节能电机节省开支
简单地说，节能电机是标准电机产品的高质量版本。它们在本质上相同的物理包装中包含了更多的“活性”电力材料(钢层和铜)，因此其价格比效率较低的同类产品高出15-30%。
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简单地说，节能电机是标准电机产品的高质量版本。它们在本质上相同的物理包装中包含了更多的“活性”电力材料(钢层和铜)，因此其价格比效率较低的同类产品高出15-30%。这种溢价通常是值得支付的，因为电费几乎占了许多电机整个寿命周期的全部运行成本。
电动马达的采购过程往往掩盖了真正的生命周期成本。由于更低的采购价格是大多数采购部门的目标，购买成本更低、效率更低的电机乍一看似乎很有吸引力，而没有注意到在漫长的产品寿命中积累的巨大运营费用。工厂工程师和维护人员都很了解这些成本，但它们通常不包括在采购的产品中。此外，公司的商业环境可以规定最低的支出，只是为了保持工厂的运行。高层管理人员和采购人员需要更加意识到设备效率对业务的影响。
为什么要把电动机作为能源效率的目标?它们占了工业用电的主要部分，也占了相当大的份额总计发达国家使用的电力。对于美国来说，能源部(DOE)估计工业使用量高达63%，总使用量为25%(参见在线额外文章中的更多数据)。虽然这里的重点是电机，但对能源效率的关注也适用于总功率转换系统的其他元素，稍后将讨论。
感应电机聚焦
由于用电量的巨大和在工业中的“主力”角色，交流感应(异步)电机迄今为止已经收到了几乎所有的效率努力，包括产品、标准和立法的开发。虽然节能(EE)电机已经出现了至少20年，用于石化和其他重型工业应用(根据IEEE Std. 841)，但最近的立法和其他举措才使能源问题成为焦点。
美国用唯一已知的方法领先法律对于EE电机，1994 - 1997年10月生效的能源政策和节约法案(EPAct)规定了销售或进口到美国的1-200马力大小的通用三相电机的名义和最低效率水平。考虑到欧洲的能源使用问题和欧盟(EU)发布的大量技术指令，这仍然是一个令人惊讶的步骤。EPAct适用于开式(ODP)和封闭式(TEFC)脚踏式2、4和6极电机运行在230/460 V电源。EPAct效率值可达95.0%的200马力，4极机组。
在EPAct发布后不久，欧盟和欧洲电机和电力电子制造商委员会(CEMEP)也发布了分类和标签协议(不是法律)在1.1-90 kW (1.5-120 hp)范围内的2和4极电机的标称效率在400 V和50 Hz下工作。该标准定义了三种效率等级:Eff1(高效率)、Eff2(提高效率)和Eff3(标准)——欧盟正敦促制造商停止使用的低效率等级。
CEMEP成员、ABB在瑞典的电机营销副总裁Sven Sjöberg解释说，36家欧洲制造商自愿达成协议，承诺到2003年底将Eff3电机的共同份额削减至50%，这一协议已经实现。他说:“Eff3电机的减量比欧盟委员会要求的50%要成功得多。”“然而，由于从Eff2电机转移到Eff1电机的成本，Eff1电机的份额的增加并不是那么引人注目(2极电机为7.8%;四极电机(2003年为5.2%)。Sjöberg显示，ABB在Eff1电机的产量份额分别为17.7%和16.6%，过去三年没有生产Eff3电机。
2001年中期，美国国家电气制造协会(NEMA)和能源效率联盟(CEE)将电机效率标准统一为一个被称为“NEMA Premium”的商标规范，从而提高了电机效率标准。“该规范将覆盖范围扩大到1-500马力范围内的ODP和TEFC电机(2、4和6极)，输入功率高达600 V。NEMA Premium (NP)也将其范围扩大到中压250-500马力，输入为5千伏的专用电机和EPAct中未涵盖的安装件。NP的标称效率高于EPAct，最大的低压电机(500马力，4极单元)最高可达96.2%。
随着越来越多的标准和效率倡议的发展，其他国家采用或产生了他们自己的电动汽车标准。
展望未来
美国EPAct法律是向前迈出的重要一步，但其范围有限。它可以扩大，但这需要另一项“国会法案”——在目前的议程中不太可能。结果之一是，NEMA保费已成为事实上的效率标准。艾默生汽车技术公司(Emerson Motor Technologies)营销总监罗伯特•博特勒(Robert Boteler)说，在可预见的未来，预计EPAct的规定不会发生变化。“NEMA Premium已获得广泛利益相关者的认可，并继续增加。他认为联邦标准不会扩大到涵盖其他汽车产品。
