GB/T 29326-2012 包括变速应用的能效电动机的选择——应用导则

ICS29.160

K20

中华人民共和国国家标准

/—//:

GBT293262012IECTS60034-312010

包括变速应用的能效电动机的

选择———应用导则

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Selectionofener-efficientmotorsincludinvariableseed

gygp

—

alicationsAlicationuide

ppppg

(:,)

IEC60034-312010IDT

2012-12-31发布2013-06-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—//:

GBT293262012IECTS60034-312010

目次

前言…………………………Ⅲ

引言…………………………Ⅳ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

、

3术语和定义符号…………………………1

3.1术语和定义…………………………1

3.2符号…………………1

4概述………………………1

5效率………………………3

5.1概述…………………3

5.2电动机损耗…………………………3

5.3变频器供电时电动机的附加损耗…………………4

5.4更高效率等级电动机………………4

5.5电动机损耗的变化…………………4

5.6部分负载时效率……………………5

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5.7效率测试方法………………………6

5.8功率因数……………6

5.9电动机和变频器的匹配……………7

和时电动机的额定值………………

5.1050Hz60Hz8

5.11电动机在不同电压或电压范围时的定额…………9

电动机额定运行频率不是/时……………………

5.1250Hz60Hz10

5.13变频器效率………………………10

5.14变频器的功率因数………………11

6环境………………………11

6.1起动性能……………11

6.2运行速度和转差率…………………12

6.3电源质量以及电压和频率变化的影响……………12

6.4电压不平衡的影响…………………13

6.5环境温度的影响……………………13

7应用………………………13

7.1概述…………………13

()

7.2通过速度控制的节能变速装置VSD…………13

7.3合理选择电动机的大小……………13

7.4连续定额的应用场合………………13

7.5持续轻负载运行的应用场合………………………14

7.6包含超同步速运行负载的应用场合………………14

Ⅰ

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GBT293262012IECTS60034-312010

—(、、)

7.7负载转矩随转速增加情况下的应用泵风机压缩机等……14

/

频繁起动停止和或机械制动阀的应用…………

7.8-15

7.9电机在含爆炸性气体或粉尘环境的应用场合……………………16

8经济性……………………16

8.1与用户有关…………………………16

8.2初始的购买成本……………………17

8.3运行成本……………17

8.4修理成本……………18

8.5回报时间……………18

8.6寿命周期成本………………………19

9维护………………………20

()()

附录A资料性附录超超高效率IE4………………21

参考文献……………………27

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Ⅱ

/—//:

GBT293262012IECTS60034-312010

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

与本标准中规范性引用的国际标准有一致性对应关系的我国标准如下:

————旋转电机定额和性能(:,)

GB7552008IEC60034-12004IDT

/:《:

本标准使用翻译法等同采用旋转电机第部分包括变速应用的能效

IECTS60034-31201031

电动机的选择———应用导则》。

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Ⅲ

/—//:

GBT293262012IECTS60034-312010

引言

,。

本标准提供能效电动机在恒速运行和变速运行情况下应用的导则不包括商业方面的考虑

/,。

由IECTC2制定的标准不涉及怎样获得高效率电动机但包括确定效率保证值的试验方法

IEC60034-2-1是有关这一目的的重要标准。

、、

关于输出功率最大至200kW的三相笼型感应电动机的效率分级问题在世界许多地区经过了近

,。,

15年的谈判达成了区域性一致因为这类电动机在大多数情况下是系列设计产品这类电动机的设

,,。

计常常受市场需求要求较低的成本因此能效问题就不是优先考虑的重点

,。

在标准中对单速感应电动机定义了能效分级及指定了测试程序

IEC60034-30IE

IE1标准效率

IE2高效率

IE3超高效率

IE4超超高效率

确定变频电机的效率的试验方法将包括在IEC60034-2-3中。

,

通常对额定功率在1MW及以上的电动机是专门定制的需要较高的效率已经是一个非常重要的

。。

设计目标这些电机满载效率典型值一般都在95%~98%之间效率通常也是购买合同中一项重要

,。,国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页。

指标如果不能满足保证值将受罚因此规定效率分级来要求更高的额定效率是第二重要的因素

,,“对选择和使用固定频率的中型交

在NEMA的许可下本标准的部分内容是基于NEMAMG10

流笼型多相感应电动机的能源管理导则”。

Ⅳ

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GBT293262012IECTS60034-312010

