2.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)與能效標(biāo)識(shí)

二維碼2-5

根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在國(guó)產(chǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的殼體上，均釘有電動(dòng)機(jī)銘牌。同時(shí)，在電動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇護(hù)罩上，均貼有電動(dòng)機(jī)的能效標(biāo)識(shí)。通過銘牌和能效標(biāo)識(shí)（圖2-33），即可了解電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和能效等級(jí)。正確識(shí)讀銘牌數(shù)據(jù)和能效標(biāo)識(shí)，對(duì)于合理選擇、使用電動(dòng)機(jī)，具有重要意義。

圖2-33 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和能效標(biāo)識(shí)

2.4.1 電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

在電動(dòng)機(jī)的外殼上都會(huì)釘有銘牌（圖2-34）。銘牌上注明該電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理（包括重新繞制定子繞組）電動(dòng)機(jī)的重要依據(jù)，銘牌的主要內(nèi)容如下。

圖2-34 電動(dòng)機(jī)的銘牌

1.型號(hào)

電動(dòng)機(jī)的型號(hào)用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)等主要技術(shù)參數(shù)。GB/T 4831—2016《旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)品型號(hào)編制方法》對(duì)國(guó)產(chǎn)異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào)做出了明確規(guī)定，見表2-2。

表2-2 異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào)

例如，Y132M-4屬于Y（異）系列三相異步電動(dòng)機(jī)，其詳細(xì)的型號(hào)含義如圖2-35所示；YS63-1-4屬于小功率分馬力三相異步電動(dòng)機(jī)，其詳細(xì)的型號(hào)含義如圖2-36所示；YX3-160L-4-W屬于高效率三相異步電動(dòng)機(jī)，其詳細(xì)的型號(hào)含義如圖2-37所示。

圖2-35 三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)含義（Y132M-4）

圖2-36 小功率分馬力三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)含義（YS63-1-4）

圖2-37 高效率三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)含義（YX3-160L-4-W）

2.接法

異步電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的連接方法有星形（Υ）聯(lián)結(jié)和三角形（△）聯(lián)結(jié)之分。在電動(dòng)機(jī)出廠時(shí)，容量小于或等于3kW的電動(dòng)機(jī)，通常采用星形聯(lián)結(jié)；容量大于或等于4kW的電動(dòng)機(jī)，通常采用三角形聯(lián)結(jié)。

在電動(dòng)機(jī)的接線盒內(nèi)，三相定子繞組的6個(gè)端子，按照?qǐng)D2-38所示的方式列出。同名繞組的首端用數(shù)字1表示，末端用數(shù)字2表示。注意，同一相繞組的兩個(gè)端子是錯(cuò)開的，并非排在同一列。

如果采用星形（Υ）聯(lián)結(jié)（圖2-39），則可用接線盒內(nèi)自帶的導(dǎo)電連接片（圖2-39中黑色粗線條所示）將W2、U2、V2三個(gè)端子連接在一起。然后，再將U1、V1、W1三個(gè)端子分別與三相電源線L1、L2、L3連接起來。同時(shí)，將保護(hù)接地線可靠地連接在接線盒內(nèi)的保護(hù)接地XE（PE）端子上。

圖2-38 三相異步電動(dòng)機(jī)端子的排列

圖2-39 星形（Υ）聯(lián)結(jié)

a）三相定子繞組的連接關(guān)系 b）接線盒內(nèi)各個(gè)接線端子的連接方法

如果采用三角形（△）聯(lián)結(jié)（圖2-40），則可用接線盒內(nèi)自帶的導(dǎo)電連接片（圖2-40中黑色粗線條所示）將W2和U1端子、U2和V1端子、V2和W1端子分別連接在一起。然后，再將U1、V1、W1三個(gè)端子分別與三相電源線L1、L2、L3連接起來。同時(shí)，將保護(hù)接地線可靠地連接在接線盒內(nèi)的保護(hù)接地XE（PE）端子上。