EPAct的执行进展得相当顺利。根据EPAct的授权，美国能源部与汽车制造商合作，以确保法规得到遵守。Boteler补充说:“到目前为止，已经发布了63个合规数字，其中超过一半是进口电机。”说明产品符合合规效率要求。
Baldor Electric Co.交流和直流电机产品经理John Malinowski同意NEMA高级电机销量上升的说法，这得益于地区激励措施。他说，在西海岸、东北部和中西部部分地区，退税计划还在实施。至于欧洲的发展，Malinowski表示，CEMEP最近表示要提高电机效率水平，“但这还没有确定。“CEMEP Eff1频段的起始点与我们的EPAct相当，但没有定义任何更高的效率级别，比如NEMA Premium。
罗克韦尔自动化公司同样称赞NP程序。信实交流电机产品经理Dale Basso解释说:“NEMA Premium作为感应电机效率的最高标准继续获得认可。”“大多数公用事业激励计划和客户规范要求更高的效率，参考NEMA premium作为标准来满足。”
Basso还提到了一些州的电力公司提供的奖励回扣，鼓励用户使用优质高效的电机和变速驱动器。他补充说，这些公用事业公司认为，激励储蓄是在“购买”未来的产能增长，而不是必须“建设”产能。
到目前为止，欧盟委员会倾向于自愿协议，并没有“推动”任何电机效率立法，ABB的Sjöberg解释道。欧盟委员会希望将Eff1电机的份额提高到30%，对此CEMEP回应称，欧盟或地方政府需要向最终用户提供一些补贴。
测试:没那么简单
遵守效率标准需要通过测试来验证。然而，由于地区惯例或标准的起源，没有通用的测试方法存在。此外，由于测量精度的问题，决定效率(输出功率与输入功率之比)的看似简单的概念在实践中行不通。严格的电机测试在物理上也是复杂而昂贵的，特别是对于较大的单元。
目前使用的两种主要测试方法是:IEC标准60034-2和IEEE标准112，方法B。主要在北美使用，IEEE 112 B正在被其他地方引用和采用。IEC 60034-2使用起来更简单，因为它仅假设杂散负载损失为固定值(电机输入的0.5%)。据报道，IEC方法对电机尺寸高达10千瓦的效率高估了2%，而对电机尺寸超过700千瓦的效率低估了它们。“IEEE 112 B和等效的加拿大标准协会C390测试方法仍然是唯一的标准，可以实际测量电机的所有损失，并准确反映真实的效率，”Malinowski说。因此，不同测试的结果不能直接比较。
他说，CEMEP(使用IEC方法)不包括NEMA高级电机提供的更高效率，CEMEP认为这在50 Hz的机器上是不可能的。马林诺夫斯基说:“事实上，这是可能的，而且可能会更高。”“由于速度较低，摩擦更少、风力更小、杂散负载损失更低，这是50hz的固有优势。”
系统视图，生命周期成本
电动机是一个主要的节能目标，特别是在无数需要恒定速度和长时间运行的应用中。如果应用程序要求速度和负载变化，添加一个可调速驱动器(ASD)可以节省大量的能源。电机效率仍然至关重要，但可能并不意味着要选择最高效率的车型。
马林诺夫斯基说:“最大的效率提升不仅来自电机，还来自对系统的重新设计。”他指出，与提高1-2%的电机效率相比，通过改变减速器设计，效率可能提高20%。这样的重新设计可能进一步允许使用更小的电机和更多的节省。
艾默生的博特勒说:“最大的潜在节约机会存在于由马达驱动的系统中。系统增益不像电机那样容易理解，需要了解操作和流程的人员输入，以允许他们选择和应用产品以优化效率。他还提到，如果适合应用，改进齿轮传动设计和使用asd可能会大大提高效率(30-40%)。
罗克韦尔的Basso涉及成本效益的能源节约，以适当的应用和管理电机。他提到了一个行业协会的活动，即汽车决策问题(MDM)，该活动为客户提供了许多影响能源效率的潜在因素，以及制造商和服务提供商的汽车管理计划。他说:“现在有一些工具可以让用户在不删除应用程序的情况下测量电机的负载和效率。”“这些工具服务于电机维修/更换计划过程。”
设备的资本成本是效率投资的重要组成部分。许多公司仍然不理解生命周期成本的概念。通常没有一个中央组织负责能源使用和效率标准，”马林诺夫斯基评论道。
