电机能效标准及其测试技术探析
2021-01-25刘罡
刘罡
湖州衡鼎产品检测中心 浙江湖州 313000
近年来，随着各行各业要求的不断提高，对于电机能效标准也提出了更高要求，在对电机能效进行测试的过程中，所使用的技术逐渐成熟，已经可以熟练的运用各大先进技术加以测试，这对于提高电机能效标准有着积极意义。电机可以将电磁能转化成为机械能，在这个过程中并不会消耗任何的能量，但是在具体的运行过程中，能量之间的转换难免会带来一些能量消耗问题，导致电机失效，这成为了工业节能的重中之重。
1 国内外电机能效标准
1.1 国外标准
美国对于电机能效标准的提出来源于1970 年左右，当时，正面临世界能源危机，连续三年的石油危机爆发之后，使得美国面临二战之后最严重的经济危机，美国的工业生产率也因此有明显的下降[1]。这对于美国的经济而言，带来了非常大的负面影响，在该背景下，美国为了实现发展，开始将重心转移到节能行动中来。在上世纪九十年代初期，美国颁布了《能源政策法案》，在该法案中明确提出了相关用能产品能效要求，其中就包含了电机要求。并专门针对电机能效提出了EPACT 标准。在该标准中指出，从1997 年开始不管是进口电机还是出厂电机，都应当将其安装在成套设备上，并且必须满足EPACT 标准要求。而在对电机能效进行测试上，美国主要是从上世纪90 年代末末期开始公布相关程序规则的。美国对电机效能进行测试时必须要严格的根据规范来进行，确保符合标准测试方法。
欧盟对于电机节能的研究是在1990年代开始的。在1999年时，欧盟相关部门就制定出了电机能效标准，在标准中把电机能效分成了三个级别，其中，eff3 代表低效电机，eff2 代表改善电机，eff1代表高效率电机。并预计在2006 年以后，市场上不能再出现低效率电机[2]。
1.2 国内标准
我国是在1990 年之后才开始把电机列入节能产品中的。在2002 年时国家质检部门颁布了对应的标准，并在2006 年进行了修订，同时，在2012 年时又颁布了第三版标准，一直到目前为止都是使用的该版标准。在2012 年所颁布的电机能效标准中，也借鉴了欧盟的标准。当前，在GB-18613 中对于中小型电机提出了三个等级，其中，一级表示节能评价值；二级表示目标能效限定值；三级表示能效限定值[3]。在该标准的提出后，在很大程度上提高了我国电动电机的效能，如今，标准提出之前大量生产的Y、Y2、Y3 电机已经停止生产了，并全部采用全新的标准来进行生产，确保电机的能效可以在标准的支持下越来越优质。
2 电机能效测试技术
2.1 测试方法及原理
在对电机能效进行测试的过程中，应当根据GB/T1032-2012中b 法-测量输入功率和输出功率的损耗分析法来进行，分别对电机进行热测试、负载测试和空载测试，来计算出电机的损耗情况。其中主要包含了铁损耗、定子绕组损耗、风摩耗、负载杂散损耗等。首先，在热测试上，技术人员对实际的输入功率、电流、频率、输出转距、转速、温度等进行测量，从而得到最终的负载绕组温升，再计算出绕组规定的温度；其次，在负载测试上，也需要根据输入功率、电流、频率、转矩转速等来获取定子绕组损耗数值和转子损耗数值；最后，在空载测试上，需要根据电压、电流、输入功率等来得到铁损和风摩耗数值[4]。在全部的测试结束之后，技术人员要对所获得的数据加以处理和分析，得出剩余损耗，如以下公式所示：
在公式（1）中，PL 表示剩余损耗；Pfw表示风摩耗；PFe表示风摩耗；PCU1表示定子绕组损耗；PCU2表示转子绕组损耗。
2.2 测试要求与特点
由于电机可以将电磁能转变成为机械能，所以，和电机能效的测试电量、温度有着直接关系，并且，电机的能效数值本身就是一个综合而来的量，除了对技术人员和设备仪器的要求比较高之外，还需要完整的模型和数据支持。在使用b 法进行测量时，对于设备工具和技术人员的要求比较高，电压系统负序分量应当比正序分量低百分之0．5，而电源的波动率要在额定频率的正负百分之0．3以内[5]。并且，在使用该方法进行电机能效测试的过程中，最终的测量结果和实际情况更相近，且不确定性比较低，实践证明，b 法的测试不确定性低于百分之0．4。但是，该方法的检测过程比较复杂，在测试之前需要对电机进行安装，且被测试的电机和陪试电机要在同一个环境内。在展开热测试之前，技术人员还要对定子绕组的直流电阻、绝缘电阻等进行检测。同时，b 法测试所涉及到的数据量非常大，其中包含了电机的参数测试、转矩转速测试、温度测试和电阻测试等，每一个测试内容都会产生很多数据，表分辨率和数据有效性会直接影响到最终的能效测试结果。
3 结语
在电机能效标准上，国内外所颁布的时间和内容各不相同，在本文的研究中发现，我国对于电机能效的标准是执行的GB/T1032-2012 标准，能效测试方法则主要采用该标准中b 法-测量输入功率和输出功率的损耗分析法。该方法的优势在于测量结果和实际情况更相近，且不确定性比较低，且对技术人员和设备仪器要求较高，在我国相关领域有着广泛应用。
