2.4 三相异步电动机的铭牌数据与能效标识

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根据相关国家标准的规定，在国产三相异步电动机的壳体上，均钉有电动机铭牌。同时，在电动机的风扇护罩上，均贴有电动机的能效标识。通过铭牌和能效标识（图2-33），即可了解电动机的主要技术参数和能效等级。正确识读铭牌数据和能效标识，对于合理选择、使用电动机，具有重要意义。

图2-33 三相异步电动机的铭牌和能效标识

2.4.1 电动机的铭牌数据

在电动机的外壳上都会钉有铭牌（图2-34）。铭牌上注明该电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重新绕制定子绕组）电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下。

图2-34 电动机的铭牌

1.型号

电动机的型号用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数等主要技术参数。GB/T 4831—2016《旋转电机产品型号编制方法》对国产异步电动机产品名称代号做出了明确规定，见表2-2。

表2-2 异步电动机产品名称代号

例如，Y132M-4属于Y（异）系列三相异步电动机，其详细的型号含义如图2-35所示；YS63-1-4属于小功率分马力三相异步电动机，其详细的型号含义如图2-36所示；YX3-160L-4-W属于高效率三相异步电动机，其详细的型号含义如图2-37所示。

图2-35 三相异步电动机型号含义（Y132M-4）

图2-36 小功率分马力三相异步电动机型号含义（YS63-1-4）

图2-37 高效率三相异步电动机型号含义（YX3-160L-4-W）

2.接法

异步电动机三相定子绕组的连接方法有星形（Υ）联结和三角形（△）联结之分。在电动机出厂时，容量小于或等于3kW的电动机，通常采用星形联结；容量大于或等于4kW的电动机，通常采用三角形联结。

在电动机的接线盒内，三相定子绕组的6个端子，按照图2-38所示的方式列出。同名绕组的首端用数字1表示，末端用数字2表示。注意，同一相绕组的两个端子是错开的，并非排在同一列。

如果采用星形（Υ）联结（图2-39），则可用接线盒内自带的导电连接片（图2-39中黑色粗线条所示）将W2、U2、V2三个端子连接在一起。然后，再将U1、V1、W1三个端子分别与三相电源线L1、L2、L3连接起来。同时，将保护接地线可靠地连接在接线盒内的保护接地XE（PE）端子上。

图2-38 三相异步电动机端子的排列

图2-39 星形（Υ）联结

a）三相定子绕组的连接关系 b）接线盒内各个接线端子的连接方法

如果采用三角形（△）联结（图2-40），则可用接线盒内自带的导电连接片（图2-40中黑色粗线条所示）将W2和U1端子、U2和V1端子、V2和W1端子分别连接在一起。然后，再将U1、V1、W1三个端子分别与三相电源线L1、L2、L3连接起来。同时，将保护接地线可靠地连接在接线盒内的保护接地XE（PE）端子上。

图2-40 三角形（△）联结

a）三相定子绕组的连接关系 b）接线盒内各个接线端子的连接方法

异步电动机三相定子绕组的连接方法并不是一成不变的，用户可以根据使用要求，有意识地改变三相定子绕组的连接方法，以确保机电传动系统的正常工作。例如，在针对大容量电动机做Υ-△转换起动控制的电路中，就可以借助继电电路，在电动机起动过程中，将三相定子绕组接成星形（Υ），以利电动机顺利起动；待完成起动之后，再将三相定子绕组接成三角形（△），以利电动机输出较大转矩，正常工作。

3.额定频率

额定频率是指电动机所接的交流电源每秒钟内变化的次数，用f_N表示。我国规定标准电源频率为50Hz。

4.额定电压

电动机在额定工况下运行时定子绕组上应加的线电压的有效值，称为三相异步电动机的额定电压，用U_N表示。一般额定功率大于3kW的电动机，额定电压为380V，其绕组出厂时为△联结。额定功率≤3kW的电动机，额定电压为380/220V，绕组为Υ/△联结。其中，当电源电压为380V时，绕组应为Υ联结；电源电压为220V时，绕组应为△联结。