ABB的Sjöberg指出，知识不足以克服最初的成本问题。他认为，一些最终用户已经理解了总生命周期成本，特别是那些在流程工业中指定每年运行超过6000小时的Eff1电机的用户。他补充说:“但大多数终端用户不愿意为Eff1电机支付比Eff2电机高出10-25%的费用。”
铜转子
感应电机效率的一个主要发展是用铜棒取代传统的铝转子棒。铜的导电性高出近60%是主要的吸引力。然而，像更复杂的高温压铸工艺，一些轴向尺寸的增长，以及更高成本的电机必须是合理的。尽管如此，满足全球新兴效率标准的需求使得铜转子感应电动机成为现实。
根据Malinowski的说法，一些大型电机(高于nema单元(250马力及以上))已经使用铜棒转子。对于较小的通用电机，该技术正在美国进行原型开发。人们期待已久的铸铜转子越来越近了。罗克韦尔的Basso说，据估计，一个铜(而不是铝)转子可以减少电机10-15%的损耗。
艾默生的Boteler解释说，铜行业在开发用铜代替铝压铸转子棒的方法方面取得了重大进展。铜开发协会(CDA)的信息、营销和技术开发活动正在协助这一进程。他说，电机制造商将密切监控铜条工艺，以确定它将如何影响未来的设计，考察电机的总体性能，包括效率以及满足电机用户要求所需的其他参数。
事实上，一些非美国的。公司已经在那里生产商业产品。SEW-Eurodrive提供一系列Eff1(和全球等效)铜转子电机在德国制造，功率高达37千瓦。该公司美国工厂的工程师Tim Schumann验证了DTE/DVE系列铜转子电机的可用性，并指出必须掌握生产铜棒的艰难压铸工艺。他补充说:“这些电机的价格比同等尺寸的epact质量的电机高出15-20%。”
其他电机类型，尺寸?
由于经济原因，效率法规和标准集中在三相异步电动机上。为什么不将认证扩展到其他电机，如单相设计或其他类型的较小多相电机?除了艰巨的任务外，还有几个因素不利于这一提议。这些电机的使用效率问题尚未得到充分验证(负载-速度剖面、运行时间、节能)，也没有可接受的测试方法，此外，前期成本仍然是一个拖累。
罗克韦尔的巴索提到了永磁(PM)同步(伺服)电机的情况，它越来越多地与可调速驱动器联系在一起。他说，采用永磁转子技术可以减少15-25%的电机损耗。PM磁体转子超越了铜转子，消除了转子的所有损耗，在给定的功率输出下可以产生更小的电机。”
有迹象表明，制造精良的永磁同步电动机的效率可与电磁感应电动机相媲美。然而，动力性能而不是效率是这些电机的主要考虑因素。“在这一点上，用户根本不关心永磁电机的效率，”Basso解释说。
也许还得考虑到代价效率低下而开发可接受的新测试方法，更小的电机和除三相感应以外的类型可能会在未来的效率显微镜下。
在线额外
汽车是重型“消费者”
由于在全国范围内大量消耗电力，电动机理所当然地成为提高效率的目标。在工业中使用的电机，以巨大的三相感应电机安装基础为代表，在工业总电力使用中占更大的份额。专家估计，在美国的一些加工工业中，如采矿和水泥生产，电机使用总电力的70%以上。
此外，这是一个世界性的问题。据报道，在澳大利亚，30%的电力需求来自三相感应电机。这种电机类型在1-200马力范围内，通常占加拿大全年用电量的10-20%。据说，芬兰80%的电力用于运行感应电动机。
更多与效率相关的标准正在发展IEEEIEEE交流和直流电机产品经理John Malinowski表示，Std. 841-2001，“IEEE石油和化工行业严格负荷全封闭风扇冷却(TEFC)鼠笼感应电机标准，最高可达370千瓦(500马力)”，目前正在修订，并将采用NEMA高级效率水平Baldor电气公司．他说:“这些坚固耐用的电机广泛应用于石化工厂之外，包括纸浆和造纸、采矿、水泥加工和其他过程工业。”
马林诺夫斯基指出，澳大利亚和新西兰有一个正在进行的非常先进的能源效率项目。这些国家已经宣布了新的、更高的电机效率标准，以满足其最低能源性能(MEPS)要求。从2006年4月1日起，三相电机的MEPS水平将修订为更严格的水平。从2001年起，“高效”等级将在2006年4月成为新的MEPS(最低)等级，而从2005年4月1日起，修订后的“高效”等级也将生效。新的MEPS和高效率要求以及过渡安排在AS/NZS 1359.5-2004(2004年9月发布)中有详细说明。该标准基于IEC和IEEE 112测试方法，取代了AS/NZS 1359.5-2000。