包括变速应用的能效电动机的

选择———应用导则

1范围

。、、

本标准对三相电动机能效方面的应用提供了技术层面的指导它不仅适用于电机制造商OEM

、、,。

终端用户管理机构立法机关也适用于其他感兴趣的团体

,

本标准适用于IEC60034-30所覆盖的所有电动机然而其大多数论述对输出功率超过375kW以

上的笼型感应电动机也适用。

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,()。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

:(—:

旋转电机第部分定额和性能

IEC60034-11RotatinelectricalmachinesPart1Ratinand

gg

)

performance

:、()(

旋转电机第部分单速三相笼型感应电动机能效分级代码

IEC60034-3030IERotating

—:,())

electricalmachinesPart30EfficiencclassesofsinleseedthreehasecaeinductionmotorsIE-code

ygppg

--

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、

3术语和定义符号

3.1术语和定义

、界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

IEC60034-1IEC60034-30

3.2符号

名义效率,

n%

η

额定效率,

N%

η

额定频率,

NHz

f

n额定转速,/

Nrmin

P额定输出功率,

NkW

额定转矩,

TNm

N

额定电压,

UV

N

4概述

(),。

电气传动系统不同环节中的能量节约取决于工作制类型连续工作制或断续工作制见图1

,。(,)

电动机为连续工作制运行时改善电动机的效率是有益的改善功率因数变频器同步电动机可

2。(、、、)

以降低传输电缆的IR绕组损耗机械传动方面的优化齿轮箱皮带泵风扇叶片等比提高电动机

本身的效率而获得的节能效果更显著。

,。

因为在很多场合通过管理好实际运行的负载可以得到很好的节能效果所以更应关注运行节能

,。

因此满足需求的速度控制对于节能是很有帮助的

1

/—//:

GBT293262012IECTS60034-312010

。()

通常适当的维护对节能是非常有益的许多工厂在低电压控制电路中典型的24V电源存在着

,,、。,(,)

大量能源消耗因此应该使用高效低压供电电源如果可能在长期待机状态下周末节假日应关

断电源。

电气部分机械部分应用工厂自动化能量再生

适当的定期保养

能效电动机

能效电动机齿轮箱变速驱动系统更有效的功率电源

S1

皮带,……

连续工作制

,,减少电的待机状态低

功率因数能效泵风机

修正器压缩机,……传输损耗耗能模式

S2

用更经济的元件

短时工作制

变速驱动系统更有效的功率电源再制动

,…,带变频控制

S3S10DC靠背轮联接

考虑转动惯量待机状态低

间歇工作制的软起动优化质量和流量电池

耗能模式

飞轮等

图驱动系统中不同环节的电能节省情况

1

,

图给出了能效电动机和功率驱动系统包括有电动机和电压型变频器以及带或不带电机械制动

2-

装置制动线圈的典型损耗情况概况。

,,

在断续工作制运行时能效电动机不是很节能的甚至由于惯性和起动电流的增加可能会消耗更多

。,。

的电能在这种运行情况下电动机起动时使用软起动器或变频器可降低能量损耗当运行周期包括

(、、),。

频繁再生制动阶段如提升机电梯起重机等使用能量储存是有帮助的

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、()

图能效电动机变频器和电机械制动装置的损耗与标准电动机损耗之间的关系

2-IE1

2

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5效率

5.1概述

,。

电动机的效率定义为电能转换为机械能的效率测量值用输出功率与输入功率的比值来表示

//()

