2.4 三相異步電動機的銘牌數據與能效標識

二維碼2-5

根據相關國家標準的規定，在國產三相異步電動機的殼體上，均釘有電動機銘牌。同時，在電動機的風扇護罩上，均貼有電動機的能效標識。通過銘牌和能效標識（圖2-33），即可了解電動機的主要技術參數和能效等級。正確識讀銘牌數據和能效標識，對于合理選擇、使用電動機，具有重要意義。

圖2-33 三相異步電動機的銘牌和能效標識

2.4.1 電動機的銘牌數據

在電動機的外殼上都會釘有銘牌（圖2-34）。銘牌上注明該電動機的主要技術數據，是選擇、安裝、使用和修理（包括重新繞制定子繞組）電動機的重要依據，銘牌的主要內容如下。

圖2-34 電動機的銘牌

1.型號

電動機的型號用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數等主要技術參數。GB/T 4831—2016《旋轉電機產品型號編制方法》對國產異步電動機產品名稱代號做出了明確規定，見表2-2。

表2-2 異步電動機產品名稱代號

例如，Y132M-4屬于Y（異）系列三相異步電動機，其詳細的型號含義如圖2-35所示；YS63-1-4屬于小功率分馬力三相異步電動機，其詳細的型號含義如圖2-36所示；YX3-160L-4-W屬于高效率三相異步電動機，其詳細的型號含義如圖2-37所示。

圖2-35 三相異步電動機型號含義（Y132M-4）

圖2-36 小功率分馬力三相異步電動機型號含義（YS63-1-4）

圖2-37 高效率三相異步電動機型號含義（YX3-160L-4-W）

2.接法

異步電動機三相定子繞組的連接方法有星形（Υ）聯結和三角形（△）聯結之分。在電動機出廠時，容量小于或等于3kW的電動機，通常采用星形聯結；容量大于或等于4kW的電動機，通常采用三角形聯結。

在電動機的接線盒內，三相定子繞組的6個端子，按照圖2-38所示的方式列出。同名繞組的首端用數字1表示，末端用數字2表示。注意，同一相繞組的兩個端子是錯開的，并非排在同一列。

如果采用星形（Υ）聯結（圖2-39），則可用接線盒內自帶的導電連接片（圖2-39中黑色粗線條所示）將W2、U2、V2三個端子連接在一起。然后，再將U1、V1、W1三個端子分別與三相電源線L1、L2、L3連接起來。同時，將保護接地線可靠地連接在接線盒內的保護接地XE（PE）端子上。

圖2-38 三相異步電動機端子的排列

圖2-39 星形（Υ）聯結

a）三相定子繞組的連接關系 b）接線盒內各個接線端子的連接方法

如果采用三角形（△）聯結（圖2-40），則可用接線盒內自帶的導電連接片（圖2-40中黑色粗線條所示）將W2和U1端子、U2和V1端子、V2和W1端子分別連接在一起。然后，再將U1、V1、W1三個端子分別與三相電源線L1、L2、L3連接起來。同時，將保護接地線可靠地連接在接線盒內的保護接地XE（PE）端子上。

圖2-40 三角形（△）聯結

a）三相定子繞組的連接關系 b）接線盒內各個接線端子的連接方法

異步電動機三相定子繞組的連接方法并不是一成不變的，用戶可以根據使用要求，有意識地改變三相定子繞組的連接方法，以確保機電傳動系統的正常工作。例如，在針對大容量電動機做Υ-△轉換起動控制的電路中，就可以借助繼電電路，在電動機起動過程中，將三相定子繞組接成星形（Υ），以利電動機順利起動；待完成起動之后，再將三相定子繞組接成三角形（△），以利電動機輸出較大轉矩，正常工作。