圖2-40 三角形（△）聯(lián)結(jié)

a）三相定子繞組的連接關(guān)系 b）接線盒內(nèi)各個(gè)接線端子的連接方法

異步電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的連接方法并不是一成不變的，用戶可以根據(jù)使用要求，有意識(shí)地改變?nèi)喽ㄗ永@組的連接方法，以確保機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。例如，在針對(duì)大容量電動(dòng)機(jī)做Υ-△轉(zhuǎn)換起動(dòng)控制的電路中，就可以借助繼電電路，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，將三相定子繞組接成星形（Υ），以利電動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)；待完成起動(dòng)之后，再將三相定子繞組接成三角形（△），以利電動(dòng)機(jī)輸出較大轉(zhuǎn)矩，正常工作。

3.額定頻率

額定頻率是指電動(dòng)機(jī)所接的交流電源每秒鐘內(nèi)變化的次數(shù)，用f_N表示。我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電源頻率為50Hz。

4.額定電壓

電動(dòng)機(jī)在額定工況下運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓的有效值，稱為三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓，用U_N表示。一般額定功率大于3kW的電動(dòng)機(jī)，額定電壓為380V，其繞組出廠時(shí)為△聯(lián)結(jié)。額定功率≤3kW的電動(dòng)機(jī)，額定電壓為380/220V，繞組為Υ/△聯(lián)結(jié)。其中，當(dāng)電源電壓為380V時(shí)，繞組應(yīng)為Υ聯(lián)結(jié)；電源電壓為220V時(shí)，繞組應(yīng)為△聯(lián)結(jié)。

一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5%。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)滿載或接近滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過高或過低都會(huì)使電動(dòng)機(jī)的工作電流大于額定值，從而使電動(dòng)機(jī)過熱。

三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V、3kV、6kV和10kV等多種。但以380V的應(yīng)用最為廣泛，其余幾種規(guī)格只用于少數(shù)大容量的電動(dòng)機(jī)。

5.額定電流

電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流的有效值，稱為三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電流，用I_N表示，以安培（A）為單位。例如，Υ/△ 6.73/11.64 A表示在Υ聯(lián)結(jié)下，電動(dòng)機(jī)的線電流的有效值為6.73A；在△聯(lián)結(jié)下，電動(dòng)機(jī)的線電流的有效值為11.64A。

6.額定功率與效率

額定功率是指在額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上所輸出的機(jī)械功率，用P_N表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。

電動(dòng)機(jī)的效率是指電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸輸出功率與電網(wǎng)輸入電動(dòng)機(jī)的有功功率的比值。電動(dòng)機(jī)的效率越高，說明電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的比例越大，在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失越小。

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的效率η在75%～96%之間（大功率電動(dòng)機(jī)取大值）。在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用高效率的電動(dòng)機(jī)。

二維碼2-6

7.功率因數(shù)

電動(dòng)機(jī)是電感性負(fù)載，定子相電流比相電壓滯后一個(gè)φ角，cosφ稱為功率因數(shù)。在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率P與視在功率S的比值，即cosφ=P/S。

功率因數(shù)是衡量交流電氣設(shè)備（如交流電動(dòng)機(jī)、變壓器等）效率高低的一個(gè)系數(shù)。功率因數(shù)低，說明交流電氣設(shè)備用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無功功率大，增加了電能損失。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流電氣設(shè)備的功率因數(shù)有一定的要求。

三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時(shí)為0.7～0.9。空載時(shí)的功率因數(shù)很低，只有0.2～0.3。在額定負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)最高。

為提高有功功率，應(yīng)盡可能使電動(dòng)機(jī)工作在額定工況。為此，在實(shí)際使用中，應(yīng)選擇容量合適的電動(dòng)機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象（若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于空載或準(zhǔn)空載狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)太低）。