效率输出功率输入功率输出功率输出功率损耗

==+

,//。

电动机通常要给出额定负载时的效率有时也提供34负载和12负载时的效率

、、,:

电动机的效率主要为负载额定功率转速的函数表示如下

)。

a效率随负载变化的函数关系是电动机的固有特性如果电动机远远偏离额定点运行时将会导

()。

致电动机的效率发生变化见图3

),。

b通常电动机的满载效率随电机的几何尺寸和输出功率的增加而增加

),,

c对相同功率的电动机一般来说转速高的电动机在额定负载时比转速低的电动机效率高但并

。,,,,

不总是这样因此这并不意味着所有的设备都必须用高速电机来驱动当需要低转速时再

,,

采用变速装置如采用滑轮或齿轮来获得所需的低速这样反而增加了系统的功率损耗从而降

,,,。

低了系统效率因此对需要低速运行的地方还不如直接用低速电动机来驱动

。:,。

笼型感应电动机效率和额定转速之间存在着明确的关系这就是低额定转速则效率就低因为

()。

滑差主要反映了转子绕组的损耗感应电机的滑差就是同步转速和运行转速之间的差值一般用转差

,:/。因此,,比高

率来表示转差率为滑差同步转速×100%N设计的笼型感应电动机的转差率小于5%

,。

转差率电机有更高的效率当应用场合允许时应优先使用

、、,()。

对泵风机压缩机类的负载使用多速电动机或变速驱动VSD可能会节省大量的电能但应该

,。,

注意相同定额的多速电动机在每一速度下的效率比单速电动机的效率稍低通常单绕组多速电动机

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比双绕组多速电动机效率高。

,。、、

当电动机连续长期运行时提供了有意义的节能空间这种应用场合如加工机械空气动力装置

泵和其他类型的工业设备。

,。,,

许多电动机是连续运行的但有些电动机全年运行时间较短如阀门电机水坝门电机工业门电

,。,,,

机消防泵和污水泵在这些场合改变电动机的效率对整个能源的降低意义不大因为总的能耗较少

并且改为高效率电动机后反而有可能降低了其他性能要求。

,。,,

电动机的效率适当增加几个点结果是电动机的损耗大大减少例如对相同输出功率如果将损

,,

耗减少20%可使原来效率为75%的电机效率提高到78.9%原来效率为85%的电机效率提高到

,。

87.6%原来效率为90%的电机效率提高到91.8%

。、

效率是随着电动机的几何尺寸大小而增加的对输出超过1MW的大型高压电动机其效率通常

在95%以上。

:,。,

注由于电动机输出功率是随着几何尺寸的平方关系而增加的与其可允许的散热条件是线性增加的关系因此

大电机有着较高的效率是必然的。

5.2电动机损耗

电动机将电能转换为机械能所产生的损耗一般描述如下:

)(,)———

a电损耗定子和转子随负载变化电流流过电动机定转子绕组产生的损耗表示为电流平

方乘绕组电阻(2)。转子损耗随转差率增加而增加。

IR

)()———,。

b铁心损耗与负载无关这些损耗主要由定子叠片产生转子低一些磁场要产生电磁转

矩所造成的磁滞损耗和涡流损耗。

)(,)———,

c机械损耗通风和摩擦损耗与负载无关机械损耗主要产生于轴承风扇和电动机的密封

。、、,

结构等这些损耗在低速电动机和防护等级为IP2XIP4XIP5X电动机中较小但是在全封

3

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、、。

闭IP6X高速电机大电机中较大

)()———,,

d附加损耗附加负载损耗铁心中附加基波和高频损耗定子绕组中循环电流产生的损耗

。。

转子导体在负载时产生的谐波损耗这些损耗假设与转矩平方成比例

,,

表列出了这些损耗分量的情况在电动机总的损耗中典型的比例分配设计和结构的因素将影响

1

其损耗大小。

、、

表三相极笼型感应电动机损耗分布

14

4极电机典型损耗分布/%影响损耗的因素

定子损耗30~50定子导体尺寸及材料

转子损耗20~25转子导体尺寸及材料

铁耗20~25磁性材料的类型和质量

附加损耗5~15主要为制造因素和设计方法

风摩耗5~10风扇和轴承的选择和设计

,,,。

一般来说增加电动机的有效材料如导电和导磁材料的类型和数量损耗将减少

5.3变频器供电时电动机的附加损耗

2

,

笼型感应电动机由变频器供电时电压和电流谐波将在定子和转子中引起附加的铁耗和绕组IR

。,。

损耗这些附加损耗的大小与负载无关随开关频率的增加而降低

,。

与正弦波供电相比由变频器供电引起的附加损耗在严重情况下可使电动机总损耗增加15%~20%

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更详细的论述见和。

IEC60034-17IEC60034-25

5.4更高效率等级电动机

(,

期待通过技术的进步能够设计和制造出与现有的低效率等级的电动机例如EN50347NEMA

)(、),。

MG1和其他地方标准的机械尺寸法兰轴中心高等相兼容效率比IE3更高的电动机这类电动机

()。

运行时通常要求有电子功率器件变频器

无励磁绕组的同步电动机转子损耗几乎为零。

()(

本标准的附录中提出了一种超超高效率等级作为一种目标电动机的效率值超超高效等

AIE4

级()电动机并未指定是哪类电动机)。

IE4

永磁电机()和磁阻()同步电动机已经开发并商品化。永磁电机通常有某种固

PMSMRSMPMSM

,。

有的磁阻转矩而RSM磁阻电机具有永久的驱动力因此可能将两者的结构混合以相互弥补

,,

由于PMSM永磁电机使用了大量的磁性材料使得其功率因数比感应电动机高因此改善了电网

。()(

和变频器的效率这类电动机要求有变频器和转子位置传感器编码器除非变频器中使用一种较低

)。

编码器的控制算法来进行工作

。(,

另外一种同步电动机设计就是组合了永磁电机和笼型电机的特点它可以在线启动直接启动永

,,)。,,

磁同步电动机LSPM这种电动机运行时不需要变频器因此它们的启动性比较差有转矩脉动和

,。,。

噪声同时受负载转矩和负载惯量的限制它们需要和实际使用工况配合不能使用在一般场合

:,。

注当本标准中所说的同步电动有更多的经验可使用时拟扩充IEC60034-30的适用范围和修改附录A

5.5电动机损耗的变化

,,

各种制造产品都会受材料和制造工艺的影响即使是相同的设计和相同的工艺生产线也不可能制

造出两个完全相同的产品。

4

/—//:

GBT293262012IECTS60034-312010

。,

对电机来说也是这样的产品会受材料的影响如定转子叠片所用的硅钢片电磁性能的改变就会

。,(),

影响到损耗的改变从而影响到电机的效率如7.5kW的电机铁耗增加10%300W~330W这是

,,()

在硅钢片允许的容差内那么电动机总的损耗就由946W增加到976W电机效率就从88.8%IE2减

小到()。

88.5%IE1

。

制造过程的局限性也会影响到效率的改变如电机零部件尺寸都有一个经济的合理的公差的限

,,,

值将这些部件装配在一起也累计了各自的公差如影响到了电机气隙的实际尺寸则会造成附加损耗

的改变而影响电机的效率。

,。

另外由于制造过程及试验程序也会造成影响

,,(

因此谈到一台给定电动机的效率也可以说是制造商定义的额定效率这个效率也可能是对同一设

)()。

计大量电动机所得的平均效率应高于或等于所要求的额定效率分级的名义效率值根据IEC60034-30

、,,

当电动机运行在额定电压额定频率时根据IEC60034-任一电动机的实际满载效率可能会低于

1

,。

额定效率但是不能低于额定效率减效率的容差这是当原材料和制造过程都是最差的情况下时应该

达到的最低水平。