电动机的能效水平及其影响_湘电集团有限公司_湘潭电机股从限公司

电动机的能效水平及其影响

上海电器科学研究所秦和

一、电动机节能的作用

电动机广泛应用于工业、商业、公用设施和家用电器等各个领域，作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力。一般来说，工业发达的国家和较大的发展中国家，电动机的用电量在其总用电量中占有相当大的比重。自上世纪70年代第一次能源危机以来，美国就对电动机用电情况进行了大量调查。据美国能源部统计，其电动机用电量占工业用电量的2/3，占其全部用电量的1/2；电动机所传递的能量消耗其一次能源总量的20%。欧盟1992年的统计资料显示，该年欧盟的总用电量为17000亿kWh，而其中电动机的用电量为7190亿kWh，占总用电量的42%。

目前大多数国家的电力生产仍以火力发电为主，其生产过程中排出的CO2等气体就成为地球温室气体的主要部份，对气候环境带来很大的影响。有关专家测算，英国在1995年电动机总用电量为1300亿kWh，为产生这些电能排放到空气中的碳为2400万吨，相当于英国该年所有能源排放碳总量的17%。根据1997年京都议定书，各国均要减少温室气体的排放：欧盟在2008～2012年要比1990年的排放水平降低8%，其中英国要减少12.5%。中国作为最大的发展中国家，也正在积极采取措施控制和减少CO2的排放。由于电动机能效水平的提高所带来的电能节约可以大大减少温室气体的排放，因此电动机节能工作对于气候环境的保护以及自然资源的保护将发挥重要的作用。

电动机的能效水平除了与能源节约和环境保护有关外，还与使用者的经济效益有关。因为当电动机的效率幸欢ǚ忍岣吆螅缍诵兴柚Ц兜牡绶鸭纯擅飨越档汀Ｏ忠?1kW 4极电动机为例，Y系列电动机效率为88%，价格为2000元，假设年运行时间为4000小时，负荷率为75%，电费为0.5元/kWh，贴现率为6%时，运行10年所需支付电费为138，000元。如以高率YX电动机替代，其效率为91%，价格为2400元，则运行10年所需支付电费为133，500元，比采用原效率电动机所需支付的电费降低了4500元，大大超过初始购置时增加的400元，此费用在运行不到一年即可收回。从以上数据可知，电动机购置费用不到总运行费用的2%，因此采用较高效率的电动机对于电动机用户将具有明显的经济效益。英国能源技术促进会（ETSU）估计，如果英国工业和商业中运行的电动机效率提高1%，每年即可节约6600万英磅的电费。

二、电动机的功率分布和用电情况

电动机作为各种设备的驱动动力，其主要类型有3种：交流三相异步电动机，交流单相异步电动机和直流电动机。三、电动机的节能潜力

37kW以上电动机数量虽少，但要承担一半以上总的电动机用电量。因为这些功率较大的电动机大部份工作在高负荷，长期连续运行的状态，因此这部份电动机的效率历来受到重视，其效率水平也相应较高。但是应该看到，37kW以下的小功率电动机虽然单机传递能量不多，但由于其数量庞大，所以也传递了近一半的电能，因此，这部份电动机对于电能节约也具有重要意义。

为了改变这种情况，美国于90年代初决定采取行政干预。美国国会于1992年通过了“能源政策法令”，即所谓EPACT。其中对电动机的最低效率作出了规定，并规定该法令在60个月后正式生效，也即在1997年10月以后，在美国不能再生产和进口低于该法令（EPACT）所规定效率指标的电动机。EPACT效率指标为当时美国主要电动机制造商所生产的高效电动机效率指标的平均值。

目前美国电动机制造商已按此法令生产电动机，已完成了一般效率电动机转换到高效率电动机的生产过渡。为了进一步推动电动机节能，美国能源部，环保局以及美能源效率联盟（CEE）等正在积极鼓励超高效率电机（Premium-Efficiency Motors）的生产和应用。超高效率电机比一般高效率电机的效率还要高2%左右。

加拿大也在1992年制订了能源效率法令（EEACT），并规定在1995年开始正式生效，其电动机效率指标和美国EPACT指标相同。由于是法律规定为强制性执行的指标，因此节能电动机得到了迅速的推广，加拿大渥太华电动机市场1988年高效率电动机份额不到4%，到1993年时其份额已超过了60%。

欧盟在上世纪90年代中期开始对电动机节能进行调研和政策制订工作，于1999年在欧盟委员会交通能源局（EU-DGTE）的指导下，欧洲电机和电力电子制造商协会（CEMEP）决定到2003年较低效率水平电动机的生产要削减50%，并在2006年后停止生产。CEMEP并根据欧盟指示决定对电动机效率水平进行分级，以便用户选用。该协会包括了Siemens、ABB、Brook等欧洲主要电机制造商，其成员单位的产品占有了欧盟范围80%的市场份额。