3.額定頻率

額定頻率是指電動機所接的交流電源每秒鐘內變化的次數，用f_N表示。我國規定標準電源頻率為50Hz。

4.額定電壓

電動機在額定工況下運行時定子繞組上應加的線電壓的有效值，稱為三相異步電動機的額定電壓，用U_N表示。一般額定功率大于3kW的電動機，額定電壓為380V，其繞組出廠時為△聯結。額定功率≤3kW的電動機，額定電壓為380/220V，繞組為Υ/△聯結。其中，當電源電壓為380V時，繞組應為Υ聯結；電源電壓為220V時，繞組應為△聯結。

一般規定，電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的工作電流大于額定值，從而使電動機過熱。

三相異步電動機的額定電壓有380V、3kV、6kV和10kV等多種。但以380V的應用最為廣泛，其余幾種規格只用于少數大容量的電動機。

5.額定電流

電動機在額定運行時定子繞組的線電流的有效值，稱為三相異步電動機的額定電流，用I_N表示，以安培（A）為單位。例如，Υ/△ 6.73/11.64 A表示在Υ聯結下，電動機的線電流的有效值為6.73A；在△聯結下，電動機的線電流的有效值為11.64A。

6.額定功率與效率

額定功率是指在額定運行時電動機轉子軸上所輸出的機械功率，用P_N表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。

電動機的效率是指電動機轉子軸輸出功率與電網輸入電動機的有功功率的比值。電動機的效率越高，說明電動機將電能轉換為機械能的比例越大，在能量轉換過程中的損失越小。

籠型三相異步電動機的效率η在75%～96%之間（大功率電動機取大值）。在條件允許的情況下，應優先選用高效率的電動機。

二維碼2-6

7.功率因數

電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯后一個φ角，cosφ稱為功率因數。在數值上，功率因數是有功功率P與視在功率S的比值，即cosφ=P/S。

功率因數是衡量交流電氣設備（如交流電動機、變壓器等）效率高低的一個系數。功率因數低，說明交流電氣設備用于交變磁場轉換的無功功率大，增加了電能損失。因此，國家標準對交流電氣設備的功率因數有一定的要求。

三相異步電動機的功率因數較低，在額定負載時為0.7～0.9。空載時的功率因數很低，只有0.2～0.3。在額定負載時，電動機的功率因數最高。

為提高有功功率，應盡可能使電動機工作在額定工況。為此，在實際使用中，應選擇容量合適的電動機，防止出現“大馬拉小車”的現象（若電動機長期處于空載或準空載狀態，會導致功率因數太低）。

8.額定轉速

電動機在額定工況下運行時的轉速，稱為電動機的額定轉速，用n_N表示。異步電動機的額定轉速一般略小于其同步轉速n₀。如n₀=1500r/min時，n_N=1440r/min。

9.絕緣等級

絕緣等級（Insulation Level，Insulation Class）是指電動機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級。絕緣等級表征電動機允許的最高工作溫度。GB/T 11021—2014《電氣絕緣 耐熱性和表示方法》將電動機的絕緣等級分為B、F、H、N、R等多個級別（表2-3）。

表2-3 電動機的絕緣等級

以前國產電動機最常用的絕緣等級為B級。但隨著電動機制造工藝水平的提高，目前最常用的絕緣等級為F級，H級也正在逐步推廣中。

10.工作制

工作制（Duty）又稱為工作方式，是指電動機的運轉狀態，即允許連續使用的時間。GB/T 755—2019《旋轉電機 定額和性能》將電動機的工作制分為S1～S10共10種，常用的有S1、S2、S3三種。

（1）S1—連續工作制

按照S1—連續工作制設計、制造的電動機，在恒定負載下長時間運行時，電動機足以達到熱穩定狀態。

驅動通風機、水泵、紡織機械、造紙機械等負載的電動機，多采用S1—連續工作制。

（2）S2—短時工作制

短時工作制是指電動機在恒定負載下按給定的時間（有10min、30min、60min及90min四種標準）運行，該時間不足以使電動機達到熱穩定狀態，隨即斷電、停機足夠長的時間，使電動機冷卻到與冷卻介質的溫度相近（兩者溫差在2K以內）后，方可再次起動運行的工作制。

