电机能效提升计划系列培训教材-技术指南.docx

前言电机是拖动风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置，广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施、家用电器等多个行业和领域， 是用电量最大的耗电机械。其用电量占全社会总用电量的 60%以上，占工业总用电量的 75%左右。近年来在国家政策的支持下，我国电机能效水平得到不断提高， 但总体看能效水平仍然较低，我国电机效率平均水平比国外低 3-5 个百分点，电机系统运行效率比国外先进水平低 10-20 个百分点，大量在用的低效电机造成了电力和能源的巨大浪费。为贯彻落实“十二五”节能减排规划和工业节能“十二五”规划，推动高效电机开发和推广应用，促进电机产业升级，全面提高电机能效水平，工业和信息化部决定组织实施电机能效提升计划（20132015 年）。为便于电机系统节能工作的参与者全面了解电机能效提升的相关政策、标准及技术案例，我们委托国家中小型电机及系统工程技术研究中心编制了全国电机能效提升计划系列教材。本系列教材分为政策汇编、技术指南和案例汇编三个部分，分别从政策解读、技术理论和实践案例三个方面进行了阐述，旨在为企业实施电机系统节能改造提供政策导向、技术途径和改造模式。教材主要介绍了电机的种类及电机效率不断提升的发展过程、电机与拖动的典型负载设备的特性和节能措施、电机系统节能技术和误区、电机的高效再制造以及电机系统节能改造典型技术、案例等相关内容，使企业对电机、系统能效及电机系统能效提升措施有较全面的了解和科学的认识，希望对企业采用适宜的技术措施实施电机系统节能改造有所帮助。教材既对电机系统节能技术基本原理作了简要介绍，又结合实际，重点介绍了应用这些技术进行节能改造的典型案例，整体上通俗易懂。由于时间紧张，加上编写组的水平有限，教材中不可避免的存在一些错误和不足之处，敬请广大读者批评指正。也希望读者能够提供更多电机系统节能改造的典型案例，进一步补充和完善教材。全国电机能效提升计划培训系列教材编写组2013年6月 1目录V第一章电机概述11. 电机的基础知识11.1 电机的工作原理11.2 三相感应电动机的工作原理11.3 电动机的基本结构21.4 电机的分类21.5 电动机的主要类型及用途52. 我国中小型电机发展历程简介62.1 解放前的历史62.2 新中国成立后的发展62.3 我国第一个符合 IEC 标准体系产品Y 系列电机72.4 Y2 系列电机72.5 Y3 系列、YX3 系列电机82.6 YE2 系列、YE3 系列电机83. 其他电机93.1 中型高压异步电机93.2 同步电机93.3 直流电机94. 发展趋势10第二章全球能效提升历程及高效电机产品111. 高效电机的定义112. 全球高效电机的发展过程112.1 国外高效电机的发展过程112.2 高效电机国际标准的统一122.3 我国高效电机的发展历程123. 高效电机的节能和经济效益133.1 电能的节约133.2 经济效益144. 现有高效电机的主要产品164.1 交流低压高效电机174.2 交流低压超高效率电机204.3 交流高压高效率电机234.4 稀土永磁高效三相同步电动机264.5 高效电机的主要产品族264.6 高效机组装备产品族27第三章影响电机系统运行效率的因素311. 电机系统的概念和组成312. 电机系统的应用现状和节能潜力312.1 电机系统的应用现状312.2 电机系统的节能潜力和作用333. 影响电机系统运行效率的因素333.1 电能质量对电动机效率的影响343.2 负载特性对电动机效率的影响353.3 负载率对电动机效率的影响35第四章电机系统的节能技术371. 高效异步电机的置换节能技术371.1 高效电机的节能原理371.2 高效电机的节能量381.3 高效异步电机节能替换的适用范围392. 永磁同步电机改造节能技术392.1 永磁同步电机的特点392.2 永磁同步电机改造节能的适用范围393. 变频调速节能技术403.1 变频调速节能技术的原理403.2 变频调速节能技术的适用范围414. 