于考虑到安全的要求，电机结构设计上采取了防爆的措施（如增加气隙，减小起动电流，增加密封等），取了防爆的措施（如增加气隙，减小起动电流，增加密封等），它们也可能达不到高效率等级。它们也可能达不到高效率等级。 某些专门设计的电动

12、机也可能达不到较高的某些专门设计的电动机也可能达不到较高的效率等级，这类电机是效率等级，这类电机是 ： 被驱动机械有特殊要求（例如重载起动、特殊的被驱动机械有特殊要求（例如重载起动、特殊的转矩强度转矩强度/ /或最大转矩特性、起动或最大转矩特性、起动/ /停机次数多、停机次数多、转子惯量小）转子惯量小） 特殊的供电电源特性（例如限制起动电流，电压特殊的供电电源特性（例如限制起动电流，电压和和/ /或频率容差大）；或频率容差大）； 特殊的环境条件（例如很高或很低的环境温度、特殊的环境条件（例如很高或很低的环境温度、排烟电动机、安装在高海拔地区）排烟电动机、安装在高海拔地区） 因此，在制订国内的强

13、制性最低能效标准时，因此，在制订国内的强制性最低能效标准时，应考虑上述情况。应考虑上述情况。 5.1 测定测定5.2 定额定额5.3 分级和标注分级和标注5.4 名义效率限值名义效率限值第5章：效率效率应该在额定输出功率、额定电压和额定频率效率应该在额定输出功率、额定电压和额定频率时测定时测定效率和损耗的测试应该根据效率和损耗的测试应该根据IEC60034-2-1IEC60034-2-1标准标准对对IE1IE1（标准效率）及以下效率等级，测试方法可标准效率）及以下效率等级，测试方法可选择中和低不确定度的方法。所选择的试验方法选择中和低不确定度的方法。所选择的试验方法应在电动机所附文件中说明应在

14、电动机所附文件中说明对其他高效率等级，只能选择低不确定度的试验对其他高效率等级，只能选择低不确定度的试验方法方法效率的测试 本标准涵盖的电动机可能会有些辅助设备如轴封，外风扇，机械制动器，倒转停机装置，速度传感器，转速器发生器等各种组合。测试这种情况电动机的效率应该是没测试这种情况电动机的效率应该是没有辅助设备时的。有辅助设备时的。齿轮电机和水泵电机常常有轴封以阻齿轮电机和水泵电机常常有轴封以阻止齿轮油或水进入电机。测试效率时止齿轮油或水进入电机。测试效率时应该不考虑这些轴封。应该不考虑这些轴封。 辅助设备电动机的定额对应一个较宽的电压范围（如电动机的定额对应一个较宽的电压范围（如400400

15、V V1010）时应指定一个额定效率和额定效率等级（时应指定一个额定效率和额定效率等级（IEIE代码），电压代码），电压波动对效率带来的影响将不考虑。波动对效率带来的影响将不考虑。对具有一种以上额定电压对具有一种以上额定电压/ /频率频率/ /输出功率组合的电动机，输出功率组合的电动机，应对每一种额定电压应对每一种额定电压/ /频率频率/ /输出功率组合规定额定效率和输出功率组合规定额定效率和额定效率等级额定效率等级( (IEIE代码代码) )。然而，作为最低效率的最小值及。然而，作为最低效率的最小值及其相应的其相应的IEIE代码（所有电压代码（所有电压/ /频率频率/ /输出功率的组合）应该

16、输出功率的组合）应该标注在铭牌上。标注在铭牌上。 所有效率值和相应的所有效率值和相应的IEIE代码应在产品的文件中提供代码应在产品的文件中提供（目录或使用说明书）（目录或使用说明书）。 注：如在日本可能用于这样的组合“220V/50Hz200V/60Hz220V/60Hz”，在欧洲可能有这样的组合“380V/50Hz400V/50Hz-460V/60Hz”。对这些例子，可能会有3或4个效率额定值有几个不同的IE分级。在相同磁通和输出功率下的额定电压在相同磁通和输出功率下的额定电压/ /频率组合，如频率组合，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），只有一个额定效率和效率分级（个额定效率和效率分级（IEIE代码）。代码）。 多电压/频率组合时相同设计的电机由于材料，加工工艺的变化，测相同设计的电机由于材料，加工工艺的变化，测试的电动机效率会有不同。对同一设计的一批电试的电动机效率会有不同。对同一设计的一批电动机其满载效率不是唯一值而是在一定范围内。动机其满载效率不是唯一值而是在一定范围内。因此，本标准给出额定输出效率限值是因此，本标准给出额定输出效率限值是名义值名义值。制造商标注在铭牌上的效率值（额定效率）应该制造商标注在铭牌上的效率值（额定效率）应该大于或等于本标准定义的名义效率（

18、根据铭牌上大于或等于本标准定义的名义效率（根据铭牌上的能效分级（的能效分级（IEIE代码）。代码）。任何单一电动机的满载效率，当在额定电压和额任何单一电动机的满载效率，当在额定电压和额定频率下进行试验时，应该不低于额定效率减效定频率下进行试验时，应该不低于额定效率减效率的容差，根据率的容差，根据IEC60034-1IEC60034-1计及容差。计及容差。 注：推荐在产品说明书中表明注：推荐在产品说明书中表明5050，7575和额定负载时的效率。本标准的效率只适和额定负载时的效率。本标准的效率只适用于额定输出功率。用于额定输出功率。定额定额 能效分级由字母能效分级由字母“IE”组成（组成（“国国