按照S2—短時工作制設計、制造的電動機，標注銘牌時，應在代號S2后面加上工作時限，如S2—30min、S2—90min等。

冶金行業用電動機、起重機械用電動機以及驅動水閘啟閉機工作的電動機，多采用S2—短時工作制。

（3）S3—斷續周期工作制

斷續周期工作制是指電動機按照一系列相同的工作周期運行，每一工作周期包括一段恒定負載運行時間（工作時段，如4min）和一段斷電、停機時間（停機時段，如6min）。工作時段與整個工作周期之比，稱為負載持續率，用百分數表示。標準的負載持續率有15%、25%、40%及60%四種，每個工作周期規定為10min。

以S3—斷續周期工作制工作的電動機，在工作時段內，不足以使電動機達到熱穩定狀態；在停機時段內，也不足以使電動機的溫升降低到零。

按照S3—斷續周期工作制設計、制造的電動機，標注銘牌時，應在代號S3后面加上負載持續率，如S3—25%、S3—60%等。

樓宇電梯的電動機、軋鋼輔助機械中的電動機，多采用S3—斷續周期工作制。

11.聲功率級

根據GB/T 10069.1—2006《旋轉電機噪聲測定方法及限值 第1部分：旋轉電機噪聲測定方法》的規定，旋轉電機的穩定運行噪聲用聲功率級（L_W）表示，單位為dB（A）。

聲功率級（L_W）是電動機穩定運行時的聲功率W與基準聲功率W₀之比的以10為底的對數再乘以10，以分貝dB（A）計，即

式中 W——電動機穩定運行時的聲功率，單位為皮瓦pW（10^-12W）；

W₀——基準聲功率，其值為1pW（10^-12W）。

聲功率級（L_W）數值越小，說明電動機穩定運行時的噪聲越低。例如，某電動機的聲功率級數值為L_W=78dB（A），表示該電動機的穩定運行噪聲最高為78dB（A）。

12.IP防護等級

IP（International Protection）防護等級是對電氣設備（額定電壓≤72.5kV，包括電動機，也包括其他電器）外殼防止固體（如灰塵）、液體（如水）進入電氣設備內部的特性進行的分級，用于表征電氣設備防止外物進入內部的能力。

根據GB/T 4942.1—2006《旋轉電機整體結構的防護等級（IP代碼）——分級》的規定，電動機的IP防護等級由防護表征字母IP+兩個數字+補充字母三部分組成：第1個數字表征防固體（如灰塵）能力；第2個數字表征防液體（如水）能力；補充字母表示測試狀態及附加措施（圖2-41）。IP防護等級的數字越大，表示其防護等級越高。

圖2-41 IP防護等級的表示方法

防固體（如灰塵）能力表征數字及含義見表2-4，防液體（如水）能力表征數字及含義見表2-5。例如，國產Y系列三相異步電動機Y132M-4的防護等級為IP44，表示該電動機既能防止直徑大于1.0mm的固體外物侵入電動機內部，又能防止飛濺的水浸入電動機內部。

表2-4 防固體（如灰塵）能力表征數字及含義

表2-5 防液體（如水）能力表征數字及含義

防爆電動機的外殼防護等級應不低于IP44，戶外使用的電動機外殼防護等級應不低于IP54，粉塵防爆電動機的防塵式外殼防護等級應不低于IP55，塵密式電動機的外殼防護等級應不低于IP65。防護等級最高的電動機（如持續潛水電動機）為IP68。

13.冷卻方法

GB/T 1993—1993《旋轉電機冷卻方法》規定，電動機冷卻方法代號由冷卻方法標志IC+冷卻介質回路的布置代號+初級冷卻介質代號+初級冷卻介質運動的驅動方式代號+次級冷卻介質代號+次級冷卻介質運動的驅動方式代號組成，如圖2-42所示。