8.額定轉(zhuǎn)速

電動(dòng)機(jī)在額定工況下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，用n_N表示。異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速一般略小于其同步轉(zhuǎn)速n₀。如n₀=1500r/min時(shí)，n_N=1440r/min。

9.絕緣等級(jí)

絕緣等級(jí)（Insulation Level，Insulation Class）是指電動(dòng)機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級(jí)。絕緣等級(jí)表征電動(dòng)機(jī)允許的最高工作溫度。GB/T 11021—2014《電氣絕緣 耐熱性和表示方法》將電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)分為B、F、H、N、R等多個(gè)級(jí)別（表2-3）。

表2-3 電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)

以前國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)最常用的絕緣等級(jí)為B級(jí)。但隨著電動(dòng)機(jī)制造工藝水平的提高，目前最常用的絕緣等級(jí)為F級(jí)，H級(jí)也正在逐步推廣中。

10.工作制

工作制（Duty）又稱為工作方式，是指電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時(shí)間。GB/T 755—2019《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能》將電動(dòng)機(jī)的工作制分為S1～S10共10種，常用的有S1、S2、S3三種。

（1）S1—連續(xù)工作制

按照S1—連續(xù)工作制設(shè)計(jì)、制造的電動(dòng)機(jī)，在恒定負(fù)載下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)足以達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)。

驅(qū)動(dòng)通風(fēng)機(jī)、水泵、紡織機(jī)械、造紙機(jī)械等負(fù)載的電動(dòng)機(jī)，多采用S1—連續(xù)工作制。

（2）S2—短時(shí)工作制

短時(shí)工作制是指電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下按給定的時(shí)間（有10min、30min、60min及90min四種標(biāo)準(zhǔn)）運(yùn)行，該時(shí)間不足以使電動(dòng)機(jī)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)，隨即斷電、停機(jī)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)冷卻到與冷卻介質(zhì)的溫度相近（兩者溫差在2K以內(nèi)）后，方可再次起動(dòng)運(yùn)行的工作制。

按照S2—短時(shí)工作制設(shè)計(jì)、制造的電動(dòng)機(jī)，標(biāo)注銘牌時(shí)，應(yīng)在代號(hào)S2后面加上工作時(shí)限，如S2—30min、S2—90min等。

冶金行業(yè)用電動(dòng)機(jī)、起重機(jī)械用電動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)水閘啟閉機(jī)工作的電動(dòng)機(jī)，多采用S2—短時(shí)工作制。

（3）S3—斷續(xù)周期工作制

斷續(xù)周期工作制是指電動(dòng)機(jī)按照一系列相同的工作周期運(yùn)行，每一工作周期包括一段恒定負(fù)載運(yùn)行時(shí)間（工作時(shí)段，如4min）和一段斷電、停機(jī)時(shí)間（停機(jī)時(shí)段，如6min）。工作時(shí)段與整個(gè)工作周期之比，稱為負(fù)載持續(xù)率，用百分?jǐn)?shù)表示。標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%及60%四種，每個(gè)工作周期規(guī)定為10min。

以S3—斷續(xù)周期工作制工作的電動(dòng)機(jī)，在工作時(shí)段內(nèi)，不足以使電動(dòng)機(jī)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)；在停機(jī)時(shí)段內(nèi)，也不足以使電動(dòng)機(jī)的溫升降低到零。

按照S3—斷續(xù)周期工作制設(shè)計(jì)、制造的電動(dòng)機(jī)，標(biāo)注銘牌時(shí)，應(yīng)在代號(hào)S3后面加上負(fù)載持續(xù)率，如S3—25%、S3—60%等。

樓宇電梯的電動(dòng)機(jī)、軋鋼輔助機(jī)械中的電動(dòng)機(jī)，多采用S3—斷續(xù)周期工作制。

11.聲功率級(jí)

根據(jù)GB/T 10069.1—2006《旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)定方法及限值 第1部分：旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)定方法》的規(guī)定，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行噪聲用聲功率級(jí)（L_W）表示，單位為dB（A）。

