小功率电机能效分级的研究

程 磊 张传甲

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

小功率电机是我国特有的电机类别，国际上的电机标准很少关注小功率部分，一般国际标准特别是能效类标准对电机功率的要求最低是750 W，然而750 W 以下电机在家用电器中的应用是十分广泛的，其耗电量及对环境的影响也不容忽视，因此对小功率电机能效分级的研究很有必要。

近年来，国家政策层面上对产品绿色设计、制造，节能减排的要求逐步提高，电机作为传统的工业产品，其要求也在逐步提升，加之环保政策的逐步紧逼，一些落后产能及能效的产品亟待淘汰，行业面临洗牌。在这种形势下，大、中小型电机均在不断推出新的产品系列、提升能效指标来响应政策要求，因此目前亟需制定完善的小功率电机的能效考核指标体系，来适应时代发展的需要。

1 小功率电动机能效标准现状

GB 25958-2010[1]《小功率电动机能效限定值及能效等级》规定了小功率异步电动机的能效等级、能效限定值、目标能效限定值、节能评价值和试验方法。它适用于690 V 及以下的电压和50 Hz交流电源供电的小功率三相异步电动机（10～2 200 W）、电容运转异步电动机（10～2 200 W）、电容起动异步电动机（120～3 700 W）、双值电容异步电动机（250～3 000 W）等一般用途电动机,以及房间空调器风扇电动机（6～550 W）。

小功率电机能效标准GB 25958-2010 已实施九年，但一直未纳入强制能效标签体系，究其原因一是小功率电机产品类别广泛复杂难以归类，二是指标方面近十几年一直未提高要求，特别是YS、YL 等工业系列电机，对行业的规范作用略显薄弱，因此确定新的小功率电机能效指标意义重大。

2 小功率电机行业标准的能效要求

国内的单相异步电动机属于成熟产品，执行统一的设计标准，目前执行以下四项行业标准：JB/T 1010-2017[2]《YU系列电阻起动异步电动机 技术条件》、JB/T 1011-2017[3]《YC系列电容起动异步电动机 技术条件》、JB/T 1012-2017[4]《YY系列电容运转异步电动机 技术条件》和JB/T 9542-2015[5]《双值电容异步电动机通用技术条件》。国内空调器风扇类电动机目前执行以下两个行业标准：JB/T 4270-2013[6]《房间空调器风扇用电容运转异步电动机 技术条件》和JB/T 11703-2013[7]《空气调节器风扇用无刷直流电动机 技术条件》。除JB/T 9542外，其他几个行业标准均已经加入了能效分级的要求，而JB/T 9542标准2019年也在修订中，将会增加能效分级要求，五个行业标准均是以上一版本标准的效率指标作为3级能效指标，1、2级指标在下一级指标的基础上损耗下降15 %得到。由于电阻起动异步电动机所占的市场份额非常少，原GB 25958-2010未考虑此种类型的电机产品。

3 小功率电机能效指标的分析及建议

小功率电机中的电阻起动异步电动机所占的市场份额非常少，因此新的能效考核指标体系可以不用考虑此类电机，企业生产参照推荐性行业标准即可。电容起动异步电动机、电容运转异步电动机和双值电容异步电动机这3类产品应该结合目前实际和IEC标准[8]的效率指标，采用对比分析，确定合理的效率考核指标。在国家的强制标准中一直没有对无刷直流电机的能效提出要求，因此合理制定其能效指标并纳入新的考核体系非常有意义。

3.1 电容起动异步电动机

电容起动异步电动机主要应用于需求起动力矩较大的场合，电机本体结构所限运转时不带电容，效率很难提升，行业标准中也认为此类电机效率指标达到IE1标准能效是比较困难的，因此电容起动异步电动机的效率考核指标按照行业推荐标准中的要求即可。

