，從1997年10月24日起，凡是在美國銷售的通用電機(jī)
，都必須達(dá)到最新制定的最低效率指標(biāo)
，即EPACT效率指標(biāo)
。EPACT效率指標(biāo)是根據(jù)美國全國電氣制造商協(xié)會(NEMA )1990年的標(biāo)準(zhǔn)NEMA12-10(即NEMA 12-6C)的規(guī)定制定的
。EPACT所規(guī)定的效率指標(biāo)為當(dāng)時(shí)美國主要電動機(jī)制造商所生產(chǎn)的高效電動機(jī)效率指標(biāo)的平均值。美國在完成了其最低效率標(biāo)準(zhǔn)NEMA12-10的制訂工作后
，考慮到用戶對更高效率水平產(chǎn)品的需求
，又制訂了一系列超前標(biāo)準(zhǔn)
，如NEMAE設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(即NEMA12-11標(biāo)準(zhǔn))，其效率指標(biāo)較NEMA12-10提高了1-4個百分點(diǎn);美國能源效率聯(lián)盟(CEE)與美國NEMA聯(lián)合制定的超高效率電機(jī)(Premium Efficiency)指標(biāo)
，其效率水平接近NEMAE設(shè)計(jì)
，較EPACT指標(biāo)提高了1-3個百分點(diǎn)，損耗較EPACT指標(biāo)下降了20%左右
。大部分美國電動機(jī)制造商按照EPACT法令僅用2～3年就完成了從一般效率電動機(jī)轉(zhuǎn)換到高效率電動機(jī)的生產(chǎn)過渡
。為了進(jìn)一步推動電動機(jī)的節(jié)能，美國能源部
、環(huán)保局以及美國能源效率聯(lián)盟(CEE)組織在2001年推出超高效率電機(jī)(NEMA Premium’)的生產(chǎn)和應(yīng)用
。2003年，NEMA Premium’超高效電機(jī)的市場份額已經(jīng)上升至20%以上
。美國能源部
、環(huán)保局以及美國能源效率聯(lián)盟(CEE)于2007年3月通過決議，將用36個月的時(shí)間（既到2010年）強(qiáng)制執(zhí)行超高效電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)
，該標(biāo)準(zhǔn)主要用于美國的石油化學(xué)工業(yè)和紙漿
、紙張工業(yè)。IEEE 841-之001標(biāo)準(zhǔn)的電動機(jī)效率指標(biāo)比EPACT指標(biāo)提高了1～2 個百分點(diǎn)
。
3． 澳大利亞
澳大利亞政府為節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，自1999年起，開始對家用電器和工業(yè)設(shè)備實(shí)施強(qiáng)制性能效標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃(MEPS計(jì)劃)，由澳大利亞政府下屬溫室氣體辦公室會同澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)委員會進(jìn)行管理 。澳大利亞的電動機(jī)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)于2004年7月批準(zhǔn)生效，新西蘭也執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)
。在澳洲和新西蘭生產(chǎn)和進(jìn)口的電機(jī)均需達(dá)到或超過此標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最低效率指標(biāo)
。該標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定了強(qiáng)制性的最低標(biāo)準(zhǔn)外，還規(guī)定了高效率電機(jī)指標(biāo)
，為推薦性標(biāo)準(zhǔn)
，并鼓勵用戶采用，其數(shù)值與歐盟的Eff1及美國的EPACT相近
。澳大利亞和新西蘭還確定了以歐盟Eff1為基礎(chǔ)的強(qiáng)制性電動機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)
，并于2006年4月開始實(shí)施。此外
，加拿大
、墨西哥、巴西等國都制訂了強(qiáng)制性最低能效標(biāo)準(zhǔn)
。
4． 國際電工IEC
國際電工委員會IEC/TC2于2006年提出制定一項(xiàng)電動機(jī)能效分級標(biāo)準(zhǔn)
，以統(tǒng)一和協(xié)調(diào)全球市場。該標(biāo)準(zhǔn)得到世界各國認(rèn)可
。新的IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)將電動機(jī)的效率分為Eff1
、Eff2
、Eff3、Eff4共4級
，基本損耗在降低15%～20%的基礎(chǔ)上形成高一等級的效率指標(biāo)
。今后，國際市場上將統(tǒng)一規(guī)范為4級效率等級的電動機(jī)
。
Eff1為標(biāo)準(zhǔn)效率電機(jī)
，幾乎是列入各國既將淘汰的效率等級；Eff2為高效率電機(jī)