聲功率級(jí)（L_W）是電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的聲功率W與基準(zhǔn)聲功率W₀之比的以10為底的對(duì)數(shù)再乘以10，以分貝dB（A）計(jì)，即

式中 W——電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的聲功率，單位為皮瓦pW（10^-12W）；

W₀——基準(zhǔn)聲功率，其值為1pW（10^-12W）。

聲功率級(jí)（L_W）數(shù)值越小，說明電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的噪聲越低。例如，某電動(dòng)機(jī)的聲功率級(jí)數(shù)值為L_W=78dB（A），表示該電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行噪聲最高為78dB（A）。

12.IP防護(hù)等級(jí)

IP（International Protection）防護(hù)等級(jí)是對(duì)電氣設(shè)備（額定電壓≤72.5kV，包括電動(dòng)機(jī)，也包括其他電器）外殼防止固體（如灰塵）、液體（如水）進(jìn)入電氣設(shè)備內(nèi)部的特性進(jìn)行的分級(jí)，用于表征電氣設(shè)備防止外物進(jìn)入內(nèi)部的能力。

根據(jù)GB/T 4942.1—2006《旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)（IP代碼）——分級(jí)》的規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的IP防護(hù)等級(jí)由防護(hù)表征字母IP+兩個(gè)數(shù)字+補(bǔ)充字母三部分組成：第1個(gè)數(shù)字表征防固體（如灰塵）能力；第2個(gè)數(shù)字表征防液體（如水）能力；補(bǔ)充字母表示測(cè)試狀態(tài)及附加措施（圖2-41）。IP防護(hù)等級(jí)的數(shù)字越大，表示其防護(hù)等級(jí)越高。

圖2-41 IP防護(hù)等級(jí)的表示方法

防固體（如灰塵）能力表征數(shù)字及含義見表2-4，防液體（如水）能力表征數(shù)字及含義見表2-5。例如，國(guó)產(chǎn)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y132M-4的防護(hù)等級(jí)為IP44，表示該電動(dòng)機(jī)既能防止直徑大于1.0mm的固體外物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，又能防止飛濺的水浸入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。

表2-4 防固體（如灰塵）能力表征數(shù)字及含義

表2-5 防液體（如水）能力表征數(shù)字及含義

防爆電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP44，戶外使用的電動(dòng)機(jī)外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP54，粉塵防爆電動(dòng)機(jī)的防塵式外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP55，塵密式電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP65。防護(hù)等級(jí)最高的電動(dòng)機(jī)（如持續(xù)潛水電動(dòng)機(jī)）為IP68。

13.冷卻方法

GB/T 1993—1993《旋轉(zhuǎn)電機(jī)冷卻方法》規(guī)定，電動(dòng)機(jī)冷卻方法代號(hào)由冷卻方法標(biāo)志IC+冷卻介質(zhì)回路的布置代號(hào)+初級(jí)冷卻介質(zhì)代號(hào)+初級(jí)冷卻介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式代號(hào)+次級(jí)冷卻介質(zhì)代號(hào)+次級(jí)冷卻介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式代號(hào)組成，如圖2-42所示。

圖2-42 電動(dòng)機(jī)冷卻方法代號(hào)

其中，IC（International Cooling）是國(guó)際通用的電動(dòng)機(jī)冷卻方法的特征字母，冷卻介質(zhì)的回路布置代號(hào)含義見表2-6；初級(jí)和次級(jí)冷卻介質(zhì)代號(hào)含義見表2-7；初級(jí)和次級(jí)冷卻介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式代號(hào)含義見表2-8。

表2-6 冷卻介質(zhì)的回路布置代號(hào)含義（部分）

表2-7 初級(jí)和次級(jí)冷卻介質(zhì)代號(hào)含義（部分）

注：如果冷卻介質(zhì)為空氣，則描述冷卻介質(zhì)的字母A可以省略（在實(shí)際應(yīng)用中，采用的冷卻介質(zhì)基本上都是空氣）。

表2-8 初級(jí)和次級(jí)冷卻介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式代號(hào)含義（部分）

