对大众的效率-电动马达，也就是说
能源效率并不是一个新主题。在一个技术不断发展的世界里，既要控制能源消耗，又要明智地使用能源，这一点变得至关重要。要回答的一个基本问题是，“在哪里可以有效地节省能源”?电机，特别是在工业上的应用，代表了电能消耗的很大一部分。
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能源效率并不是一个新主题。在一个技术不断发展的世界里，既要控制能源消耗，又要明智地使用能源，这一点变得至关重要。要回答的一个基本问题是:“哪里可以节省能源?有效地”?
电机，特别是在工业上的应用，代表了电能消耗的很大一部分。据说，美国超过50%的电力用于各种大小的电动机。工业消耗了很大一部分。芬兰80%的电能用于交流感应电动机，这是工业的主力。
高效节能的交流感应电动机也不是什么新鲜事物。大多数电机制造商都在一段时间前推出了这种1-200马力(0.75-150千瓦)范围内的“优质”效率产品。这些都是市场需求，而不是法律规定。但与标准效率电机相比，它们的价格也更高。艾默生电气(Emerson Electric)的美国电机公司(U.S. Electric Motors, divs .)表示，由于用户的开明，以及对全生命周期节能而非初始成本的考虑，这一型号的电动汽车销量已经增长到近20%。
杜邦公司是高效电机的一个大用户。在整个杜邦工厂驱动生产设备的10万多台电机中，有2000多台是罗克韦尔自动化/信实电气公司(克利夫兰，O.)生产的节能NEMA-框架电机，这在一年内节省了50多万美元。
然而，还需要更多的东西，以使数以百万计的其他交流感应电动机设计为“标准”效率。
使其合法
美国及其北美邻国率先将能源效率纳入立法。考虑到世界其他地区对能源供应和成本的担忧，这有点令人惊讶。
美国的汽车效率立法——更广泛的能源保护问题的一部分——源于1975年的能源政策和保护法案(EPCA)，该法案是为了应对20世纪70年代早期的石油危机而通过的。EPCA导致了更熟悉的能源政策和保护法案(EPAct)于1992年颁布，并于1997年10月生效。(见CE1997年9月，第147页，关于EPAct与电动机的关系。)
EPAct的意图很明确。通过对使用中的大多数电机尺寸和类型的效率调节来节省电能，而不是所有的电机。EPAct涵盖的电机包括1-200马力通用t型框架，单速(6极/ 1200转/分，4极/ 1800转/ 2极/ 3600转/分)脚安装，NEMA(国家电气制造商协会)设计A和B的多相(三相)松鼠笼感应电机，连续额定，工作在230/460 V和恒定60 Hz线路功率，NEMA标准MG1-1993中定义。
名义上的效率
EPAct中的效率要求来自NEMA Std. MG-1的所谓“表12-10”。下表设置了113种电机模型的名义效率，这是一个由19种尺寸、3种速度(极数)和两种外壳类型组成的矩阵，对于最小的开放式模型，没有一个速度变化。请注意，EPAct的效率远低于那些优质效率电机。
标称效率是一组设计和制造相同的电机的平均效率。材料和生产的变化可以使给定电机的效率与其铭牌指示不同。
有趣的是，NEMA标准还定义了这些电机的最低效率，以限制偏离标称值。但是“无论是EPAct还是DOE(美国能源部)罗克韦尔自动化/信实电气公司的咨询工程师罗杰·h·多尔蒂说:“能源部提出的规则参考了每个名义效率的最低效率。”
NEMA MG-1规范中的最低效率是基于损失(无效率)。
EPAct 92集中于通用的(GP)电机，而豁免明确目标的人(DP)和特殊用途的(SP)汽车。然而，技术中的定义可能因用户和组织而异。DOE对GP类别使用了一个扩展的解释，包括当前行业实践中定义为明确用途的电机，但事实上，在大多数GP应用中可用，Daugherty博士解释道。“SP电机的定义与NEMA MG-1中常见的相同，”他补充道(见电机定义框)。
GP电机类别的更广泛定义的例子包括热保护，滚子轴承和中等功率额定的电机。然而，延长至不迟于1999年10月25日，这些电机已被允许遵守。
因此，覆盖范围不限于EPAct中列出的标准功率额定值。延长日期后，介于两个标准额定值之间(或以上)的中间电机尺寸必须满足下一个更高额定值的效率;如果低于中点，则必须满足表中下一个较低的效率评级。
IEC“等价物”，其他立法