一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的工作电流大于额定值，从而使电动机过热。

三相异步电动机的额定电压有380V、3kV、6kV和10kV等多种。但以380V的应用最为广泛，其余几种规格只用于少数大容量的电动机。

5.额定电流

电动机在额定运行时定子绕组的线电流的有效值，称为三相异步电动机的额定电流，用I_N表示，以安培（A）为单位。例如，Υ/△ 6.73/11.64 A表示在Υ联结下，电动机的线电流的有效值为6.73A；在△联结下，电动机的线电流的有效值为11.64A。

6.额定功率与效率

额定功率是指在额定运行时电动机转子轴上所输出的机械功率，用P_N表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为单位。

电动机的效率是指电动机转子轴输出功率与电网输入电动机的有功功率的比值。电动机的效率越高，说明电动机将电能转换为机械能的比例越大，在能量转换过程中的损失越小。

笼型三相异步电动机的效率η在75%～96%之间（大功率电动机取大值）。在条件允许的情况下，应优先选用高效率的电动机。

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7.功率因数

电动机是电感性负载，定子相电流比相电压滞后一个φ角，cosφ称为功率因数。在数值上，功率因数是有功功率P与视在功率S的比值，即cosφ=P/S。

功率因数是衡量交流电气设备（如交流电动机、变压器等）效率高低的一个系数。功率因数低，说明交流电气设备用于交变磁场转换的无功功率大，增加了电能损失。因此，国家标准对交流电气设备的功率因数有一定的要求。

三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时为0.7～0.9。空载时的功率因数很低，只有0.2～0.3。在额定负载时，电动机的功率因数最高。

为提高有功功率，应尽可能使电动机工作在额定工况。为此，在实际使用中，应选择容量合适的电动机，防止出现“大马拉小车”的现象（若电动机长期处于空载或准空载状态，会导致功率因数太低）。

8.额定转速

电动机在额定工况下运行时的转速，称为电动机的额定转速，用n_N表示。异步电动机的额定转速一般略小于其同步转速n₀。如n₀=1500r/min时，n_N=1440r/min。

9.绝缘等级

绝缘等级（Insulation Level，Insulation Class）是指电动机绝缘材料能够承受的极限温度等级。绝缘等级表征电动机允许的最高工作温度。GB/T 11021—2014《电气绝缘 耐热性和表示方法》将电动机的绝缘等级分为B、F、H、N、R等多个级别（表2-3）。

表2-3 电动机的绝缘等级

以前国产电动机最常用的绝缘等级为B级。但随着电动机制造工艺水平的提高，目前最常用的绝缘等级为F级，H级也正在逐步推广中。

10.工作制

工作制（Duty）又称为工作方式，是指电动机的运转状态，即允许连续使用的时间。GB/T 755—2019《旋转电机 定额和性能》将电动机的工作制分为S1～S10共10种，常用的有S1、S2、S3三种。

（1）S1—连续工作制

按照S1—连续工作制设计、制造的电动机，在恒定负载下长时间运行时，电动机足以达到热稳定状态。

驱动通风机、水泵、纺织机械、造纸机械等负载的电动机，多采用S1—连续工作制。

（2）S2—短时工作制

短时工作制是指电动机在恒定负载下按给定的时间（有10min、30min、60min及90min四种标准）运行，该时间不足以使电动机达到热稳定状态，随即断电、停机足够长的时间，使电动机冷却到与冷却介质的温度相近（两者温差在2K以内）后，方可再次起动运行的工作制。

按照S2—短时工作制设计、制造的电动机，标注铭牌时，应在代号S2后面加上工作时限，如S2—30min、S2—90min等。

冶金行业用电动机、起重机械用电动机以及驱动水闸启闭机工作的电动机，多采用S2—短时工作制。

（3）S3—断续周期工作制

断续周期工作制是指电动机按照一系列相同的工作周期运行，每一工作周期包括一段恒定负载运行时间（工作时段，如4min）和一段断电、停机时间（停机时段，如6min）。工作时段与整个工作周期之比，称为负载持续率，用百分数表示。标准的负载持续率有15%、25%、40%及60%四种，每个工作周期规定为10min。