注：如果冷卻介質(zhì)為水且驅(qū)動(dòng)方式為7，則在簡(jiǎn)化標(biāo)記中，數(shù)字7可以省略。

電動(dòng)機(jī)冷卻方法的標(biāo)記有簡(jiǎn)化標(biāo)記法和完整標(biāo)記法兩種。由于完整標(biāo)記法過于煩瑣，在實(shí)際應(yīng)用中，多使用簡(jiǎn)化標(biāo)記法。

例如，某電動(dòng)機(jī)的冷卻方法完整標(biāo)記為IC4A1A1（簡(jiǎn)化標(biāo)記為IC411），則其含義是：該電動(dòng)機(jī)以空氣為冷卻介質(zhì)，通過機(jī)殼表面進(jìn)行冷卻，初級(jí)和次級(jí)冷卻介質(zhì)均采用自循環(huán)驅(qū)動(dòng)方式。簡(jiǎn)而言之，IC411就是電動(dòng)機(jī)采用全封閉結(jié)構(gòu)，自帶風(fēng)扇進(jìn)行冷卻（全封閉，自扇冷）。冷卻方法IC411在國(guó)產(chǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用最多。

在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)比較常用的冷卻方法有IC411、IC511、IC416等。按照表2-9進(jìn)行區(qū)分和識(shí)讀更為言簡(jiǎn)意賅。

表2-9 電動(dòng)機(jī)常用的冷卻方法釋義

14.電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和安裝型式

GB/T 997—2008《旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)型式、安裝型式及接線盒位置的分類（IM代碼）》對(duì)國(guó)產(chǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和安裝型式做出了明確規(guī)定。

電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和安裝型式代號(hào)由“國(guó)際安裝”（International Mounting）的縮寫字母“IM”、代表“臥式安裝”的“B”和代表“立式安裝”的“V”連同1位或2位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，如IM B35或IM V15等。B或V后面的阿拉伯?dāng)?shù)字代表不同的結(jié)構(gòu)和安裝特點(diǎn)。

（1）IM B3

采用IM B3安裝方式（圖2-43）時(shí)，電動(dòng)機(jī)有底腳，D端無法蘭（Flange），有一個(gè)圓柱形軸伸。電動(dòng)機(jī)靠底腳安裝，底腳朝下。因此，IM B3安裝亦稱為臥式安裝。

所謂D端，是指電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)端（Drive-end of Electric Machine），亦即動(dòng)力輸出端。相應(yīng)地，N端指電動(dòng)機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端（Non-drive-end of Electric Machine）。

（2）IM B5

采用IM B5安裝方式（圖2-44）時(shí)，電動(dòng)機(jī)無底腳，D端有法蘭，有一個(gè)圓柱形軸伸。電動(dòng)機(jī)靠D端法蘭安裝。

圖2-43 IM B3安裝方式

圖2-44 IM B5安裝方式

（3）IM B35

采用IM B35安裝方式（圖2-45）時(shí)，電動(dòng)機(jī)有底腳，D端有法蘭，有一個(gè)圓柱形軸伸。電動(dòng)機(jī)既可以靠底腳安裝，底腳朝下（主安裝方式），又可以靠D端法蘭安裝（輔助安裝方式）。

（4）IM V1

采用IM V1安裝方式（圖2-46）時(shí)，電動(dòng)機(jī)無底腳，D端有法蘭，有一個(gè)圓柱形軸伸。電動(dòng)機(jī)靠D端法蘭安裝，軸伸朝下。

