EEMODS的11个高效电机系统会议:标准，新技术

电机驱动系统能源效率(EEMODS)——一个关于电动机、驱动器和众多相关系统的著名国际会议——在2011年9月12日至14日期间吸引了来自工业界、学术界、政府、研究实验室和其他服务机构的150名与会者来到弗吉尼亚州亚历山大市(大华盛顿特区地区)，讨论、辩论和促进节能技术的进步。这两篇文章的第2部分涵盖了效率标准和较新的电机技术的发展。

通过弗兰克·j·巴托斯，体育运动员 2011年10月31日

第一次在美洲举行，EEMODS的11个会议包括并行演示轨道、小组讨论和几个桌面展览。正如会议报道的第一部分(参考文献1)所解释的那样，高效电机驱动设备的“系统”方面正引起底层技术开发人员和供应商越来越多的关注。与此同时，进一步提高电机效率的工作仍在继续。

世界各地的欧洲议会议员

电机最低效率性能标准(MEPS)是EEMODS小组讨论的主题之一。电器标准意识项目(ASAP)的前主任安德鲁·德拉斯基(Andrew Delaski)表示，“标准节省的费用会随着时间的积累和新设备的涌入而增长。”ASAP是一个广泛的机构联盟，旨在促进各种电器的能源效率。

由于美国能源部被要求定期修订现有标准，可能即将发生的变化将是扩大电机的定义，然后减少定义的例外情况。Delaski补充道:“与试图进一步提高现有电机类别的效率相比，扩大电机覆盖范围有望获得更好的结果。”

澳大利亚政府气候变化和能源效率部高级项目官员Sarah Hatch谈到了澳大利亚的MEPS环境和经验，澳大利亚大力倡导高效的设备监管，MEPS是强制性的，制造商和供应商必须注册他们的产品。哈奇说:“持续的教育和合规同样是澳大利亚E3(设备、能源、效率)计划的一部分。

在欧盟委员会理事会、JRC、能源研究所的Paolo Bertoldi的评论中，欧盟委员会即将出台的法规将要求报告除满载外，在50%和75%负荷下的产品效率。“总的来说，MEPS的目标是逐步淘汰效率最低的产品，”Bertoldi说。

Dr.-Ing。西门子公司和CEMEP(欧洲电机和电力电子制造商委员会)的Peter Zwanziger介绍了CEMEP在国际标准IEC 60034-30中定义的新型ie级低压交流电机的首次经验。(参见参考文献2关于基于电机IE等级的欧盟法规的生效日期。IE是指国际效率。)IE2电机(监管的第一阶段)的市场渗透受到了其他因素的影响，其中一些应用不在监管范围内。Zwanziger称，欧洲市场转型“步入正轨，但需要强有力的市场甜味剂”，并指出，一些客户对用于新系统的更高级别(IE4)电机感兴趣。

展望未来，Zwanziger指出，未来的立法不能阻止永磁(PM)电机的涌入，而感应电机作为“一种经济而有效的技术”仍然受到保护。永磁电机通常被认为是IE4的主要候选。请看下面更多，关于替代高效电机。

法国CAPIEL(欧洲低压开关设备和控制器制造商协会)的Phillipe Juhel在“欧盟关于节能电机的新法规是否改变了系统设计的方式?”中讨论了MEPS可能会如何影响系统设计?最新欧盟法规的第一阶段已于2011年6月中旬生效(见参考文献2)。

CAPIEL的研究发现，当IE2和IE3电机每年运行800小时或以上时，根据寿命周期成本(LCC)的减少来衡量，投资回收期相当短。此外，应首先考虑在高负荷应用中使用IE3电机，在这种情况下，它们可以减少对环境的影响，也可能降低LCC。

Juhel说:“使用具有高效电机的变速驱动器(VSDs)并不总是显而易见的。”“这取决于所涉及的应用和系统。”他举了一个使用2.2 kW 4极齿轮电机的机场水平带式输送机应用的例子。与VSD控制相比，直接在线驱动的电机消耗的能量更少，每小时可运行300次启动/停止循环。Juhel指出:“在匀速运行时，耗电量较低，但在启动阶段耗电量较高。”