变极调速节能技术424.1 变极调速基本原理424.2 变极调速的基本方案424.3 变极调速节能技术的适用范围435. 内馈串级调速节能技术445.1 内馈串级调速电机工作原理445.2 内馈调速系统的组成455.3 内馈串级调速系统的优点455.4 内馈串级调速节能技术的适用范围456. 调压控制节能技术456.1 调压节能原理456.2 相控调压节能技术的原理466.3 相控调压节能技术的优点476.4 相控调压节能技术的适用范围477. 电机的减容增效节能技术478. 与风机、水泵系统匹配的专用电机节能技术489. 其他电机节能新产品及节能技术489.1 新型大中型无滑环绕线转子异步电动机489.2 无刷双馈调速电机节能技术499.3 开关磁阻电机节能技术509.4 永磁直驱主轴电机529.5 伺服电机产品及系统应用技术53第五章电机的高效再制造与节能581. 定义、目的与意义581.1 定义581.2 目的与意义582. 高效再制造要求及优势593. 高效再制造工艺流程及关键工序603.1 再制造整体流程603.2 零部件的再制造603.3 零部件的更换634. 高效再制造与普通维修的区别645. 高效再制造产品65第六章电机拖动的典型负载系统的特性及节能措施661. 风机系统基本特性及节能措施661.1 风机分类661.2 通风机的用电系统的构成671.3 风机的基本参数671.4 风机的特性曲线691.5 风机系统的节能措施692. 水泵系统基本特性及节能措施722.1 水泵的分类722.2 水泵用电系统的构成722.3 水泵现场电能利用率的测试732.4 离心式水泵的基本参数732.5 离心式水泵的特性曲线742.6 提高泵系统效率的措施753. 空压机系统基本特性及节能措施763.1 空压机系统的种类763.2 空压机的基本参数773.3 空压机的性能曲线793.4 空压机系统的节能措施82第七章电机系统节能的典型误区851. 高效电机简单替换的节能误区852. “大马拉小车”型节能误区853. 普通电机直接用于变频调速控制的误区864. 盲目使用变频调速技术的误区86第八章电机系统节能改造的工作方法881. 包含范围882. 术语与定义883. 电动机系统节能改造一般要求884. 节能诊断895. 项目实施905.1 电动机的更新与改造905.2 控制装置的改造935.3 传动装置的改造965.4 被拖动装置的改造965.5 管网的改造976. 综合评估976.1 节能效果监测及评价步骤986.2 节能改造效果评价方法986.3 节能改造效果检测计算方法99第一章 电机概述1. 电机的基础知识1.1 电机的工作原理电机是依据电磁感应定律而制造出来的机械，主要用于实现电能和机械能之间的相互转换。根据电能和机械能之间的转换关系， 电机可分为发电机和电动机。发电机是由机械能转化为电能，向电网或用电设备输送电能；电动机则是由电能转化为机械能，向机械系统输出动力。发电机和电动机的基本原理与电工学中的“右手定则”和“左手定则”相符，如图 1-1图1-4 所示。1.2 三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的定子由定子铁心和三相交流绕组组成，如图1-5(a)所示；转子则由圆柱形的转子铁心和转子绕组组成。常见的转子绕组由转子槽内的导条和两端的端环组成一闭合的多相电路，这种绕组形如鼠笼，故称笼型绕组，如图 1-5(b)所示。图 1-5电机定转子结构原理当感应电动机的定子绕组通入三相交流电源时，流入定子绕组的三相电流就会在气隙内产生一个具有特定极数和特定同步转速的旋转磁场波，这一磁场“割切”转子导条时，会在闭合的转子绕组回路中产生感应电流，通电的转子导条又会在旋转磁场中受到作用力（如图 1-4 所示），即产生了电磁转矩，从而推动转子旋转起来。由此可知这种电动机的特点是：定子由三相交流电源供电，转子边的功率借电磁感应作用由定子边传递过来，故称为感应电动机或异步电动机。