圖2-42 電動機冷卻方法代號

其中，IC（International Cooling）是國際通用的電動機冷卻方法的特征字母，冷卻介質的回路布置代號含義見表2-6；初級和次級冷卻介質代號含義見表2-7；初級和次級冷卻介質運動的驅動方式代號含義見表2-8。

表2-6 冷卻介質的回路布置代號含義（部分）

表2-7 初級和次級冷卻介質代號含義（部分）

注：如果冷卻介質為空氣，則描述冷卻介質的字母A可以省略（在實際應用中，采用的冷卻介質基本上都是空氣）。

表2-8 初級和次級冷卻介質運動的驅動方式代號含義（部分）

注：如果冷卻介質為水且驅動方式為7，則在簡化標記中，數字7可以省略。

電動機冷卻方法的標記有簡化標記法和完整標記法兩種。由于完整標記法過于煩瑣，在實際應用中，多使用簡化標記法。

例如，某電動機的冷卻方法完整標記為IC4A1A1（簡化標記為IC411），則其含義是：該電動機以空氣為冷卻介質，通過機殼表面進行冷卻，初級和次級冷卻介質均采用自循環驅動方式。簡而言之，IC411就是電動機采用全封閉結構，自帶風扇進行冷卻（全封閉，自扇冷）。冷卻方法IC411在國產三相異步電動機中的應用最多。

在機電傳動系統中，電動機比較常用的冷卻方法有IC411、IC511、IC416等。按照表2-9進行區分和識讀更為言簡意賅。

表2-9 電動機常用的冷卻方法釋義

14.電動機的結構型式和安裝型式

GB/T 997—2008《旋轉電機結構型式、安裝型式及接線盒位置的分類（IM代碼）》對國產三相異步電動機的結構型式和安裝型式做出了明確規定。

電動機的結構型式和安裝型式代號由“國際安裝”（International Mounting）的縮寫字母“IM”、代表“臥式安裝”的“B”和代表“立式安裝”的“V”連同1位或2位阿拉伯數字組成，如IM B35或IM V15等。B或V后面的阿拉伯數字代表不同的結構和安裝特點。

（1）IM B3

采用IM B3安裝方式（圖2-43）時，電動機有底腳，D端無法蘭（Flange），有一個圓柱形軸伸。電動機靠底腳安裝，底腳朝下。因此，IM B3安裝亦稱為臥式安裝。

所謂D端，是指電動機的驅動端（Drive-end of Electric Machine），亦即動力輸出端。相應地，N端指電動機的非驅動端（Non-drive-end of Electric Machine）。

（2）IM B5

采用IM B5安裝方式（圖2-44）時，電動機無底腳，D端有法蘭，有一個圓柱形軸伸。電動機靠D端法蘭安裝。

圖2-43 IM B3安裝方式

圖2-44 IM B5安裝方式

（3）IM B35

采用IM B35安裝方式（圖2-45）時，電動機有底腳，D端有法蘭，有一個圓柱形軸伸。電動機既可以靠底腳安裝，底腳朝下（主安裝方式），又可以靠D端法蘭安裝（輔助安裝方式）。

（4）IM V1

采用IM V1安裝方式（圖2-46）時，電動機無底腳，D端有法蘭，有一個圓柱形軸伸。電動機靠D端法蘭安裝，軸伸朝下。

圖2-45 IM B35安裝方式

圖2-46 IM V1安裝方式

常見的電動機結構型式與安裝型式代號及圖例見表2-10。

表2-10 常見的電動機結構型式與安裝型式代號及圖例

除上述數據之外，電動機銘牌上還有產品商標、產品執行標準、產品生產日期、產品編號以及制造商名稱等其他信息。

2.4.2 電動機的效率及提高措施

二維碼2-7

1.高效率電動機

高效率電動機出現于20世紀70年代第一次能源危機時期。與一般電動機相比，高效率電動機的損耗下降約20%。由于能源供應的持續緊張，近年來又出現了所謂超高效率電動機，其損耗又比高效率電動機下降15%～20%。