超越MEPS

来自美国节能经济委员会(ACEEE)的尼尔·艾略特(Neil Elliott)在另一场小组讨论中发表了题为“当MEPS足够多的时候就足够了:系统效率提高和MEPS之间资源利用的冲突”的报告。虽然持续的效率标准活动仍然有用，但埃利奥特建议从MEPS转向系统方法。电机，泵，灯，一些电器等已经涵盖。他表示:“随着MEPS的增量越来越大，我们开始触及组件收益递减的临界点。”

利用私营部门有限的资源可能会从开发新技术中获得更多成果。艾略特对比了一种静态的“完美”方法(例如，开发出完美的感应电机)和一种持续的、不断变化的“卓越”方法(包括系统和能源管理)，后者可以节省大量资金。

应用主动技术公司的主管Bruce Benkhart在他的报告“提高工业设施效率的全系统方法”中指出了其他可能节省大量能源的领域。Benkhart列出了节能的候选方案，如直驱永磁电机，齿轮传动类型的改变，更多应用于电机控制的变频器，合成润滑等。使用螺旋传动而不是蜗轮传动，例如，可以高达20%以上的效率。将大多数带有离心式或变速负载的电机系统(超过2/3)置于VSD控制下，可节省5-50%的能源。据Benkhart说，大约60%的汽车都是这种负荷。

电机倒带问题

总体而言，预计机动人口的效率将通过旧单位的减员而提高。然而，Benkhart解释说，由于产品寿命长和电机倒带政策等因素，耗损可能需要几十年时间。

对于额定功率为50马力(37千瓦)或更大的机器，旧电机的复卷通常是一个事实。这种经验法则在工业中发生，因为电机的巨大的第一成本和固有的更高的原始效率较大的单位。

其他EEMODS的演讲者也注意到，这种阻碍了新型节能电机更大的市场渗透。在电机使用一定年限后对复卷进行一些限制可能是未来的发展方向。演讲者之一的Conrad U. brunner是瑞士A+B国际公司的董事，也是4E EMSA(电机系统附件)的运营代理，他建议在使用寿命20年后取消电机倒带，以加速更高效电机的引入。

替代高效电机

令人尊敬的感应电机继续作为电动机的主力，但其他技术也正在崭露头角。“先进/替代电机(AAM)技术的市场实现”，Nidec汽车公司顾问Rob Boteler介绍了oem在其电机驱动系统中采用AAM技术的方法。Boteler说:“加快新技术的采用速度被证明是困难的，必须包括服务、供应和其他考虑因素。”AAM技术还涉及风险评估，并需要向客户保证节能的声明是可交付的。

Boteler指出:“在oem厂商考虑购买新技术时，节能降本只是第三大动机。初始成本和系统性能的提高比节能更重要。

要做出最佳的电机技术决策，就需要仔细评估和全面了解工艺应用。这可以从速度、扭矩、占空比和控制到环境规格、接口、预期寿命、机构批准等等。另一个需要考虑的问题是:是否可以从系统中消除一个低效率的变速箱。

替代的高效电机技术包括永磁(PM)同步电机，每体积提供最佳的比转矩;Boteler解释说，开关磁阻(SR)电机可能会对未来产生影响。

SR电机技术也在EPRI(电力研究所)的Satish Rajagopalan发表的“现代世界的电机——新电机技术”中得到了关注。SR电机重新引起人们的兴趣是因为在设计中没有永磁体，这使得它们成为需要昂贵(而且稀缺)稀土磁体的电机的替代品。Rajagopalan表示，在中等功率市场(<300千瓦)，如家用电器和汽车应用，其使用量显著。然而，SR电机有一些噪音、转矩脉动和振动问题，需要尽量减少以获得更广泛的应用成功。

另一个ie4级别的候选产品是同步磁阻电机，它像感应电机一样启动，然后在运行速度时锁定同步。Rajagopalan说:“无滑移可以减少转子损失，从而提高效率。”

铁氧体磁体效率

NovaTorque公司创始人兼首席技术官John Petro指出，永磁电机比感应电机效率更高，并且在较大的扭矩/速度范围内保持效率，但稀土永磁电机构成了成本挑战。该公司最初的设计是开发一款新的ie4 +高效电机，基于钕铁硼(Nd-Fe-B)磁体，但“我们看到稀土磁体的高成本，”Petro说。

相反，使用成本更低的铁氧体磁体开发了具有相同效益的永磁电机，正如Petro的论文“具有成本效益的铁氧体磁体永磁电机超过IE4效率”所述。然而，新设计需要补偿铁素体与Nd-Fe-B磁体3:1的低功率密度，Petro解释道。轴向电机带有圆锥体气隙，允许磁通集中，特殊的定子设计有助于在1800rpm转速下获得91.7%的效率，而较小的电机在1500rpm转速下能够获得93%的效率(见图)。

Petro解释说，该设计可根据电机尺寸向上(更容易)或向下扩展。这些电机的商业可用性是悬而未决的。

铁氧体永磁电机

来源:NovaTorque Inc.