1071.3 电动机的基本结构三相笼型感应电动机主要有定子和转子两大部分组成，图 1-6 表示了一台中小型三相笼型感应电动机的典型结构。由图可见，三相笼型电动机结构定子绕组的定子铁心置于铸铁（或铝制）的机座内。转子铁心槽中的导条与端环连接形成笼型绕组。图中分别表示了定子铁心和笼型转子。笼型转子的端环上附有风叶， 作为内风扇供冷却用。图 1-6三相笼型感应电动机的结构1.4 电机的分类电动机可按馈电电源、工作原理、功率大小、结构形式和产品用途等各种方式来分类。1.4.1 按馈电电源和工作原理进行分类一般可分为直流电动机和交流电动机： 1）交流电动机：由交流电源馈电，又分为同步电动机和异步电动机。（1） 同步电动机：电机的定、转子双边同时馈电，因转子跟随定子绕组产生的“旋转磁场”同步转动，而称为同步电动机。其转速与所接电源频率之比有恒定的关系。同步电动机由于其结构较感应电动机复杂，价格也相对较贵，因此在一般的机械设备驱动中应用较少，但由于其功率因数高，较多用于大功率低转速的机械设备，如压缩机、球磨机等。（2） 异步电动机：电机的定子单边馈电，因转子跟随定子绕组产生的“旋转磁场”转动时，转子转速与“旋转磁场”转速有一个微小的“差异”，而称为异步电动机。异步电动机特别是笼型异步电动机，由于结构简单、运行可靠、维护方便和价格低等特点，成为电机行业中生产量最大、应用面最广的驱动电机。但其调速性能差，功率因数低，使其长期以来主要应用于无调速要求或调速要求不高的驱动机械，例如风机、水泵等驱动。异步电动机可分为三相异步电动机和单相异步电动机，前者广泛应用于工矿企业和公用设施，后者则主要应用于家用电器。2）直流电动机：由直流电源馈电，其气隙中产生电磁转矩的定、转子磁场均由直流电流产生。直流电动机具有优良的起动、调速等运行性能。长期以来在有调速要求的场合，特别是有高精度、高性能控制要求的自控系统中，直流电动机得到了广泛的应用。但电刷和换向器的机械接触所带来的换向问题是它的致命弱点，近年来随着交流变频调速技术的日益成熟和发展，大大缩小了直流电动机的应用范围。1.4.2 按运动类型分类电机有很多种分类方法，从电机运行原理来说、可分为交流电机、直流电机， 其中交流电机又可以分为交流同步电机和交流异步电机；从电机的运动方式上来说可以分为静止电机（变压器）、旋转电机和直线电机等（见图 1-7）。图 1-7电机的种类1.4.3 按功率的大小、机座号或电压等级进行分类一般分为微特电机、分马力电机、中小型电机和大型电机等（见图 1-7）。 1）微特电机：主要用于自动控制和计算机控制系统中的检测、放大、执行和解算元件。u 功率范围：从数百毫瓦到数百瓦。u 机座号范围：机座的外径一般不大于 130mm。2） 分马力电机：又称为小功率电机，主要用于家用电器及各种小型机具等。u 功率范围：不大于 2.2kW。u 机座号范围：不大于 H90mm。u 额定电压：大多数为 220v、380v 的常用电压。3）小型电机：范围一般为：u 功率范围：0.12315kW。u 机座号范围：H63355mm。u 额定电压：在 660V 及以下，大多数为 380V220V 常用电压。4）中型电机：范围一般为：u 功率范围：3153000kW。u 机座号范围：H355630mm。u 额定电压：常用的电压等级为 6kV 和 l0kV，少量为 3kV。5）大型电机：范围一般为：u 功率范围：2000kW 及以上。u 机座号范围：H710mm 及以上。u 额定电压：目前常用的电压等级为 6.3kV、10.5kV、13.8kV 等。1.4.4 按产品的结构进行分类按照防护形式可分为封闭型电动机和开启式电动机；电动机的外壳防护形式有很多种类，较常用的有封闭扇冷型（IP54、IP55）和开启式（IP23 或 IP21） 两类。按照安装方式可分为卧式安装和立式安装，以及底脚安装和凸缘安装等。1.4.5 按产品的类别或用途进行分类电动机通常是用于驱动各种机械设备的动力源。电动机的种类繁多，按照产品的类别或用途进行分类，有绕线转子式电动机、变极多速电动机、起重冶金专用电动机、电磁制动电动机、盘式制动感应电动机、齿轮减速电动机、摆线针轮减速电动机、电磁调速电动机、交流力矩电动机、振动电动机、井用潜水电动机、开关磁阻电动机、无刷永磁同步电动机、无齿轮永磁同步曳引机等。