详见https://www.energyrating.gov.au/motor2.html
SEW-Eurodrive提供的新型铜转子电机，在主要文章中描述，旨在满足澳大利亚MEPS要求等标准，以及其他不断发展的效率相关举措，该公司美国工厂的企业工程师Tim Schumann解释道。
另一个标准,IEC61972，试图解决欧洲和北美效率水平之间的差异，这些差异源于不同的测试方法。根据SEW-Eurodrive, IEC 61972的测量方法是基于IEE 112 b。虽然IEC 61972已经生效，但由于额外的程序步骤和计算结果得出较低的电机效率值，在欧洲不受欢迎。澳大利亚和新西兰目前采用IEC 61972。
CEMEP(欧洲电机和电力电子制造商委员会)与36家欧洲电机制造商签署了自愿协议，以推广Eff1和Eff2电机，并削减Eff3电机的生产份额(见主要文章)，该协议已被续签并延长至2008年。
节能项目
下一阶段的节能，以一个系统的观点，是由美国工业和协会团体，如电器服务协会(EASA)艾默生汽车技术营销总监Robert Boteler解释道:“在美国，汽车决策问题(MDM)和大型系统集成商，例如艾默生过程管理公司。他说:“在艾默生，多个部门致力于优化和支持客户的系统需求，无论是电机、驱动器、控制、测量、流量还是阀门。
的能源效率联盟最初定义的电机效率水平在EPAct的1-200马力范围内，但在一些更高的值。后来CEE的规范被合并成美国电气制造协会(NEMA)主动形成目前的NEMA溢价计划在1-500马力范围的电机(见正文)。目前，NEMA Premium代表了感应电机的最高效率标准。公用事业回扣计划经常参考CEE的指导方针。CEE成员实用程序的摘要列在该组织的网站上，也可以从MDM的网站链接。
英国正在进行的一个节能项目，称为ECA(增强资本补贴)计划，允许最终用户在运行的第一年折旧Eff1电机的总成本。CEMEP成员Sven Sjöberg表示，即使这一激励措施也没有对Eff1电机的广泛使用产生实质性的推动作用ABB在瑞典。
自2003年以来，欧盟委员会也一直在运行汽车挑战计划(MCP)。MCP是一项自愿计划，工业公司通过该计划承诺改善电机驱动系统的能效措施。“在这个计划下，CEMEP继续提供统计数据，显示不同效率等级的电机的发展，以及大多数电机供应商的代言人，这意味着我们促进MCP，”Sjöberg补充道。
进一步的阅读
那些对节能电机和相关主题感兴趣的人会发现许多可用的资源。这里有一些建议。
2001年5月控制工程，“高效电机可以缓解能源危机。”
1998年7月控制工程，“效率的大众-电动马达，也就是。”
IEEE论文pci -2003-22“交流感应电机结构技术的进展，为超高效率水平做准备。”(作者:Baldor Electric Co.工程师)
进步能源，“电机效率:它会帮你省钱吗?”先进能源(2001)。
《电机指南》，太平洋燃气电力公司，2005年。
Richard L. Nailen，“小型电机效率尚无标准”，《电气设备》，2004年10月。
止损，见更效
它从整体产品质量开始:更精确的公差/组件，更高质量的材料和良好的制造。然而，数量和质量都是节能(EE)电机的特点。与标准产品相比，EE电机含有更多的高级钢板和铜——所谓的“有源”电气材料(见图表)。EE电机通过削减所有电机固有的功率损失来提高效率。电力损失通常分为五类:
定子电阻(I)2R) -定子绕组电流损耗;
转子阻力(I)2R) -转子棒和端环中的电流损失;
铁芯-层压中的磁损耗、电感和涡流损耗;
摩擦和风量-轴承和冷却风扇中的机械阻力;而且
杂散负载-定子和转子之间气隙的磁损失;还有由于电机制造质量造成的杂项损失。
通过更新的设计和有源电材料的应用，最容易减少前三种损耗。更多，更薄的规格，特殊钢层压有助于削减核心损失，而铜转子棒(见正文)减少转子阻力。所有提高效率的措施都增加了电机成本。
EE电机的特点包括在降低电机负载时更平坦的效率曲线和由于比标准电机更低的滑移而稍微更高的基本速度。更少的滑移可能对某些应用有利，也可能不有利。较大的电机比较小尺寸的电机获得更高的效率值。
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