电机效率的下一步是什么?

电机效率发生了什么变化?随着能源成本的下降，未来的“电机回报”会发生什么变化?

之前的讨论(CE， 2016年4月，“美国电机驱动系统节能”)着眼于电机驱动系统能源指标的潜在变化。这种变化将从测量效率转向测量电力使用。在电机驱动系统中添加变频驱动器可以调节速度[负载]，并减少总体能源使用，其数量远远大于减少电机损耗。

2016年6月1日实施的现行电机法规(NEMA表12-12级别)已达成一致并建立，以最大限度地提高电机效率，同时保持性能和物理电机尺寸，从而提供最佳结果，并且仍然允许用户直接更换故障电机。美国国家电气制造商协会(NEMA)电机发电机分会的成员完全支持这一规定。

IEC 61800-9-1和61800-9-2都已通过投票，现已公布。在级别或如何使用EN 50598标准方面没有明显的偏差。EN 50598是多年前在欧洲发布的新IEC标准的来源，建立了这种已成功使用多年的方法。

对系统集成商来说更容易

制造商开始发布在前一篇文章中讨论过的八个负载点的效率水平，并在下面的图1中重复了这一点。第18工作组(WG)已经开始研究61800-9-2的新版本，以解决在过去几年中发现的需求，目的是提高准确性并使其更容易被系统集成商遵循。

工作组还将着眼于改进加载点之间的插值方法，并将尝试提高标准测试部分的准确性。

系统视图:驱动器，泵

关于是否有必要增加多个国际效率(EI)分类的讨论一直存在。虽然前面提到的两个标准都建立了驱动器的能量等级(以前没有定义)，但由于潜力较大，决定主要关注系统效率等级。由于驱动器的效率通常高于97%，如果驱动器的效率为100%，则提高其效率仅可能减少总能量的3%。当然这是不可能的;即使经过广泛的努力，可能也只能实现其中的一小部分。驱动效率可以提高与更快的开关频率，这可能会损坏电机，除非使用滤波器来控制瞬变。这样的过滤器会增加系统损失，当只查看单个组件时，这些损失会被忽略，但是本例中过滤器的低效率将在系统方法中得到解决。这是关注系统的另一个好理由。

将此与仅需要50%流量的泵应用进行比较。在本例中，与通过节流负载减少20%的能耗相比，使用驱动器可以减少85%的能耗，如图2所示。很明显，采用系统方法的节能潜力要大得多。

改变回报

据报道，由于可再生能源和低成本天然气发电加上需求减少，电力公司担心业务下滑。在这种环境下，评估显示了电机组件效率的回报是如何变化的。

首先，电力成本已经从平均每小时$下降。08/kWh到$。07或更少。对太阳能和风能发电率的预测正在迅速下降。NEMA发布了一份“超级优质”效率表[在www.NEMA.org免费下载MG10]。计算使用1-200马力四极电机的NEMA Premium和(未来)Super Premium之间的额外效率或增量，19个额定值中的17个为0.9%，100马力和200马力电机没有变化。以每年2500小时的平均运行时间和7美分/千瓦时计算，平均投资回报约为14年。美国能源部的“规定”差不多是两年，尽管过去在考虑碳排放的社会成本时，这一规定曾被修改过。

更好的电源管理

有了这样的例子，结论是，最有效的方式来节省能源时，使用电机驱动的设备将是增加一个变频驱动器，并使用更有效的方法来管理系统和功耗。如上所示，许多应用[可变流量]在使用变频驱动器时，可以节省30%至90%的成本。这远远超过了电机0.9%的效率增益(在实验室条件下以100%负载进行测试，具有非常特定的电能质量和环境条件)。

是时候“现实一点”，通过更好的电源管理来降低运营成本了。使用更高效的泵、风扇或压缩机可能还有一些潜力，但即使在这些情况下，由于使用电机和驱动器来控制过程，有效管理的系统也将实现更大的节能。

了解系统节省

最好将重点放在帮助最终用户了解如何通过使用电机和驱动系统来实现节能，并提供能够计算和预测节能的工具。在目前的情况下，通过采用效率更高的电机或驱动组件来降低能耗的机会并不大;考虑到当前或未来的能源成本，这些方法都无法获得可观的投资回报率(ROI)。

欧盟(EU)和美国的监管机构似乎也在朝着同样的方向发展，更多地关注系统方法，而不是提高单个组件的效率。我们将继续努力确保目前使用的产品符合预期的能耗水平，工作组也将专注于提供准确的方法来确定能耗。当试图将整个系统的能量消耗结合起来时，这将更加有趣和困难。

未来建立能源消耗的方法将使用分析模型结合系统组件的损失和替代效率确定方法(AEDM)来计算单个组件的效率。事实证明，测试单个组件的所有变化过于昂贵，也不可能测试完整的系统，因此需要其他方法，但必须证明它们是可靠的。

全球协调

在全球范围内，标准组织是一致的。它们协调了电动机的效率。他们已经制定了一个联合系统效率标准，并就未来的道路达成了一致。最近，美国要求美国能源部(DOE)认可IEC 60034-2-1测试电机效率，该标准已被证明与美国IEEE 112电机测试标准相当。随着时间的推移，预计这些努力将以其他方法继续下去。

NEMA电机发电机组成员代表作者有:Nidec汽车公司的Rob Boteler (NEMA能源管理委员会主席)，西门子公司的Bill Finley (IEC TC2技术顾问组主席)，SEW Eurodrive公司的Tim Schumann (NEMA MG1技术委员会主席)。

编辑马克·霍斯克， CFE Media内容经理，控制工程, mhoske@cfemedia.com。

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