圖2-45 IM B35安裝方式

圖2-46 IM V1安裝方式

常見的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式與安裝型式代號(hào)及圖例見表2-10。

表2-10 常見的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式與安裝型式代號(hào)及圖例

除上述數(shù)據(jù)之外，電動(dòng)機(jī)銘牌上還有產(chǎn)品商標(biāo)、產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品生產(chǎn)日期、產(chǎn)品編號(hào)以及制造商名稱等其他信息。

2.4.2 電動(dòng)機(jī)的效率及提高措施

二維碼2-7

1.高效率電動(dòng)機(jī)

高效率電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代第一次能源危機(jī)時(shí)期。與一般電動(dòng)機(jī)相比，高效率電動(dòng)機(jī)的損耗下降約20%。由于能源供應(yīng)的持續(xù)緊張，近年來又出現(xiàn)了所謂超高效率電動(dòng)機(jī)，其損耗又比高效率電動(dòng)機(jī)下降15%～20%。

例如，我國(guó)1982年定型并廣泛生產(chǎn)、使用的Y系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)，其效率平均值僅為87.3%，而后續(xù)開發(fā)的、2005年定型的YX3系列（IP55）高效率三相異步電動(dòng)機(jī)，其效率平均值已經(jīng)提高到了90.3%。目前，我國(guó)正在大力推廣的、2010年定型的YE3系列（IP55）超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)，其效率平均值已經(jīng)高達(dá)91.7%。

高效率電動(dòng)機(jī)和超高效率電動(dòng)機(jī)在效率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但其產(chǎn)品型譜、功率等級(jí)劃分、安裝尺寸系列以及其他使用要求則與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)完全相同。因此，高效率電動(dòng)機(jī)和超高效率電動(dòng)機(jī)既繼承了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)型譜齊全、覆蓋面廣、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，又具有突出的效率優(yōu)勢(shì)，對(duì)于節(jié)能減排、促進(jìn)環(huán)保，推動(dòng)人類社會(huì)和諧、健康發(fā)展具有重要意義。

2.提高電動(dòng)機(jī)效率的技術(shù)措施

當(dāng)電能輸入電動(dòng)機(jī)后，電動(dòng)機(jī)在“先將電能轉(zhuǎn)換為磁能，再將磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出”的同時(shí)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，電動(dòng)機(jī)自身還會(huì)產(chǎn)生一定的定子銅耗、定子鐵耗、轉(zhuǎn)子銅耗、通風(fēng)摩擦損耗及其他雜散損耗，這些損耗會(huì)以熱能的形式散發(fā)出去。

正是由于這些損耗的存在，才使得電動(dòng)機(jī)的效率達(dá)不到100%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，各種類型的損耗所占電動(dòng)機(jī)總損耗的比例如圖2-47所示。

圖2-47 各種類型的損耗所占電動(dòng)機(jī)總損耗的比例

提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的關(guān)鍵是最大限度地降低電動(dòng)機(jī)自身的損耗，從而獲得最大的機(jī)械能輸出。為解決這一關(guān)鍵問題，高效率電動(dòng)機(jī)采取了新理論、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝等一系列先進(jìn)技術(shù)措施。

1）“以冷代熱”，即以冷軋電工硅鋼板制造定子和轉(zhuǎn)子鐵心沖片，取代熱軋電工硅鋼板，以降低鐵耗。國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早已停止了熱軋電工硅鋼板的生產(chǎn)和使用，而國(guó)內(nèi)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)一直是熱軋片和冷軋片并存使用。生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)于高效率電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)，只有采用質(zhì)量穩(wěn)定、損耗較低的冷軋片，才能保證較大幅度而且穩(wěn)定地降低電動(dòng)機(jī)的鐵耗。

2）定子繞組采用低諧波繞組，以降低銅耗和雜散損耗。基于低諧波繞組理論，采用低諧波繞組改善電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)波形，可以降低電動(dòng)機(jī)的雜散損耗和定子、轉(zhuǎn)子繞組的銅耗。