例如，我國1982年定型并廣泛生產、使用的Y系列（IP44）三相異步電動機，其效率平均值僅為87.3%，而后續開發的、2005年定型的YX3系列（IP55）高效率三相異步電動機，其效率平均值已經提高到了90.3%。目前，我國正在大力推廣的、2010年定型的YE3系列（IP55）超高效率三相異步電動機，其效率平均值已經高達91.7%。

高效率電動機和超高效率電動機在效率方面具有明顯的優勢，但其產品型譜、功率等級劃分、安裝尺寸系列以及其他使用要求則與傳統的電動機完全相同。因此，高效率電動機和超高效率電動機既繼承了傳統電動機型譜齊全、覆蓋面廣、使用方便的優點，又具有突出的效率優勢，對于節能減排、促進環保，推動人類社會和諧、健康發展具有重要意義。

2.提高電動機效率的技術措施

當電能輸入電動機后，電動機在“先將電能轉換為磁能，再將磁能轉換為機械能輸出”的同時，在運轉過程中，電動機自身還會產生一定的定子銅耗、定子鐵耗、轉子銅耗、通風摩擦損耗及其他雜散損耗，這些損耗會以熱能的形式散發出去。

正是由于這些損耗的存在，才使得電動機的效率達不到100%。統計數據表明，各種類型的損耗所占電動機總損耗的比例如圖2-47所示。

圖2-47 各種類型的損耗所占電動機總損耗的比例

提高電動機運行效率的關鍵是最大限度地降低電動機自身的損耗，從而獲得最大的機械能輸出。為解決這一關鍵問題，高效率電動機采取了新理論、新結構、新材料、新工藝等一系列先進技術措施。

1）“以冷代熱”，即以冷軋電工硅鋼板制造定子和轉子鐵心沖片，取代熱軋電工硅鋼板，以降低鐵耗。國外工業發達國家早已停止了熱軋電工硅鋼板的生產和使用，而國內電機生產企業一直是熱軋片和冷軋片并存使用。生產實踐表明，對于高效率電動機的生產，只有采用質量穩定、損耗較低的冷軋片，才能保證較大幅度而且穩定地降低電動機的鐵耗。

2）定子繞組采用低諧波繞組，以降低銅耗和雜散損耗。基于低諧波繞組理論，采用低諧波繞組改善電動機的磁動勢波形，可以降低電動機的雜散損耗和定子、轉子繞組的銅耗。

3）采用先進合理的通風結構，以降低機械損耗。高效率電動機均采用錐形風罩和帶錐形擋風板的風扇結構，具有優良的通風效果，可以在通風損耗和摩擦損耗很小的情況下產生足夠的風量，取得良好的冷卻效果，并且可以有效降低機械噪聲。

4）采用先進的工藝措施，以降低電動機的雜散損耗。在采用適當的定子、轉子槽配合和轉子槽斜度的同時，適當調整定子、轉子間的氣隙值并對加工后的轉子進行多項技術處理，可以有效地降低和控制雜散損耗。

高效率電動機適用于耗能量大、負載長期連續運行的設備。設備運行時間越長，節能效果越顯著。高效率電動機特別適合以下幾種情況：新設計、新開工項目的選用；舊電動機損壞需要大修或更新時選用；淘汰老產品實施以高效電動機的替換時選用；節能、減排、降耗技術改造時選用。

2.4.3 能效等級的劃分與能效標識

1.電動機能效標準

目前，世界上已有中國、美國、歐盟、國際電工委員會（IEC）等十余個國家和地區/組織頒布了電動機能效標準，對電動機能效等級的劃分做出了明確的規定。

（1）美國標準

美國1992年頒布的能源政策法令（Energy Policy Act，EPAct）規定，從1997年起，在美國生產和從國外進口到美國的電動機必須達到EPAct規定的最低效率指標（IE2高效電動機）。2002年，美國電機制造商協會（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）制訂了超高效率電機的能效標準，一般稱為NEMA Premium（高品質、高效率之意）標準，并于2007年通過立法。NEMA Premium標準規定，美國電機行業于2010年12月17日后執行IE3超高效能效標準。