IEC(国际电工委员会)设计的电机-或IEC等效NEMA框架尺寸-也包括在内。IEC设计N电机具有与NEMA设计A和B(图表)相当的工作特性。IEC电机在北美进口销售，或进口设备的一部分，或为特殊需要在当地制造。美国电机公司市场总监Rob Boteler表示，将IEC电机纳入美国能源部的执行规则还有一个目的。他说:“包括iec等效电机，使EPAct与加拿大类似立法保持一致。”
美国能源部提议的规则在标称效率表中为iec风格的电机提供了标准千瓦当量的电机马力。也允许通过标准公式进行转换。iec式电机的中间功率等级与NEMA电机一样，由相同的“适合”规则处理。
NRCan(加拿大自然资源部)是加拿大能源效率法规的一部分，似乎比EPAct更严格。从USEM提供的输入，加拿大已经涵盖了中等额定功率的电机，滚子轴承和热保护类型，以及电机电压在200-575范围内。整体齿轮电机(不是EPAct的一部分)将在1999年加入NRCAN。防爆电机将在1999年被包括在内，与EPAct一样。
墨西哥也是如此。博特勒说，该法案名为NOM 74，符合EPAct的效率水平。有迹象表明，其他国家也开始对采用EPAct的能效评级方式感兴趣。
损失在哪里
为了使电动机更有效率，必须提高输出功率与输入功率的比率。这两个量之间的差异构成了马达的损耗——通常定义为空载而且load-dependent损失(见下表)。摩擦和风量损失(轴承摩擦、风机和转子风量等)和铁芯损失包括空载损失，之所以称之为空载损失，是因为它们的大小基本与电机负载无关。通用电气工业控制系统公司(GEICS, Fort Wayne, Ind.)将铁芯损耗定义为电机钢芯中迟滞和涡流损耗的组合。
载损包括三种影响:定子的损失(工作温度下定子输入电流平方与定子电阻的乘积);转子的损失(感应转子电流平方与转子电阻的乘积);而且杂散负载损失．根据GEICS的说法，杂散损耗来自于“磁钢和绕组中的额外谐波和循环电流损耗”。它们是电机的设计和制造过程所固有的。
通用电气认为空载损失通常占总损失的30%，而负荷损失占其余70%。Leeson Electric Corp. (Grafton, wisconsin .)注意到类似的数字- 1/3或更少的总电机损失的摩擦，风蚀和核心损失。李森说，定子、转子和杂散损耗随着负载的增加而增加，占电机在典型负载下运行的所有损耗的2/3或更多。
看看效率细节
如何设计和制造符合EPAct的电机?大多数制造商常见的简短回答是:添加更多的“活性材料”——即钢、铜和铝——相对于标准电机。
所有电机制造商都强调定子和转子的高质量、低损耗钢层板的重要性。钢质量加上使用更多和更薄的层压有助于减少迟滞和涡流损失。瑞信电气(Reliance Electric)改装电机产品经理迈克尔•奥菲克(Michael Offik)指出，所有这些设计改进都用于瑞信符合epact标准的电机。奥菲克先生说:“这样做的结果是增加了层压板的长度，但巧妙的设计可以使它们保持在同一个电机框架内。”
更长的定子(和转子)也导致需要提供更大的槽区域，以容纳额外的铜绕组体积。增加的绕组减少了定子I2R损失。同样，根据GEICS的说法，“通过重新设计转子槽来增加导体截面，转子I2R损失得到了改善。”
GE、Leeson和其他人报告说，可以通过注意各种设计细节来减少杂散损耗。例子是更紧密，更均匀的控制气隙，和更精细的完成转子表面。
对于大多数电机生产商来说，EPAct意味着对其现有产品的关键概述。GEICS高级应用工程师Joe Howard表示:“EPAct在我们的标准电机生产线和高效电机生产线之间发挥了基准作用。这也是一个回归基本面的机会，让我们能够更仔细地观察过程和变量。”在通用电气被认为是必要的任务中，霍华德先生列出了精确评估和定位电机损失，使用SPC通过统计方法持续管理制造过程，以及升级测试程序。
巴尔多电气公司(Baldor Electric Co.， Fort Smith, Ark.)也有机会退后一步，重新审视整个生产过程。工程副总裁Randy Waltman表示，Baldor进一步研究了设计的电气和机械方面，包括夹层、绕组和转子的制造/组装。“结果是一个整体更好的发动机。用户的好处包括一个更凉爽的运行电机，转子平衡改善到NEMA振动要求的一半(尽管不是EPAct的一部分)。”
在MagneTek Motors & Generators公司(密苏里州圣路易斯)，EPAct的影响意味着“对大部分产品线的重新设计。这与早期设计的‘第一成本’方法形成了鲜明对比，”nema框架电机产品经理Jerry Calvert解释道。MagneTek针对EPAct要求的基本设计概念据说有一个“不同的磁路”。新奇之处似乎在于材料的使用方式，不过卡尔弗特没有详细说明。新的制造工艺进一步提供了更好的气隙大小和同心度控制。