；Eff3為超高效率電機(jī)
；Eff4為超超高效率電機(jī)；澳大利亞
、加拿大
、美國、歐盟等將Eff2效率等級電機(jī)列為本國最低強(qiáng)制效率標(biāo)準(zhǔn)
。
四． 電動機(jī)提高效率的措施
電機(jī)的節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及電動機(jī)的全壽命周期，從電動機(jī)的設(shè)計(jì)、制造到電動機(jī)的選型、運(yùn)行、調(diào)節(jié)、檢修、報(bào)廢，要從電動機(jī)的整個壽命周期考慮其節(jié)能措施的效果，國內(nèi)外在這方面主要考慮從以下幾個方面提高電機(jī)的效率
。
節(jié)能電動機(jī)的設(shè)計(jì)是指運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、新材料技術(shù)
、控制技術(shù)
、集成技術(shù)、試驗(yàn)檢測技術(shù)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段
，減小電動機(jī)的功率損耗
，提高電動機(jī)的效率，設(shè)計(jì)出高效的電動機(jī)
。
電動機(jī)在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的同時(shí),本身也損耗一部分能量,典型交流電動機(jī)損耗的分布見表3
，表4。這些損耗一般可分為固定損耗
、可變損耗和雜散損耗三部分
。可變損耗是隨負(fù)荷變化的
，包括定子電阻損耗（銅損）
、轉(zhuǎn)子電阻損耗和電刷電阻損耗
；固定損耗與負(fù)荷無關(guān)
，包括鐵芯損耗和機(jī)械損耗
。鐵損又由磁滯損耗和渦流損耗所組成，與電壓的平方成正比
，其中磁滯損耗還與頻率成反比
；其他雜散損耗是機(jī)械損耗和其他損耗，包括軸承的摩擦損耗和風(fēng)扇
、轉(zhuǎn)子等由于旋轉(zhuǎn)引起的風(fēng)阻損耗
；其主要提高效率的措施有:
表3 交流電動機(jī)的損耗及比例
電動機(jī)的損耗 | 占總損耗的比例 | 電動機(jī)的損耗 | 占總損耗的比例 |
定子繞組銅耗 | 35～40 | 通風(fēng)摩擦損耗 | 5～10 |
轉(zhuǎn)子繞組銅耗 | 15～25 | 雜散損耗 | 10～15 |
鐵芯損耗 | 15～25 |
|
|
表4 標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)電機(jī)中滿載時(shí)的損耗分布
損耗分布 | 50 hp感應(yīng)電動機(jī) | 標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的平均損耗(% ) |
W | 損耗(%) | 標(biāo)稱損耗 |
定子繞組銅耗 | 1540 | 38 | 0.04 | 37 |
轉(zhuǎn)子繞組銅耗 | 860 | 22 | 0.02 | 18 |
鐵芯損耗 | 65 | 20 | 0.02 | 20 |
機(jī)械損耗 | 300 | 8 | 0.01 | 9 |
附加雜散損耗 | 452 | 12 | 0.01 | 16 |
電機(jī)總損耗 | 3917 | 100 | 0.01 |
|
輸出功率 | 37300 |
|
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輸人功率 | 41272 |
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|
效率(%) | 90.5 |
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電動機(jī)定子繞組電阻損失：降低電動機(jī)定子繞組的電阻是減少定子損失的主要手段，實(shí)踐中采用較多的方法是：
（1）增加定子槽截面積，在同樣定子外徑的情況下，增加定子槽截面積會減少磁路面積，增加齒部磁密；
（2）增加定子槽滿槽率，這對低壓小電動機(jī)效果較好，應(yīng)用最佳繞線和絕緣尺寸、大導(dǎo)線截面積可增加定子的滿槽率；
（3）盡量縮短定子繞組端部長度，定子繞組端部損耗占繞組總損耗的1/4～1/2,減少繞組端部長度,可提高電動機(jī)效率。實(shí)驗(yàn)表明,端部長度減少20%,損耗下降10%
。 電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組電阻損失：電動機(jī)轉(zhuǎn)子的損失主要與轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電阻有關(guān)，相應(yīng)的節(jié)能方法主要有：
（1）減小轉(zhuǎn)子電流，這可從提高電壓和電機(jī)功率因素兩方面考慮
；
（2）增加轉(zhuǎn)子槽截面積；
（3）減小轉(zhuǎn)子繞組的電阻，如采用粗的導(dǎo)線和電阻低的材料
，這對小電動機(jī)較有意義，因?yàn)樾‰妱訖C(jī)一般為鑄鋁轉(zhuǎn)子
，若采用鑄銅轉(zhuǎn)子
，電動機(jī)總損失可減少10％～15％，但目前鑄銅轉(zhuǎn)子所需制造溫度高且技術(shù)尚未普及
，其成本高于鑄鋁轉(zhuǎn)子15％～20％.