（2）歐盟標準

1999年，歐盟交通能源局與歐洲電機及電力電子制造商協會達成自愿協議（簡稱EU-CEMEP協議），該協議將電動機的效率分為EFF1、EFF2和EFF3三級。2005年底，歐盟開始實施EFF2級（IE1）電動機標準。從2008年8月11日起，歐盟EuP指令正式轉化為歐盟成員國的技術法規。EuP指令規定，由2011年起，在歐盟范圍內實施EFF1（IE2高效電動機）標準。

（3）國際電工委員會（IEC）標準

2008年，國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）的下屬機構IEC/TC2頒布了IEC 60034-30《單速、三相、籠型感應電動機能效分級（IE代碼）》標準。IEC 60034-30將電動機的能效等級劃分為四級，即IE1（標準效率等級）、IE2（高效率等級）、IE3（超高效等級）和IE4（超超高效等級）。

（4）中國標準

我國于2002年頒布了針對中小型三相感應電動機的能效標準，并于2005年對GB18613—2006《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》進行了修訂，規定自2011年7月1日起，中小型異步電動機實施國家二級能效標準（即IE2高效電動機）。

我國現行的國家標準GB 18613—2012《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》規定，自2016年9月1日起，中小型異步電動機實施新的國家二級（IE3超高效電動機）標準。

以上各種標準的對應關系見表2-11。

表2-11 各種電動機能效標準的對應關系

2.我國電動機的能效等級

為進一步促進電機制造商提高產品技術水平，提高電動機的機械效率，推動整個社會的節能減排，GB 18613—2012規定了中小型三相異步電動機的能效等級、能效限定值、目標能效限定值、節能評價值和試驗方法。

GB 18613—2012適用于1000V以下電壓、以50Hz三相交流電源供電、額定功率在0.75～375kW范圍內，極數為2極、4極、6極，單速全封閉自扇冷式、N設計、連續工作制的一般用途電動機或一般用途防爆電動機。

電動機的能效限定值是指在標準規定的測試條件下，允許的電動機效率的最低值。電動機的目標能效限定值是指在GB 18613—2012實施一定年限后，允許的電動機效率的最低值。電動機的節能評價值是指在標準規定的測試條件下，滿足節能認證要求的電動機效率應達到的最低值。

GB 18613—2012將國產電動機的能效等級分為三級。其中，能效等級為1級的電動機，其能效最高。各等級電動機在額定輸出功率下的實測效率應不低于表2-12的規定。電動機的能效限定值在額定輸出功率的效率應不低于表2-12中3級的規定。

表2-12 中小型三相異步電動機的能效等級（GB 18613—2012）

（續）

電動機的目標能效限定值在額定輸出功率的效率應不低于表2-12中2級的規定。在表2-12中，輸出功率在7.5～375kW的電動機的目標能效限定值在2016年9月1日開始實施；輸出功率在7.5kW以下的電動機的目標能效限定值在2017年9月1日開始實施，并替代表2-12中3級的規定。

電動機的節能評價值在額定輸出功率的效率均應不低于表2-12中2級的規定。

電動機的效率應按照GB/T 1032—2012《三相異步電動機試驗方法》中的B法——測量輸入和輸出功率的損耗分析法進行測試。

圖2-48 中國能效標識

3.能效標識

國家發展和改革委員會（簡稱國家發改委）、國家質量監督檢驗檢疫總局（簡稱國家質檢總局）2004年第17號令和2016年第35號令——《能源效率標識管理辦法》均明確規定，新生產的電動機必須在機身上張貼中國能效標識（圖2-48），以促進節能減排意識的提高，推廣高效率電動機的應用，推動全社會的和諧發展。