1.5 电动机的主要类型及用途表 1-1 中列出了电动机的主要种类及其主要用途。应该指出，表 1-1 中所列电动机种类均为传统意义上的电动机，即这些电动机可由通用电源直接驱动，也可根据需要在电源与电动机之间接入静止电力变换器进行驱动。实际上，近年由于微电子技术和电力电子技术的发展，涌现了不少新颖的电动机，如无刷直流电动机、开关磁阻电动机等，这类电动机必须配有特定的静止电力变换器和电子控制装置，才能够驱动负载。这些电动机或是具有优良的调速性能，或是具有较高的性价比，在办公自动化、医疗设备以及各种特殊场合获得越来越多的应用。表 1-1 电动机的主要类型及用途种 类主要用途同步电动机有刷励磁同步电动机驱动功率较大或转速较低的机械设备，用于大型船舶的推进器无刷励磁同步电动机驱动功率较大或转速较低的机械设备，用于大型船舶的推进器，并可用于防爆等特殊场合永磁同步电动机用于纺织化纤设备和各种特殊专用设备，以及年运行时间长的风机、水泵等感应电动机笼型感应电动机用于驱动一般机械设备绕线转子感应电动机用于要求起动转矩高、起动电流小或小范围调速的机械设备交流换向器电动机三相换向器电动机用于驱动需要调速的机械，单相换向器电动机用于电动工具和吸尘器中直流电动机用于冶金、矿山、交通运输等行业，主要驱动需要调速的机械设备交、直流两用电动机用于电动工具2. 我国中小型电机发展历程简介2.1 解放前的历史根据史料记载，上海是中国电机制造业的发源地。1914 年上海创办了最早的电机、电器修理工场钱鏞记电器铺，1916 年在上海又创办了最早的电机制造厂华生电器制造厂。1930 年前后，开始步入中国电机工业的初级发展时期。1927 年在上海成立了最早的“官办”电机厂即国民政府建设委员会电机制造厂。在该时期，华生电器制造厂已开始生产几种规格的交、直流发电机。交流发电机的最大容量达到了 200kVA。19321933 年建设委员会电机制造厂试制成功了 3Hp 和 5Hp 电动机后，于 1933 年开始生产供应 010Hp 笼型异步电动机。1932 年上海华成电器制造厂成立并也开始生产 10Hp 以下的小型异步电动机。1934 年遇到了江南大旱，华成电器制造厂生产的异步电动机开展了与国外进口产品的竞争，他们在极端困难的条件下取得了胜利，赢得了“中国电动机比外国好”的盛誉，大长了中国人的志气，改变了过去“不相信中国电动机”的历史， 奠定了民族工业的发展基础。2.2 新中国成立后的发展新中国成立后，中小型电机产品经过不断发展和更新换代，目前我国已经成为世界上最大的中小型电机生产、使用和出口大国。1952 年 12 月1953 年 7 月在哈尔滨组织进行了第一次全国电机统一设计， 首个中小型电机 J、JO 系列三相异步电动机产品的诞生，第一次统一了我国中小型电机工业的技术体系，彻底改变了旧中国遗留的电机产品的混乱局面。通过开展电机的标准化、系列化、通用化工作，使产品达到统一并成系列化发展，为中国电机工业的迅速发展奠定了坚实的基础。1958 年开始了 J2、JO2 系列三相异步电动机产品第二次全国电机统一设计。1961 年 12 月成立了 J2、JO2 系列调整设计核心组和工作组，1962 年初江泽民同志担任了 J2、JO2 系列调整设计核心组组长，同时从长春第一汽车制造厂调到上海电器科学研究所任副所长，于 1965 年完成了J2、JO2 系列产品的鉴定，并开始在全国范围内进行推广应用。2.3 我国第一个符合 IEC 标准体系产品Y 系列电机1978 年 12 月党的“十一届三中全会”后， 电机行业也迎来了“改革开放”的新时代。开展了 Y 系列三相异步电动机产品的全国统一设计，1981 年 1 月完成了系列鉴定。Y 系列为我国第一个符合国际电工委员会 IEC 标准体系的电机产品，其功率等级与机座号的对应关系符合国际 IEC 标准，与国际上通用系列产品有较 图 1-8 Y 系列电机好的互换性，外壳防护符合 IEC 关于防护等级为 IP44 的等级要求；系列效率水平较 JO2 有所提高，堵转转矩比 JO2 有较大提高。