電動機(jī)鐵耗損失：電動機(jī)鐵耗損失可以由
（1）減小磁密度，增加鐵芯的長度以降低磁通密度，但電動機(jī)用鐵量隨之增加
；
（2）減少鐵芯片的厚度來減少感應(yīng)電流的損失，如用冷軋硅鋼片代替熱軋硅鋼片可減小硅鋼片的厚度，但薄鐵芯片會增加鐵芯片數(shù)目和電機(jī)制造陳本
；
（3）采用導(dǎo)磁性能良好的冷軋硅鋼片降低磁滯損耗；
（4）采用高性能鐵芯片絕緣涂層；
（5）熱處理及制造技術(shù)，鐵芯片加工后的剩余應(yīng)力會嚴(yán)重影響電動機(jī)的損耗，硅鋼片加工時(shí)
，裁剪方向、沖剪應(yīng)力對鐵芯損耗的影響較大
。順著硅鋼片的碾軋方向裁剪
、并對硅鋼沖片進(jìn)行熱處理，可降低10%～20%的損耗 等方法來實(shí)現(xiàn)
。
電動機(jī)雜散損失：目前對電動機(jī)雜散損失的認(rèn)識仍然處于研究階段，現(xiàn)今一些降低雜散損失的主要方法有：
（1）采用熱處理及精加工降低轉(zhuǎn)子表面短路；
（2）轉(zhuǎn)子槽內(nèi)表面絕緣處理；
（3）通過改進(jìn)定子繞組設(shè)計(jì)減少諧波；
（4）改進(jìn)轉(zhuǎn)子槽配合設(shè)計(jì)和配合減少諧波，增加定、轉(zhuǎn)子齒槽
、把轉(zhuǎn)子槽形設(shè)計(jì)成斜槽、采用串接的正弦繞組
、散布繞組和短距繞組可大大降低高次諧波;采用磁性槽泥或磁性槽楔替代傳統(tǒng)的絕緣槽楔
、用磁性槽泥填平電動機(jī)定子鐵芯槽口，是減少附加雜散損耗的有效方法
。 電動機(jī)摩擦損失及流動損失：摩擦損失和流動損失以往未得到人們應(yīng)有的重視
，它占電機(jī)總損失的25％左右。摩擦損失主要有軸承和密封引起
，可由
（1）盡量減小軸的尺寸，但需滿足輸出扭矩和轉(zhuǎn)子動力學(xué)的要求；
（2）使用高效軸承；
（3）使用高效潤滑系統(tǒng)及潤滑劑；
（5）采用先進(jìn)的密封技術(shù)，如有無彈簧的新密封使用情況的報(bào)道，稱通過有效減少與軸的接觸壓力
，可使以6000 rpm轉(zhuǎn)動的45mm直徑的軸降低損耗近50 W；流動損失是由冷卻風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子通風(fēng)槽引起的
，用于產(chǎn)生空氣流動來冷卻電動機(jī)
。流動損失一般占電動機(jī)總損失的20％左右。整個電動機(jī)的流體力學(xué)及傳熱學(xué)分析較復(fù)雜
，其復(fù)雜程度甚至超過航天飛機(jī)部件分析
，好的流體力學(xué)和傳熱學(xué)設(shè)計(jì)會極大提高電動機(jī)的冷卻效率并降低流動損失。
美國于本世紀(jì)初又出現(xiàn)了更高效率的所謂“超高效電動機(jī)”。一般而言，高效電動機(jī)與普通電動機(jī)相比
，損耗平均下降20%左右，而超高效電動機(jī)則比普通電動機(jī)損耗平均下降30%以上
。因?yàn)槌咝щ妱訖C(jī)的損耗較高效電機(jī)有更進(jìn)一步下降