“所有电机制造商都受到EPAct的影响，”西门子能源与自动化公司位于俄亥俄州诺伍德的电机工厂高级产品工程师Mark Hodowanec评论道。他指出，更好的层压板钢材质量和更多的铜是提高电机效率的基础，但合理的设计原则和良好的过程控制也同样重要。Hodowanec先生解释说:“我们的想法是从成本方面添加最少的活性材料，同时仍然满足必要的效率要求。”
在美国销售和制造的汽车都受到EPAct的保护。一些外国制造商认识到了这一影响，并已准备好生产产品。WEG Exportadura S.A. (Jaraguá do Sul, SC, Brazil)是一家大型、快速扩张的拉丁美洲电机制造商，在其产品中包括NEMA车型。WEG Electric Motors Corp. (Rochester, new york)特殊项目销售经理J.P. Silva表示:“对于生产高性能电机的制造商来说，满足EPAct要求应该不是什么大问题。EPAct的效率相对低于同等尺寸的‘优质’电机。”
VEM Motors GmbH (wernigrode, Germany)在1998年汉诺威博览会的展台上展示了EPCA。该公司强调出口，主要是OEM设备中内置的电机。可以满足OEM订单到北美的效率要求。
代价是什么?
为了获得更高的电机效率，需要支付额外的费用。这其中很大一部分来自于更高等级的层压材料和其他活性材料的添加。
USEM的产品经理蒂姆·阿尔伯斯说:“根据框架尺寸和制造商的不同，平均价格涨幅从6%到30%不等。”“小镜框的成本涨幅最大。”其他制造商预计epact兼容电机的定价介于之前的标准效率和高效率型号之间，后者的溢价为20-40%。
从EPAct的举措发展而来的具体产品线包括Baldor的标准- e电机;高效，来自GEICS的KE;MagneTek的E-Plus系列，Reliance的ExMaster系列，以及USEM的World Motor系列，由多种电机类型组成。
这样的产品除了效率等级之外还能带来其他好处——通常是更少的电机发热、更少的振动和更安静的操作。由于产生的热量较少，GEICS声称增加了电机绝缘和轴承润滑的使用寿命。
验证效率
测试和认证对EPAct的成功至关重要。EPAct及其支持的能源部规则涉及这些领域，但有些问题仍有待最终确定。基本电机设计需要根据IEEE 112方法B(加拿大标准协会C390-93C是可接受的)测试效率和损耗。值得注意的是，一个完整的测功机测试包括在内。所使用的设备和方法必须符合美国能源部和国家标准与技术研究所(NIST)的标准。NIST是美国商务部的一部分，在开发测试程序方面发挥了重要作用。
由于对所有基本电机型号和类型的测试将是时间和成本上的禁忌，因此允许对要测试的电机数量进行统计抽样。允许基于工程或统计分析、计算机模拟、数学建模或其他性能数据分析评估的“替代效率确定”。
虽然EPACt没有规定最低效率(见前面的文本)，但NEMA最低效率在DOE规则中被用于“提供在实际测试中可能遇到的测量不确定度和产品可变性的合理估计”。
电机测试必须在具有以下三个来源之一的认可的实验室中进行:国家自愿实验室认可计划(NVLAP)， NVLAP认可的外国组织，或由DOE分类为认可机构的组织。NVLAP在NIST的支持下工作。
如果他们的测试设施获得认证，EPAct允许制造商在自己的实验室进行所需的测试。可供选择的相关方法可用于某些电机。通用电气和MagneTek都是拥有nist批准的内部测试实验室的电机制造商。
对于进口到美国的电机，EPAct规则的认证将是一个问题。虽然世界各地都有几种效率测量标准，但由于杂散损失的计算方式不同，结果可能会有很大不同。例如，IEEE-112 (EPAct的方法)间接确定杂散损耗，而IEC 34-2假设值为输入功率的0.5%。日本标准jc -37不包括杂散损失。可预见的答案是美国以外的国家。测试机构被认可为IEEE-112的方法。
还有一些问题。例如，“如何处理检测不合格的进口电机?”谁来支付更正费用?西门子E&A的霍多瓦内克问道。USEM的博特勒和Reliance的奥菲克也提到了对海关人员是否有能力从铭牌数据验证测试符合性的担忧。
未来可能的变化