Y 系列三相异步电动机的典型结构外形如图 1-8 所示。在 Y 系列电机基础上陆续开发完成了 YR 绕线转子、YD 变极多速、YCT 电磁调速、YEJ 电磁制动、YCJ 齿轮减速、YZC 低振动低噪声、YX 高效率、YF 防腐蚀型、YW 户外、YB 隔爆型、Y-H 船用、YM 木工用等 20 多个派生专用系列产品以及Y 系列（IP23）电动机。自 1985 年起，Y 系列及派生专用系列产品开始全面替代J2、JO2 系列，在全国全面推广。2.4 Y2 系列电机1993 年上海电器科学研究所与北京电机总厂、上海电机（集团）公司、大连电机厂联合发起组织了新一代低压三相异步电 动机Y2 系列的研制工作，于 1996年4月完成了系列鉴定。Y2 系列三相异步电动机采用 F 级绝缘结构；防护等级达到 IP54； 并首次提出了考核电机的负载噪声及相应 的测试方法，电机噪声振动水平优于 Y 系列图 1-9Y2 系列电机电动机（Y 系列电机仅考核电机空载噪声）。Y2 系列电机机座外形结构与 Y 系列电机不同，其机座上的散热筋采用了当时国际上流行的平行垂直结构，如图 1-9 所示。2.5 Y3 系列、YX3 系列电机原国家经贸委 1999 年第 16 号令发布了淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录（第二批），明确规定从2002 年底起淘汰热叠轧工艺、停止生产热轧硅钢片， 2002年5 月，又再次发布了第 34 号公告限期淘汰热轧硅钢片。从环保和国家产业政策的角度来看，该项 图 1-10 Y3、YX3 系列电机法规是一项利国利民的政策，因此淘汰热轧硅钢片、推广采用冷轧硅钢片（以下简称“以冷代热”）是技术发展的必然趋势，为此，开展了以冷轧硅钢片为导磁材料的 Y3 系列三相异步电动机产品的开发，于 2003 年 3 月通过了鉴定。Y3 系列三相异步电动机同时满足了国家强制性标准中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值（GB18613-2002）中的能效限定值标准要求。在完成了 Y3 系列电机的开发后，2005 年 10 月又完成了以冷轧硅钢片为导磁材料、效率符合国标中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值（GB18613-2002）中的节能评价值标准要求的 YX3 系列高效率三相异步电动机产品的开发。Y3、YX3 系列三相异步电动机的外形结构如图 1-10 所示。2.6 YE2 系列、YE3 系列电机随着国际能源的日趋紧张，美国、欧盟等发达国家自 1997 年始陆续制订了推广使用高效率电机的有关法律法规，为了便于各国的技术交流及开展贸易， 2008 年 10 月国际电工委员会 IEC 组织正式发布了 IEC60034-30：2008“单速、三相笼型感应电动机的能效分级”标准，统一了全球的电机效率标准，将电动机能效标准分为 IE1、IE2、IE3、IE4 四个等级，其中 IE1 为标准效率等级、IE2 为高效率等级、IE3 为超高效率等级、IE4 的效率指标更高。参照国际 IEC 60034-30：2008 标准的最新变化，对国标 GB18613 进行了修订，于 2012 年正式发布了 GB18613-2012。新国标 GB18613 将效率等级分为三级， 其中 1 级为最高，与 IE4 相当；2 级为节能评价值标准，与 IE3 等同；3 级为能效限定值标准，与 IE2 等同，为三相异步电动机强制实施的最低效率要求。新国标 GB18613-2012 已于 2012年9月1 日起正式开始实施。为此，国家中小型电机及系统工程技术研究中心组织开展了 YE2、YE3 三相异步电动机系列产品的开发，其中，YE2 系列高效率电机符合最新的国家强制标准 GB18613-2012 中 3 级能效限定值标准、同时达到了 IEC60034-30 标准中 IE2 高效率标准要求；YE3 系列超高效率电机则符合 GB18613-2012中2 级节能评价值标准、同时达到了 IEC60034-30 中 IE3 超高效率标准要求。