，因此對于長期連續(xù)運(yùn)行、負(fù)荷率較高的場合
，節(jié)能效果更為明顯
。要實(shí)現(xiàn)從普通電機(jī)到超高效電機(jī)的效率提高
，除了增加硅鋼片和銅線的用量以及縮小風(fēng)扇尺寸等措施外
，還必須在新材料的應(yīng)用、電機(jī)制造工藝以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面采取措施
，以控制成本和滿足電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的限制
。國外很多企業(yè)在這些方面開展了積極的研究，并取得了一些進(jìn)展
。一般電工鋼片經(jīng)加工成鐵心壓裝入機(jī)座后
，鐵耗大幅度增加，而英國Brook Hansen公司與鋼廠合作
，應(yīng)用一新研制成功的電工鋼片
，加工成鐵心制成電機(jī)，鐵耗在加工前后變化不大
。日本東芝公司是美國高效電機(jī)和超高效電機(jī)的主要供貨商之一
。該公司聲稱由于改進(jìn)了制造工藝和采用新材料，使高效電機(jī)的成本下降了30％
，所采取的措施包括:應(yīng)用特殊的下線工具
，提高定子槽滿率，增加銅線的截面積;提高制造精度
，縮短間隙長度
，從而減小勵磁電流及其所引起的銅損;采用轉(zhuǎn)子槽絕緣工藝，降低雜散損耗;采用激光鐵心疊壓工具
，使鐵損下降
。由于銅比鋁的電阻率降低40%左右，所以如果用鑄銅轉(zhuǎn)子代替鑄鋁轉(zhuǎn)子
，電機(jī)總損耗將可顯著下降
。近年來，國際銅業(yè)協(xié)會在美國能源部的支持下
，進(jìn)行了壓力鑄銅工藝的研究
，目前已解決高溫模具的材料以及相關(guān)的壓鑄工藝問題，從而使得有可能較經(jīng)濟(jì)地批量生產(chǎn)鑄銅轉(zhuǎn)子電機(jī)。2003年6月
，德國SEW Eurodrive公司已運(yùn)用此項(xiàng)壓鑄技術(shù)成功地推出了采用鑄銅轉(zhuǎn)子的齒輪電動機(jī)系列
。意大利科技教育部組織相關(guān)機(jī)構(gòu)開展了鑄銅轉(zhuǎn)子和鑄鋁轉(zhuǎn)子的性能數(shù)據(jù)對比試驗(yàn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目由意大利LAFERT電機(jī)公司
、Thyssen Krupp鋼鐵公司和法國FAVI鑄銅公司合作進(jìn)行
。試驗(yàn)在不改變定、轉(zhuǎn)子槽形
，僅改變磁性材料和長度的情況下進(jìn)行
，所得的數(shù)據(jù)表明，采用鑄銅轉(zhuǎn)子
，可使電動機(jī)的能耗在原有基礎(chǔ)上降低15%～25%
，電機(jī)效率可提高2%～5%。但由于轉(zhuǎn)子電阻降低會引起啟動轉(zhuǎn)矩下降
，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行其他參數(shù)的調(diào)整
，以使之在提高效率的同時(shí)，滿足其他主要性能指標(biāo)
。
