提升电动机效率，下一步需要做什么？

摘要

未来的重点将是帮助最终用户了解，如何通过使用电动机和驱动系统来实现节能，并提供能够计算和预测能源节约的工具。

能源成本正在逐步下降，是什么改变了电动机效率，未来的 "电动机回收" 会发生什么变化？电动机驱动系统能源指标的潜在变化将从测量效率转向测量能源的利用。在电动机驱动系统中加入变频驱动，可以调节速度，通过这种方式降低的总能耗，比通过提升电动机的效率减少的损耗要大得多。

目前正在使用的电动机规范，各方一致同意创建并实施于2016年6月1日 (NEMA 表12-12 级)，旨在最大限度地提高电机效率，保持电动机的性能和体积大小，从而提供最好产品，使用户可以直接更换故障电动机。美国电气制造商协会 (NEMA) 电动机发电机分会完全遵循该规范。

无论是IEC 61800-9-1还是61800-9-2，都已投票通过，并已颁布实施。在应用水平或如何使用标准方面，与EN 50598没有明显的差别。多年以前在欧洲出版的EN 50598是新IEC标准的源头，该标准给出的方法已成功使用多年。

更易于系统集成商使用

制造商开始公布具有8个负载点的效率等级（如图1所示）。第18工作组已开始着手处理61800-9-2的最新版本，以解决过去几年中最新出现的需求，目的是提高准确性，并使系统集成商更容易遵守该标准。工作组还将研究如何改进负载点之间的插值方法，并尝试提高标准测试部分的准确性。

图 1: 制造商颁布了具有8个负载点的效率级别，以进行损失评估。图片来源: NEMA 电机发电机组

更高的效率

是否有必要增加多个国际效率(EI)分类的话题，已经讨论过。虽然前面提到的标准为驱动器建立了能量分类(以前没有定义)，但由于系统效率具有较高的节能潜力，因此决定将主要精力放在系统效率分类上。由于驱动器的效率通常要高于97%，因此，如果将驱动器的效率提升为100%，提高的能效也仅仅使总能耗减少3%。当然这是不可能实现的；即使经过艰苦的努力，也只能实现其中很小的一部分。

通过更快的开关频率，可以提高驱动效率,但这可能会损坏电机，除非使用滤波器来控制瞬变。如果只考虑个别组件，就会忽略滤波器增加的系统损失，但是从下面这个例子中可以看出，由于滤波器导致的低效率，将会在系统方法中得到解决。这是另一个从系统角度考虑问题的好理由。将其与仅需要50% 流量的水泵应用程序进行比较。在这个例子中，使用驱动器可以降低85% 的能耗，相比之下，通过节流限制负载则仅能降低20%的能耗（如图2所示）。很明显，采用系统方法，能源节约潜力要大得多。

图 2: 能量消耗与流量图显示了系统方法的能量节约潜力更大。

改变投资回收期

电力公司通常会担心，由于可再生能源和低成本天然气发电，再加上需求减少，会导致企业业务衰退。在这种环境下，评估显示了电机组件的投资回收期是如何改变的。

首先，电力成本从平均0.08美元/千瓦时 降低到0.07美元/千瓦时或更低。据预测，太阳能和风力发电费率正在迅速下降。

计算NEMA溢价和使用1-200马力四极电机所带来的(未来) 超级溢价之间的额外的效率或增量，在所有19个等级中的第17级，其效率大概在0.9% ，对100马力和200马力电动机，则没有变化。假设平均每年运行2500小时，电费为0.07美元/千瓦时，则平均回报期约为14年。

更好的功耗管理

通过该示例得出的结论是：在使用电动机驱动装置时，最有效的节能方法是增加变频驱动，并使用更有效的方法来管理系统和功耗。许多应用程序使用变频驱动器后，实现了30%直到多达90%的能源节省。这远远超过了从电机 (在实验室条件下，使用非常具体的电能质量和环境条件，测试100%负载。)所获得的0.9%的效率增益。

现在需要变得更"实际"，通过更好的电源管理降低运营成本。可能仍然有一些潜在因素，可以更有效的利用泵、风扇、或压缩机，但即使在充分利用上述节约措施的情况下，使用电机和驱动器来控制过程、有效管理系统，仍然可以实现更大的能源节约。

预测能源节约

最好将重点放在帮助最终用户了解，如何通过使用电动机和驱动系统来实现节能，并提供能够计算和预测能源节约的工具。在目前情况下，没有更好的方法，通过利用效率更高的电动机或驱动组件来降低能源消耗；这些方法不会为今天或未来预期的能源成本带来可观的投资回报率。

欧盟和美国的监管机构，似乎正在朝着同样的方向发展，更注重系统方法，而不是提高单个组件的效率。该驱动器继续确保目前使用的产品符合预期的能源消耗水平，而且工作组还将着重提供准确的方法来确定能耗。当试图结合整个系统的能耗时，这将变得更加有趣和困难。

未来建立能源消耗的方法将采用分析模型，将系统部件的损耗和替代效率测定方法 (AEDM) 结合起来，计算单个部件的效率。已经被证明，测试各个组件的各种变化成本太高，而且也不可能测试完整的系统，因此，必须使用其它方法，但所用方法必须被证明是可靠的。

全球标准化在全球范围内，标准组织应在同样的基础上展开工作。它们协调电机效率，制定了联合系统效率标准，并就发展方向达成一致。最近，美国已要求美国能源部承认IEC 60034-2-1 的测试电机效率，该标准已被证明相当于美国的电机测试标准IEEE 112。随着时间的推移，标准化工作将持续开展。

本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2018年3月刊《聚焦机器自动化》栏目，原标题为：提升电动机效率，下一步需要做什么？

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