以S3—断续周期工作制工作的电动机，在工作时段内，不足以使电动机达到热稳定状态；在停机时段内，也不足以使电动机的温升降低到零。

按照S3—断续周期工作制设计、制造的电动机，标注铭牌时，应在代号S3后面加上负载持续率，如S3—25%、S3—60%等。

楼宇电梯的电动机、轧钢辅助机械中的电动机，多采用S3—断续周期工作制。

11.声功率级

根据GB/T 10069.1—2006《旋转电机噪声测定方法及限值 第1部分：旋转电机噪声测定方法》的规定，旋转电机的稳定运行噪声用声功率级（L_W）表示，单位为dB（A）。

声功率级（L_W）是电动机稳定运行时的声功率W与基准声功率W₀之比的以10为底的对数再乘以10，以分贝dB（A）计，即

式中 W——电动机稳定运行时的声功率，单位为皮瓦pW（10^-12W）；

W₀——基准声功率，其值为1pW（10^-12W）。

声功率级（L_W）数值越小，说明电动机稳定运行时的噪声越低。例如，某电动机的声功率级数值为L_W=78dB（A），表示该电动机的稳定运行噪声最高为78dB（A）。

12.IP防护等级

IP（International Protection）防护等级是对电气设备（额定电压≤72.5kV，包括电动机，也包括其他电器）外壳防止固体（如灰尘）、液体（如水）进入电气设备内部的特性进行的分级，用于表征电气设备防止外物进入内部的能力。

根据GB/T 4942.1—2006《旋转电机整体结构的防护等级（IP代码）——分级》的规定，电动机的IP防护等级由防护表征字母IP+两个数字+补充字母三部分组成：第1个数字表征防固体（如灰尘）能力；第2个数字表征防液体（如水）能力；补充字母表示测试状态及附加措施（图2-41）。IP防护等级的数字越大，表示其防护等级越高。

图2-41 IP防护等级的表示方法

防固体（如灰尘）能力表征数字及含义见表2-4，防液体（如水）能力表征数字及含义见表2-5。例如，国产Y系列三相异步电动机Y132M-4的防护等级为IP44，表示该电动机既能防止直径大于1.0mm的固体外物侵入电动机内部，又能防止飞溅的水浸入电动机内部。

表2-4 防固体（如灰尘）能力表征数字及含义

表2-5 防液体（如水）能力表征数字及含义

防爆电动机的外壳防护等级应不低于IP44，户外使用的电动机外壳防护等级应不低于IP54，粉尘防爆电动机的防尘式外壳防护等级应不低于IP55，尘密式电动机的外壳防护等级应不低于IP65。防护等级最高的电动机（如持续潜水电动机）为IP68。

13.冷却方法

GB/T 1993—1993《旋转电机冷却方法》规定，电动机冷却方法代号由冷却方法标志IC+冷却介质回路的布置代号+初级冷却介质代号+初级冷却介质运动的驱动方式代号+次级冷却介质代号+次级冷却介质运动的驱动方式代号组成，如图2-42所示。

图2-42 电动机冷却方法代号

其中，IC（International Cooling）是国际通用的电动机冷却方法的特征字母，冷却介质的回路布置代号含义见表2-6；初级和次级冷却介质代号含义见表2-7；初级和次级冷却介质运动的驱动方式代号含义见表2-8。

表2-6 冷却介质的回路布置代号含义（部分）

表2-7 初级和次级冷却介质代号含义（部分）

注：如果冷却介质为空气，则描述冷却介质的字母A可以省略（在实际应用中，采用的冷却介质基本上都是空气）。

表2-8 初级和次级冷却介质运动的驱动方式代号含义（部分）

注：如果冷却介质为水且驱动方式为7，则在简化标记中，数字7可以省略。

电动机冷却方法的标记有简化标记法和完整标记法两种。由于完整标记法过于烦琐，在实际应用中，多使用简化标记法。

例如，某电动机的冷却方法完整标记为IC4A1A1（简化标记为IC411），则其含义是：该电动机以空气为冷却介质，通过机壳表面进行冷却，初级和次级冷却介质均采用自循环驱动方式。简而言之，IC411就是电动机采用全封闭结构，自带风扇进行冷却（全封闭，自扇冷）。冷却方法IC411在国产三相异步电动机中的应用最多。