19、际能效分级际能效分级”的缩写），根据下表的缩写），根据下表1用用数字表示分级。数字表示分级。 IE1标准效率标准效率 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 有些电动机额定效率低于有些电动机额定效率低于IE1IE1的限的限值。这类电动机将不标注值。这类电动机将不标注IE代码。代码。分级分级额定效率和额定效率和IE代码都要标注在代码都要标注在铭铭 牌上，如：牌上，如：“IE2-84.0%”效率值应圆整保留小数一位，效率值应圆整保留小数一位，如：如：XX.X。 标注标注 50Hz 50Hz时标准效率名义限值（时标准效率名义限值（IE1IE1）和高效率名义限值和高效率

20、名义限值( (IE2)IE2)是基于是基于CEMEP-EUCEMEP-EU的的EFF2EFF2和和EFF1EFF1。然而由于试验方法不同，然而由于试验方法不同，效率值略有调整。（效率值略有调整。（CEPEPCEPEP：附加损耗是按输入功率的附加损耗是按输入功率的0.50.5，本标准附加损耗按实测值）。，本标准附加损耗按实测值）。5050HzHz时超高效率名义限值（时超高效率名义限值（IE3IE3）的设定是基于其损耗比的设定是基于其损耗比高效率名义限值（高效率名义限值（IE2IE2）减少减少15152020。 6060HzHz时标准效率名义限值（时标准效率名义限值（IE1IE1）采用巴西标准。高

21、效率采用巴西标准。高效率名义限值名义限值( (IE2)IE2)和超高效率名义限值（和超高效率名义限值（IE3IE3）是采用美国的是采用美国的EPActEPAct标准。标准。新的超超高效率等级（新的超超高效率等级（IE4IE4）由本标准的将来的版本考虑。由本标准的将来的版本考虑。注：注：IE4IE4效率等级将在本标准的下一版中合并到标准文本中。其目标是效率等级将在本标准的下一版中合并到标准文本中。其目标是在在IE3IE3的基础上将损耗减少的基础上将损耗减少1515得到。期望技术的进步或其他的电动机得到。期望技术的进步或其他的电动机能达到能达到IE4IE4的水平。本标准的范围也将根据这进行修改。的

22、水平。本标准的范围也将根据这进行修改。效率限值效率限值5050HzHz时时IE1IE1效率名义限值表效率名义限值表3 36060HzHz时时IE1IE1效率名义限值表效率名义限值表4 45050HzHz时时IE2IE2效率名义限值表效率名义限值表5 56060HzHz时时IE2IE2效率名义限值表效率名义限值表6 65050HzHz时时IE3IE3效率名义限值表效率名义限值表7 76060HzHz时时IE3IE3效率名义限值表效率名义限值表8 8 效率限值表效率限值表对于给定的机座号和输出功率，一般来说电动机设计成对于给定的机座号和输出功率，一般来说电动机设计成6060HzHz时比设计时比设计

23、成成5050HzHz更容易达到高效率。因为电动机的尺寸和转矩的关系不像理论更容易达到高效率。因为电动机的尺寸和转矩的关系不像理论上输出与速度的关系的线性增加，如从上输出与速度的关系的线性增加，如从50Hz到到60Hz增加了增加了20%.在中小型感应电动机中，绕组损耗在中小型感应电动机中，绕组损耗I I2 2R R是主要损耗。当转矩保持不变时，是主要损耗。当转矩保持不变时，从从5050HzHz到到6060HzHz他们基本上保持不变。虽然风摩耗，铁耗会随着频率的他们基本上保持不变。虽然风摩耗，铁耗会随着频率的增加而增加，但他们在这类电动机中只占有很小的部分。因此，增加而增加，但他们在这类电动机中只

24、占有很小的部分。因此，6060HzHz时损耗增加小于时损耗增加小于20%20%而输出功率增加了而输出功率增加了20%20%，因此，相比，因此，相比5050HzHz时，效率时，效率得到改善。得到改善。实际上，无论实际上，无论50Hz还是还是60Hz电机输出功率的设计是按照标准的功率等电机输出功率的设计是按照标准的功率等级进行的，如级进行的，如IEC60072-1和地方标准例如和地方标准例如EN50374。因此，电动机额因此，电动机额定功率的增加并不总是满足定功率的增加并不总是满足20%的原则。因此，如果电动机在各自的的原则。因此，如果电动机在各自的频率下都是优化设计的，那么频率下都是优化设计的，那么60Hz时的优势还是适用的。时的优势还是适用的。50Hz和和60Hz之间的效率差随着极数和电机尺寸而变化。一般来说，三之间的效率差随着极数和电机尺寸而变化。一般来说，三相笼型感应电动机功率从相笼型感应电动机功率从0.75kW到到370kW，60Hz时的效率比时的效率比50Hz时时的效率高的效率高2.50.5。仅仅大功率。仅仅大功率2P电机，由于铁耗和风摩耗比例电机，由于铁耗和风摩耗比例较高在较高在60Hz时效率有所减少。时效率有所减少。 5050HzHz效率与效率与6060H