3）采用先進(jìn)合理的通風(fēng)結(jié)構(gòu)，以降低機(jī)械損耗。高效率電動(dòng)機(jī)均采用錐形風(fēng)罩和帶錐形擋風(fēng)板的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的通風(fēng)效果，可以在通風(fēng)損耗和摩擦損耗很小的情況下產(chǎn)生足夠的風(fēng)量，取得良好的冷卻效果，并且可以有效降低機(jī)械噪聲。

4）采用先進(jìn)的工藝措施，以降低電動(dòng)機(jī)的雜散損耗。在采用適當(dāng)?shù)亩ㄗ印⑥D(zhuǎn)子槽配合和轉(zhuǎn)子槽斜度的同時(shí)，適當(dāng)調(diào)整定子、轉(zhuǎn)子間的氣隙值并對(duì)加工后的轉(zhuǎn)子進(jìn)行多項(xiàng)技術(shù)處理，可以有效地降低和控制雜散損耗。

高效率電動(dòng)機(jī)適用于耗能量大、負(fù)載長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備。設(shè)備運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能效果越顯著。高效率電動(dòng)機(jī)特別適合以下幾種情況：新設(shè)計(jì)、新開工項(xiàng)目的選用；舊電動(dòng)機(jī)損壞需要大修或更新時(shí)選用；淘汰老產(chǎn)品實(shí)施以高效電動(dòng)機(jī)的替換時(shí)選用；節(jié)能、減排、降耗技術(shù)改造時(shí)選用。

2.4.3 能效等級(jí)的劃分與能效標(biāo)識(shí)

1.電動(dòng)機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)

目前，世界上已有中國(guó)、美國(guó)、歐盟、國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）等十余個(gè)國(guó)家和地區(qū)/組織頒布了電動(dòng)機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電動(dòng)機(jī)能效等級(jí)的劃分做出了明確的規(guī)定。

（1）美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)1992年頒布的能源政策法令（Energy Policy Act，EPAct）規(guī)定，從1997年起，在美國(guó)生產(chǎn)和從國(guó)外進(jìn)口到美國(guó)的電動(dòng)機(jī)必須達(dá)到EPAct規(guī)定的最低效率指標(biāo)（IE2高效電動(dòng)機(jī)）。2002年，美國(guó)電機(jī)制造商協(xié)會(huì)（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）制訂了超高效率電機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)，一般稱為NEMA Premium（高品質(zhì)、高效率之意）標(biāo)準(zhǔn)，并于2007年通過立法。NEMA Premium標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，美國(guó)電機(jī)行業(yè)于2010年12月17日后執(zhí)行IE3超高效能效標(biāo)準(zhǔn)。

（2）歐盟標(biāo)準(zhǔn)

1999年，歐盟交通能源局與歐洲電機(jī)及電力電子制造商協(xié)會(huì)達(dá)成自愿協(xié)議（簡(jiǎn)稱EU-CEMEP協(xié)議），該協(xié)議將電動(dòng)機(jī)的效率分為EFF1、EFF2和EFF3三級(jí)。2005年底，歐盟開始實(shí)施EFF2級(jí)（IE1）電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。從2008年8月11日起，歐盟EuP指令正式轉(zhuǎn)化為歐盟成員國(guó)的技術(shù)法規(guī)。EuP指令規(guī)定，由2011年起，在歐盟范圍內(nèi)實(shí)施EFF1（IE2高效電動(dòng)機(jī)）標(biāo)準(zhǔn)。

（3）國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)

2008年，國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrotechnical Commission，IEC）的下屬機(jī)構(gòu)IEC/TC2頒布了IEC 60034-30《單速、三相、籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)能效分級(jí)（IE代碼）》標(biāo)準(zhǔn)。IEC 60034-30將電動(dòng)機(jī)的能效等級(jí)劃分為四級(jí)，即IE1（標(biāo)準(zhǔn)效率等級(jí)）、IE2（高效率等級(jí)）、IE3（超高效等級(jí)）和IE4（超超高效等級(jí)）。