上述NovaTorque电机的效率包括驱动器的效率，因为PM电机不能直接在线运行。这种设计的一个折衷是由于需要更大质量的铁氧体磁铁，因此电机重量大大增加。

更新、协调标准

德国卡尔斯鲁厄理工学院Martin Doppelbauer教授的“欧盟新指令& IEC 60034-30能源等级”更新了主要的多部分国际标准IEC 60034的发展。最新版(第二版)标准第30部分(IE代码类)已获批准;零件30-2-1(电机效率测量和测试)和30-2-3(由转换器电源引起的谐波损耗测试)计划在2012年或2013年获得批准。

IE4电机效率等级现已正式纳入IEC 60034-30标准第二版。根据Doppelbauer的说法，更高的IE5级别已经被提出，但没有合格的商用电机可用。然而，与IE4级相比，这样的电机预计能够将损耗降低20%。

IEC 60034-30中涵盖的电机尺寸范围已经扩大到现在，包括0.12-500 kW的范围，适用于50 Hz单位。高达800千瓦的更高额定功率将有平坦的效率限制。更多的电机类型现在包括:所有定速，绕线转子同步，单相设计，和几乎所有的制动电机类型;以及变速PM同步电机，转速范围为1000 - 5000 rpm。为了避免漏洞，最新版本的IEC 60034-30对运行周期和温度范围的定义等进行了收紧。

开关磁阻、直流电机和电子换向电机不是标准的正式组成部分，但如果通过驱动器测试效率，则可以包括在内。未来的标准将涵盖这个问题。

即将出台的标准还将研究线路馈电与转换器馈电电机。后者包括由于驱动造成的谐波损失，需要进行效率评估，以考虑正弦滤波器的使用。IEC 60034-2-3将研究确定使用变频器供电电机的损耗和效率的测试方法。未来的标准将处理越来越广泛的系统。Doppelbauer指出，其中一个例子是IEC 528xx，该标准将涵盖vds、电力驱动系统和完整驱动系统的效率。

在“电机和系统的协调标准:全球进展报告和展望”中，4E emsa的运营代理Conrad U. Brunner-A +B International总结了能效组织和公司的各种成就。Brunner引用了MEPS在全球范围内的持续扩张，覆盖了约45%的发电量和约70%的用电量。标准操作条件也更具体地定义了电机输出、运行损耗、寿命和负载因数等。

总的来说，现在允许的机动车标准例外越来越少;例如，防爆和减速电机，制动器，以及在>40℃和海拔1000米以上的环境下运行。电机效率协调测试已获批准。Brunner强调说:“2012年修订的IEC 60034-2-1将为输出功率不超过1mw的电机提供一种首选测试方法。

一种新的RFID标签已被指定，以允许跟踪单个ie级电机。除了铭牌外，铭牌还显示符合欧洲生态设计要求的效率等级和标称效率。

布伦纳总结了节能供应商需要做些什么来推动进一步的增长:

帮助oem厂商了解生命周期成本
在MEPS中包括可变负载效率
开发系统MEPS(用于泵，风扇，压缩机等)

自1995年成立以来，EEMODS已在欧洲、亚洲和现在的北美上演。下一届，也就是2013年的第八届，将在巴西的里约热内卢举行。

参见相关文章:

//www.globalelove.com/industry-news/more-news/single-article/eemods-11-successful-1st-us-staging-of-efficient-motor-systems-conference/bdca41a3b4.html

弗兰克J.巴托斯，体育运动员，a控制工程贡献内容专家。联络他的地址是braunbart@sbcglobal.net．

欲了解更多信息，请访问:

www.abinternational.ch

www.aceee.org

www.appliance-standards.org

www.appliedproactive.com

www.cemep.org

www.climatechange.gov.au

www.eemods.org

www.epri.com

www.iec.ch

www.nema.org