3. 其他电机3.1 中型高压异步电机中型高压电机主要是指电压等级为 6kV 和 10kV，少量为 3kV 的高压电机， 如 Y、YKK 和 YKS 等系列产品。为提高我国大型发电机组辅机配套电动机的技术水平，原机械部电工局组织全国主要中型电机制造企业从美国西屋公司及瑞士 BBC(现为 ABB)公司引进了大中型交流电动机设计制造技术。在对引进技术资料进行消化吸收的基础上，1988 年组织开展了中型高压电机国产化联合设计工作，在主要材料、关键设备基本立足于国内供应的前提下，通过技术攻关，完成了中型高压新系列电机的开发，缩小了该类产品与国外同类产品水平的差距，提高了产品的系列化、标准化、通用化程度。3.2 同步电机在同步电机方面，在八十年代九十年代期间，国内一些同步发电机的主导生产企业也引进了国外先进工业国家的同步发电机系列产品，引进方式有的是技术和图纸，有的是以软技术引进的生产工艺，还有按合作生产方式引进生产国外产品。引进的无刷发电机产品主要有：德国 AEG 公司 DKBH 系列、英国斯坦福 BC 系列、德国西门子 1FC 系列、美国 MP 系列等。通过上述引进先进工业国家的无刷三相同步发电机系列产品，使我国中小型三相同步发电机的技术水平又有了进一步提高，尤其使国内三相同步发电机的主导生产企业的产品达到了同期的国际先进水平。3.3 直流电机在直流电机方面，六十年代开发完成的 Z2 系列直流电机已远不能满足国民经济各领域应用不断增长的需要，急需进行产品的更新换代。在原机械部领导下，借“引进成套设备的同时引进技术”的东风，在八十年代中期由上海电科所、上海南洋电机厂和西安电机厂组成联合工作组，引进了德国 AEG 公司新系列直流电机技术，通过消化、分析国外的技术资料， 结合我国的国情和我们自己的实践经验， 历时三年多时间，完成了我国新系列-Z4系列直流电机的开发，如图 1-11 所示。图 1-11 Z4 直流电机Z4 系列是在消化吸收引进技术的基础上开发的新系列，材料立足于国内， 采用了适合国情的设计和工艺。Z4 系列的主要技术指标与西德 AEG 公司 4 系列相当，接近当前国际先进水平；安装尺寸符合 IEC 标准，为引进国外设备的单位提供备品，并有利于出口。Z4 系列电机比 Z2 系列同中心高输出功率增加近 10 倍，转动惯量（GD2）平均减少 48%，电机总重平均降低约 1/4，铜线 和硅钢片材料平均节省 9.513%，系统的效率（包括直流电源）有较大提高。4. 发展趋势近几年，主要发达国家都在各自的发展计划中提出了明确的强制推行高效电机的时间表。各国积极从政策、技术和市场三个方面综合加快电机及系统节能技术的发展。按照欧盟委员会颁布的电机产品 EUP 实施措施法案，欧盟各国自 2011 年已开始强制推行高效率标准电机；美国则自 2011 年起率先强制推行要求更高的超高效率标准电机。根据已掌握的数据，美国、加拿大、澳大利亚等国现有电机的最低效率水平已达到高效率指标，其中美国的实施力度最大，超高效电机产业化推广效果最好，我国则明显落后。第二章 全球能效提升历程及高效电机产品1. 高效电机的定义针对电机行业中生产和使用量最大、应用面最广的中小型交流异步电动机来说，所谓高效率电机，一般是指达到特定高效率标准要求的三相异步电动机。2. 全球高效电机的发展过程2.1 国外高效电机的发展过程电动机节能对于能源节约和环境保护具有重要作用，因此在 20 世纪 70 年代第一次能源危机后，美国与欧洲的电机制造业纷纷推出了高效率电动机，或称节能电动机。这种三相感应电动机与一般的三相电动机功率等级与安装尺寸关系相同，转矩特性和起动电流指标也基本相同，所不同的是高效率电机的损耗较一般效率电机下降 20%左右，效率则随功率不同提高 1%6%。为加快高效率电动机的推广应用，美国国会在 1992 年通过了对“能源政策和节能法令”的修订，并正式成为法律。该法令规定在美国生产和进口的电动机必须达到高效率电动机的效率指标，即所谓的 EPACT 法令。