（4）中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)于2002年頒布了針對(duì)中小型三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)，并于2005年對(duì)GB18613—2006《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》進(jìn)行了修訂，規(guī)定自2011年7月1日起，中小型異步電動(dòng)機(jī)實(shí)施國(guó)家二級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)（即IE2高效電動(dòng)機(jī)）。

我國(guó)現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18613—2012《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》規(guī)定，自2016年9月1日起，中小型異步電動(dòng)機(jī)實(shí)施新的國(guó)家二級(jí)（IE3超高效電動(dòng)機(jī)）標(biāo)準(zhǔn)。

以上各種標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2-11。

表2-11 各種電動(dòng)機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.我國(guó)電動(dòng)機(jī)的能效等級(jí)

為進(jìn)一步促進(jìn)電機(jī)制造商提高產(chǎn)品技術(shù)水平，提高電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)的節(jié)能減排，GB 18613—2012規(guī)定了中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的能效等級(jí)、能效限定值、目標(biāo)能效限定值、節(jié)能評(píng)價(jià)值和試驗(yàn)方法。

GB 18613—2012適用于1000V以下電壓、以50Hz三相交流電源供電、額定功率在0.75～375kW范圍內(nèi)，極數(shù)為2極、4極、6極，單速全封閉自扇冷式、N設(shè)計(jì)、連續(xù)工作制的一般用途電動(dòng)機(jī)或一般用途防爆電動(dòng)機(jī)。

電動(dòng)機(jī)的能效限定值是指在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試條件下，允許的電動(dòng)機(jī)效率的最低值。電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)能效限定值是指在GB 18613—2012實(shí)施一定年限后，允許的電動(dòng)機(jī)效率的最低值。電動(dòng)機(jī)的節(jié)能評(píng)價(jià)值是指在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試條件下，滿足節(jié)能認(rèn)證要求的電動(dòng)機(jī)效率應(yīng)達(dá)到的最低值。

GB 18613—2012將國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的能效等級(jí)分為三級(jí)。其中，能效等級(jí)為1級(jí)的電動(dòng)機(jī)，其能效最高。各等級(jí)電動(dòng)機(jī)在額定輸出功率下的實(shí)測(cè)效率應(yīng)不低于表2-12的規(guī)定。電動(dòng)機(jī)的能效限定值在額定輸出功率的效率應(yīng)不低于表2-12中3級(jí)的規(guī)定。

表2-12 中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的能效等級(jí)（GB 18613—2012）

（續(xù)）

電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)能效限定值在額定輸出功率的效率應(yīng)不低于表2-12中2級(jí)的規(guī)定。在表2-12中，輸出功率在7.5～375kW的電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)能效限定值在2016年9月1日開始實(shí)施；輸出功率在7.5kW以下的電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)能效限定值在2017年9月1日開始實(shí)施，并替代表2-12中3級(jí)的規(guī)定。

電動(dòng)機(jī)的節(jié)能評(píng)價(jià)值在額定輸出功率的效率均應(yīng)不低于表2-12中2級(jí)的規(guī)定。

電動(dòng)機(jī)的效率應(yīng)按照GB/T 1032—2012《三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》中的B法——測(cè)量輸入和輸出功率的損耗分析法進(jìn)行測(cè)試。

圖2-48 中國(guó)能效標(biāo)識(shí)

3.能效標(biāo)識(shí)

國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)（簡(jiǎn)稱國(guó)家發(fā)改委）、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局（簡(jiǎn)稱國(guó)家質(zhì)檢總局）2004年第17號(hào)令和2016年第35號(hào)令——《能源效率標(biāo)識(shí)管理辦法》均明確規(guī)定，新生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)必須在機(jī)身上張貼中國(guó)能效標(biāo)識(shí)（圖2-48），以促進(jìn)節(jié)能減排意識(shí)的提高，推廣高效率電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，推動(dòng)全社會(huì)的和諧發(fā)展。