3.2 电容运转异步电动机

对于电容运转异步电动机，对比行业标准3级能效指标与IE1指标，见图1、图2、图3 。

图1、图2和图3中数据标记类型为实心方形的是IEC标准中IE1对应2、4、6极的指标，数据标记类型为实心三角形的是行业标准中3级能效对应2、4、6极的指标，从图中可以看出，高功率段IEC指标普遍高于行业指标，在低功率段行业标准指标较高，一小部分指标两者接近或相同。在电机能效指标的选取上一般采用就高不就低的原则，因此电容运转电动机应该以IE1指标为主，将低功率段行业指标作为标准指标，形成新的指标体系。120 W以下的电容运转异步电动机由于其企业生产数量较少，可以不考虑纳入新的能效考核体系中。

图1 2极电机效率指标对比

3.3 双值电容异步电动机

对于双值电容异步电动机，对比行业标准3级能效指标与IE1指标，见图4、图5 。其中，行业标准JB/T 9542中规定最低功率为250 W。

图4和图5中数据标记类型为实心方形的是IEC标准中IE1对应2、4极的指标，数据标记类型为实心三角形的是行业标准中3级能效对应2、4极的指标，从图中可以看出， IEC指标普遍高于行业标准指标，在低功率段个别行业标准指标高出IEC指标，另外也有一小部分重合指标。因此对于双值电容异步电动机，也应该以IE1指标为主，将低功率段个别指标作为标准指标，形成新的指标体系。

3.4 空调器风扇用电动机

目前空调器风扇用电动机主要有两种类型，电容类电机和无刷直流电动机，标准GB 25958-2010中仅考虑了电容类电机，随着电机技术的发展，无刷直流电动机的市场份额正逐年增多，因此新的能效考核体系增加这一类产品的能效要求十分必要。

JB/T 4270-2013《房间空调器风扇用电容运转异步电动机 技术条件》和JB/T 11703-2013 《空气调节器风扇用无刷直流电动机 技术条件》这两个行业标准已于2013年发布，具备一定的行业基础，因此里面的效率指标数据可以纳入到新的能效考核体系中，考虑到空调类电机产品规格型号丰富且大小功率的电机均有一定的市场份额，新的能效考核体系可以将标准功率范围定为10～1 100 W。

由于小功率电动机效率偏低，效率容差如执行GB /T 755[9]，则可能出现效率容差计算值超10 %的情况（GB/T 755规定最低为-0.07），因此对于小功率电机部分，效率容差可以考虑执行GB/T 5171.1[10]（最大-0.04）。按行业标准JB/T 4270考核效率指标时，计算结果考虑容差后可能会出现同时满足两个效率等级的情况，所以建议新的能效考核体系中效率指标在原行业标准的基础上做些调整，建议2级能效指标为3级指标加4 %（最大容差），建议1级能效指标为2级指标加4 %。调整前后的2级指标对比情况如表1所示。

图2 4极电机效率指标对比

图3 6极电机效率指标对比

空调器风扇用无刷直流电动机建议在行业标准的基础上，将优先功率值列表出来，效率指标采用插值法确定。

4 小功率电机的能效试验方法

对于小功率电动机部分，由于输出功率普遍不高，效率测试方法可以按照GB/T 5171.21[11]中的直接法进行，但是由于小功率电机的特殊性，需要对空调类电动机和无刷直流电动机的测试作出明确的规定才能在实践中方便操作，因此建议如下：

图5 4极电机效率指标对比

表1 空调电容电机效率指标对比

1）对于空调类电动机，由于行业的原因，电动机可能应用于多个转速场合，效率测试时统一为按标称的最高转速点进行。

2）对于无刷直流电动机，由于带有控制器，实际产品可能有几种类型，一是电机与控制器分离，二是驱动电路与电动机集成为一体，三是交流输入的无刷直流电动机。针对此种情况，测试方法应当统一为当驱动电路与电机无法分离时，按整体考核效率。

5 小结

科学的能效指标体系既需要考虑我国的实际国情，又需要兼备与IEC 标准指标的统一性。新的小功率电机能效标准如果能够正式实施并且纳入到强制能效标签体系，那么必将会引起新一轮的行业洗牌，淘汰掉一部分落后的能效产品。将新的小功率电机能效分级应用到实践中也必然会鼓励高效小功率电机企业进行创新提升，同时对整个小功率电机行业的良性发展起到促进作用。