美能源政策法令(EPACT)所规定的电动机最低效率标准指标，在所规定的功率和转速范围内，与美国电机制造商协会 NEMA 的高效率电动机效率标准 NEMA12-10 的指标相同。21 世纪初美国电力供应仍然紧张，美国市场上开始出现高于 EPACT 指标的超高效率电机，于是美国 NEMA 在 2001 年与以美国各州电力公司为主组成的能源效率联盟(CEE)联合制定了新的超高效率电机标准，称为 NEMA Premium 标准，该标准的起动性能要求与 EPACT 一致，该标准的效率指标基本上反映了目前美国市场上超高效率电机的平均水平。自 20 世纪 70 年代起，欧洲一些电动机制造厂如德国 Siemens、法国 CEM 等公司也已开发和生产了一些高效率电动机，但一直没有得到较大的发展，1993 年欧盟成立后，情况得到了明显的改观。欧盟组织对电动机的节能潜力、政策和市场作用等进行了调研，并于 1999 年制定了电动机能效标准（EU-CEMEP 协议）；在电动机应用方面则组织开发了高效率电动机的数据库(Euro DEEM)。欧盟和“欧洲电机与电力电子制造商协会(CEMEP)”达成的 EU-CEMEP 协议对电动机的效率水平进行了分级和标识。该协议对每一规格电机规定了高、低两档效率指标，产品效率值低于低指标的称为eff3 电机，介于低指标与高指标之间的称 eff2 电机，高于高指标的称 eff1 电机。EU-CEMEP 协议所覆盖的产品为全封闭扇冷型（IP54 和 IP55）三相交流笼型异步电动机，功率范围从 1.190kW，极数为 2 极和 4 极，电压为 400V、50Hz、S1 工作制（即连续定额），标准设计（即其起动性能符合 IEC60034-12中N 设计的技术要求）。澳大利亚政府为节约能源和保护环境，自 1999 年起开始对家用电器和工业设备，实施强制能效标准计划(Mandatory Energy Efficiency Performance Standards)或称 MEPS 计划，由澳大利亚政府下属温室气体办公室会同澳大利亚标准委员会进行管理。据统计澳大利亚电动机使用了澳全国用电量的 30%，对应于 11%的温室气体的排放。考虑到市场机制很难自发推进这类节能产品的应用， 因此政府决定干预。澳大利亚的电动机强制性标准于 2001 年 10 月批准生效，标准号为 AS/NZS1359.5。新西兰也执行此标准。该标准功率范围为 0.73185kW， 具有 2 极、4 极、6 极、8 极。该标准除了规定了强制性的最低标准外，还规定了高效率电机指标，为推荐性标准，并鼓励用户采用。其数值与欧盟 EU-CEMEP 的 effl 及美国的 EPACT 相近。2.2 高效电机国际标准的统一由于高效电机的效率指标与试验方法有直接的关系，上述各国的能效指标的试验方法有很大的差异，主要是电机附加损耗的测试方法和定子铜损耗的温度折算基准存在差异，因而各国的能效标准的数值并不一致。因此，2006 年由 IEC 组织牵头成立了 IEC60034-30 标准起草工作小组，经过近两年的努力，于 2008 年 10 月正式发布了 IEC60034-30电动机能效分级标准，统一了全球的电动机能效标准等级。该标准同时也明确了高效电动机和超高效电动机的损耗测试方法即采用附加损耗实测的 IEEE-112B 法。在该标准中，将电动机的能效分为 4 级：分别是 IE1（普通效率）、IE2（高效率）、IE3（超高效率）和 IE4（更高的效率等级）。2.3 我国高效电机的发展历程中国于 1998 年颁发了“节约能源法”，并从 20 世纪 90 年代后期开始，对若干重要用能产品规定了最低能效限值，鼓励节能产品的生产和应用，实施了节能产品的认证制度。电动机作为重要的用能产品也于 20 世纪列入了上述的节能认证计划。2002 年 1 月正式颁发了“中小型三相异步电动机能效限定值和节能评价值(GB18613-2002)”标准。该标准规定了两套电动机效率指标，一套为最低效率限值，为强制性揩标；另一套为节能电机效率评价值，为推荐性指标。前者为同期所生产的电动机的平均效率水平，后者比前者提高 2%3%，为节能电动机的效率水平。