三、电动机的能效标准

目前，国际上制订电动机效率标准的国家有美国、加拿大、墨西哥、巴西、澳大利亚和新西兰。我国已于今年初颁布了电动机的能效标准，并将于2002年的8月1日起正式实施。关于欧盟范围欧洲电机和电力电子制造商协会（CEMEP）的协议指标，虽未作为欧洲指令，但因已列入欧盟环保和节能计划，因此该协议指标可视作欧盟各国统一遵守的标准。

美国电动机的EPACT效率指标是根据美国电机制造商协会（NEMA）90年的标准NEMA12-10（即NEMA12-6C）的规定制订的。加拿大电动机标准（CSA-390），与美国EPACT效率指标相同，而墨西哥、巴西电动机标准的效率指标则采用美国NEMA于1989制订的高效电动机标准NEMA12-9（即NEMA12-6B），其效率较美国EPACT指标低0.6～1.5个百分点。上述四国关于电动机效率的测试方法均采用美国EPACT所规定的试验方法，即美国电气与电子工程师协会标准IEEE112-B方法。

中国、澳大利亚和新西兰的效率指标基本上与欧盟CEMEP指标相同，试验方法也均采用国际电工委员会标准IEC34-2方法。由此可见，目前国际上电动机能效标准，美国和欧盟的标准各具一定代表性，下面对这两方面标准的进展作进一步介绍。

1．美国标准

美国NEMA在制订了效率标准NEMA12-10以后，考虑到对更高效率水平的需求，又制订了NEMA E设计标准，即NEMA12-11标准，其效率指标较NEMA12-10提高了1～4个百分点，但其起动性能则有所降低。近年来，由于美国电力供应又趋紧张，由美国各州电力公司为主组成的能源效率联盟（CEE）与美国NEMA联合制订了起动性能与EPACT要求一致的超高效率电机（Premium Efficiency）指标，其效率水平接近NEMA E设计，较EPACT指标提高了1～3个百分点，损耗又较EPACT下降了20%左右。

2．欧盟标准

欧盟CEMEP标准对每一规格电动机规定了高低两档效率指标，产品效率值低于低指标的称为eff3电动机，介于低指标与高指标之间的称为eff2电动机，高于高指标的称为eff1电动机。

由于我国电源频率、功率与尺寸计量的标准以及电动机的功率等级及安装尺寸的关系均与欧州相同，同时我国对于电动机的基本技术要求和试验方法等标准也和欧洲一样符合IEC标准，再考虑到我国电动机的出口量目前已达相当数量，其中3/4是销往欧洲和亚太地区，仅有1/4销往北美地区，因此我国电动机能效标准以欧洲CEMEP低档值作为最低能效限值，即在国内生产和进口的电动机均要达到此指标，而以CEMEP高档值作为节能评价值，即达到或超过此指标的电动机才可称为高效率电动机或节能电动机。

与CEMEP-EU略有不同的是，我国标准根据国内情况适当增加了功率范围和极数，并在对产品节能评价值考核时，增加了对负载杂散损耗的考核要求。

六、电动机效率试验方法

为了提高电动机效率测试的精度和重复性，各国对于中小型异步电动机均采用测量各损耗分量从而求取效率的损耗分析法。但目前国际上所采用的具体方法并不统一。表14列出了不同国家和地区所采用的电动机效率试验方法标准，它们的主要差别在于对负载杂散损耗的处理。IEEE-112B规定负载杂散损耗要通过输入输出法测定，IEEE-112E规定负载杂散损耗用反转法测定，IEC34-2规定负载杂散损耗为输入功率的0.5%，而日本JEC则规定负载杂散损耗为O，而实际上电动机的负载杂散损耗随电动机设计、制造工艺以及功率、转速的不同而变化，一般在输入功率的1.5％~3.5%的范围内。

四、电动机效率水平比较

国内目前主要有Y和Y2两个低压异步电动机系列在生产和使用。Y系列是80年代初期全国统一设计的产品，功率范围为0.55 kW～250kW，机座中心高为80 mm ~315mm，共12个机座，年产量约为2000万kW。Y2系列是在90年代中期由上海电器科学研究所与北京电机总厂、上海电机（集团）公司、大连电机厂等发起组织研制的新一代产品。其功率从0.12 kW～315kW，机座号从63 mm ~355mm，共15个机座。Y2系列较Y系列在绝缘等级、防护型式、负载噪声以及外观煨偷确矫婢辛私洗蟮奶岣撸壳安恳汛?00余万kW。为了适应不同负荷率和运行时间的场合，在Y2设计的同时，还设计了Y2-E系列，前者用于一般驱动场合，后者可用于负荷率较高和运行时间较长的场合。

五、降低损耗提高效率的途径

由于电动机的损耗分布随功率大小和极数不同而变化，因此为降低损耗，应着重对不同功率和极数的主要损耗分量采取措施，现将降低损耗的一些途径简述如下：

1．增加有效材料，降<

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