由于更高的效率，电机特性的轻微变化可能会导致一些沉降。这些电机以更高的速度和功率运行，可能会引起对可变扭矩泵，风扇和鼓风机应用的关注。较高的启动扭矩可能是一件喜忧参半的事情:需要更软的启动，但对于一些恒扭矩应用来说是有利的。启动电流也可以更高。现有的电机起动器应该继续工作，只要电机设计类型保持不变。这些影响似乎都不是主要问题，但需要电机供应商和最终用户更加注意。
EPAct将继续存在。它可能会扩大其覆盖范围，包括更多尺寸和类型的电机。一个例子是NEMA设计C电机，直到最近才引起人们的注意，因为他们使用的数量很少。
所需标称效率
(满载状态下的通用汽车)
| 资料来源:EPAct-92和美国能源部在CFR第431部分标题10中的规定。 | ||||||
| 正常满载效率(%) | ||||||
| 开汽车 | 封闭的汽车 | |||||
| 电机马力/标准千瓦当量 | 6杆 | 4极 | 2极 | 6杆 | 4极 | 2极 |
| 1/0.75 | 80.0 | 82.5 | 80.0 | 82.5 | 75.5 | |
| 1.5/1.1 | 84.0 | 84.0 | 82.5 | 85.5 | 84.0 | 82.5 |
| 2/1.5 | 85.5 | 84.0 | 84.0 | 86.5 | 84.0 | 84.0 |
| 3/2.2 | 86.5 | 86.5 | 84.0 | 87.5 | 87.5 | 85.5 |
| 5/3/7 | 87.5 | 87.5 | 85.5 | 87.5 | 87.5 | 87.5 |
| 7.5/5.5 | 88.5 | 88.5 | 87.5 | 89.5 | 89.5 | 88.5 |
| 10/7.5 | 90.2 | 89.5 | 88.5 | 89.5 | 89.5 | 89.5 |
| 15/11 | 90.2 | 91.0 | 89.5 | 90.2 | 90.0 | 90.2 |
| 20/15 | 91.0 | 91.0 | 90.2 | 90.2 | 91.0 | 90.2 |
| 25/18.5 | 91.7 | 91.7 | 91.0 | 91.7 | 92.4 | 91.0 |
| 30/22 | 92.4 | 92.4 | 91.0 | 91.7 | 92.4 | 91.0 |
| 40/30 | 93.0 | 93.0 | 91.7 | 93.0 | 93.0 | 91.7 |
| 50/37 | 93.0 | 93.0 | 92.4 | 93.0 | 93.0 | 92.4 |
| 60/45 | 93.6 | 93.6 | 93.0 | 93.6 | 93.6 | 93.0 |
| 75/55 | 93.6 | 94.1 | 93.0 | 93.6 | 94.1 | 93.0 |
| 100/75 | 94.1 | 94.1 | 93.0 | 94.1 | 94.5 | 93.6 |
| 125/90 | 94.1 | 94.5 | 93.6 | 94.1 | 94.5 | 94.5 |
| 150/110 | 94.5 | 95.0 | 93.6 | 95.0 | 95.0 | 94.5 |
| 200/150 | 94.5 | 95.0 | 94.5 | 95.0 | 95.0 | 95.0 |
典型电动机损耗
| 空载损失 | %的总 |
| 来源:GE工业控制系统 | |
| 摩擦,偏差 | 14 |
| 核心的损失 | 16 |
| Load-dependent损失 | |
| 定子I2R | 33 |
| 转子I2R | 15 |
| 杂散负载损失 | 22 |
| 总计 | 100％ |
epact相关电机术语
EPAct只涵盖了三个基本电机类别中的第一个。
通用汽车-任何按标准等级设计的电机:(1)在通常使用条件下使用的标准操作特性和机械结构，如NEMA标准出版物MG1-1993中规定的，并且不受特定应用或应用类型的限制;或(2)在不寻常的使用条件下使用，或用于特定类型的应用，并可用于大多数通用应用。
明确目标的运动-任何按标准额定值设计的电机，其标准操作特性可在非通常的使用条件下使用，或用于特定类型的应用，但不能用于大多数通用应用。例如TENV(全封闭，不通风)和TEAO(全封闭，空气覆盖)类型。[添加示例和斜体。]
专用汽车-为特定用途设计的任何电机，并且:(1)具有特殊特性或机械结构的非标准额定值设计，或(2)具有特殊操作和特殊机械结构的电机
资料来源:CFR第431部分标题10某些商业和工业设备的能源效率计划。
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