该标准的目的是通过最低效率限值的实施，淘汰目前冲击市场正常秩序的劣质耗能产品，逐步实现市场从一般效率电动机向高效率电动机的过渡。GB18613-2002 中的最低效率限值等同采用了欧盟 EU-CEMEP 的 eff2 指标，节能评价值等同采用了欧盟 EU-CEMEP 的 effl 指标。随着我国经济的不断发展，能源供应日趋紧张，自 2005 年开始我国对上述电动机能效标准进行了修订。标准 GB18613-2006中小型三相相异步电动机能效限定值及能效等级于 2006 年 12 月批准发布，2007年7月1 日起正式实施。该标准规定了 4 年过渡期，即在 2007 年 7 月 1 日至 2011 年 6 月 30 日期间电动机的能效限定值仍与原标准（GB18613-2002）相同，但自 2011年7月1 日以后， 原节能评价值将作为能效限定值实施。自 IEC60034-30：2008 标准发布后，我国再次对国标 GB18613 进行了修订， 于 2012 年正式发布了 GB18613-2012，自 2012年9月1 日起已正式开始实施。新国标 GB18613 将效率等级分为三级，其中 1 级为最高，与 IE4 相当；2 级为节能评价值标准，与 IE3 等同；3 级为能效限定值标准，与 IE2 等同，为三相异步电动机强制实施的最低效率要求。3. 高效电机的节能和经济效益3.1 电能的节约采用高效率电机的年节电量E，可用下式计算：DE = ( 1 - 1 ) P H Khh2Nz0r式中：0、r对应于一般电机与高效率电机的效率；Kz对应的负荷率； P2n电动机额定功率； H年运行小时。以 11kW、4 极电机为例，普通电机效率为 88%，高效率电机效率为 91%，年运行时间为 4000h，负荷率为 0.75，由上式可得采用高效率电机每年的电能节约为：D = ( 1 - 1 )11 40000.75 =1234(kW h)0.880.913.2 经济效益经济效益可通过简单的投资回收期计算或采用全寿命周期成本分析法对总费用进行分析计算，现分述如下。1）回收期计算法高效率电机由于电能的节约从而减少运行时的电费支出。电费的节约(C2) 可用下式表示：C2= ECeN式中：Ce电费；N运行年数。高效率电机为提高效率，在制造上采用了较多或较好的材料，并往往增加一定的工艺措施，从而使电机成本增加。现用C1 表示此成本的增加，当运行到一定的年限所节约的电费可能补偿成本的增加，即C1= C2。这段时间 N0 称为投资回收期。超过此回收期后的电费节约将是净经济收益。仍以 11kW、4 极电机为例，在年运行时间为 4000h，KZ=0. 75，当效率从 0.88 提高到 0.91，每年节电 1234kWh，电费如以 0.5 元(kWh)计，则每年可节约 617 元。这时电机原售价 2000 元，现提高效率后约增加了 25%，为 500 元。因此可知在这种情况下的投资回收期为 9.7 个月。当年运行小时是 2000h 或 6000h，回收期分别变为 l.6年或 6 个月。回收期 No 的计算公式如下：N0 =DC1DECZ一般而言，投资回收期通常控制在 3 年以内。2）全寿命周期成本分析法采用全寿命周期成本分析法的目的就是对该产品在其寿命周期内的各项成本进行综合考虑以求优化。图 2-1 是国内某企业以泵系统为例，采用全寿命周期成本分析法对泵系统寿命周期内的各项成本以及各自占总成本比例所做的示意图。从图 2-1 可知，设备采购成本和安装调试费用约占全寿命成本的 23%左右， 运行电费成本约占 32%。7,7%1,14%6,9%2,5,20%4,9%3,32%1 初始采购成本2 安装及试车调试成本3 能量成本（电费等）4 运行操作成本5 维护保养成本6 停车、误工、生产损失7 环保治理成本若片面追求采购成本低，而带来设备运行成本（如运行电费、维修保养费用、停工生产损失费用）的增加是不可取的。应该说全寿命周期成本最低的方案为首选方案。9%图 2-1某泵系统全寿命周期成本分析为估计在整个预定的运行期间 N 年内总费用（即电机售价与运行电费之和） 的节约可采用下式。在