在机电传动系统中，电动机比较常用的冷却方法有IC411、IC511、IC416等。按照表2-9进行区分和识读更为言简意赅。

表2-9 电动机常用的冷却方法释义

14.电动机的结构型式和安装型式

GB/T 997—2008《旋转电机结构型式、安装型式及接线盒位置的分类（IM代码）》对国产三相异步电动机的结构型式和安装型式做出了明确规定。

电动机的结构型式和安装型式代号由“国际安装”（International Mounting）的缩写字母“IM”、代表“卧式安装”的“B”和代表“立式安装”的“V”连同1位或2位阿拉伯数字组成，如IM B35或IM V15等。B或V后面的阿拉伯数字代表不同的结构和安装特点。

（1）IM B3

采用IM B3安装方式（图2-43）时，电动机有底脚，D端无法兰（Flange），有一个圆柱形轴伸。电动机靠底脚安装，底脚朝下。因此，IM B3安装亦称为卧式安装。

所谓D端，是指电动机的驱动端（Drive-end of Electric Machine），亦即动力输出端。相应地，N端指电动机的非驱动端（Non-drive-end of Electric Machine）。

（2）IM B5

采用IM B5安装方式（图2-44）时，电动机无底脚，D端有法兰，有一个圆柱形轴伸。电动机靠D端法兰安装。

图2-43 IM B3安装方式

图2-44 IM B5安装方式

（3）IM B35

采用IM B35安装方式（图2-45）时，电动机有底脚，D端有法兰，有一个圆柱形轴伸。电动机既可以靠底脚安装，底脚朝下（主安装方式），又可以靠D端法兰安装（辅助安装方式）。

（4）IM V1

采用IM V1安装方式（图2-46）时，电动机无底脚，D端有法兰，有一个圆柱形轴伸。电动机靠D端法兰安装，轴伸朝下。

图2-45 IM B35安装方式

图2-46 IM V1安装方式

常见的电动机结构型式与安装型式代号及图例见表2-10。

表2-10 常见的电动机结构型式与安装型式代号及图例

除上述数据之外，电动机铭牌上还有产品商标、产品执行标准、产品生产日期、产品编号以及制造商名称等其他信息。

2.4.2 电动机的效率及提高措施

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1.高效率电动机

高效率电动机出现于20世纪70年代第一次能源危机时期。与一般电动机相比，高效率电动机的损耗下降约20%。由于能源供应的持续紧张，近年来又出现了所谓超高效率电动机，其损耗又比高效率电动机下降15%～20%。

例如，我国1982年定型并广泛生产、使用的Y系列（IP44）三相异步电动机，其效率平均值仅为87.3%，而后续开发的、2005年定型的YX3系列（IP55）高效率三相异步电动机，其效率平均值已经提高到了90.3%。目前，我国正在大力推广的、2010年定型的YE3系列（IP55）超高效率三相异步电动机，其效率平均值已经高达91.7%。

高效率电动机和超高效率电动机在效率方面具有明显的优势，但其产品型谱、功率等级划分、安装尺寸系列以及其他使用要求则与传统的电动机完全相同。因此，高效率电动机和超高效率电动机既继承了传统电动机型谱齐全、覆盖面广、使用方便的优点，又具有突出的效率优势，对于节能减排、促进环保，推动人类社会和谐、健康发展具有重要意义。

2.提高电动机效率的技术措施

当电能输入电动机后，电动机在“先将电能转换为磁能，再将磁能转换为机械能输出”的同时，在运转过程中，电动机自身还会产生一定的定子铜耗、定子铁耗、转子铜耗、通风摩擦损耗及其他杂散损耗，这些损耗会以热能的形式散发出去。

正是由于这些损耗的存在，才使得电动机的效率达不到100%。统计数据表明，各种类型的损耗所占电动机总损耗的比例如图2-47所示。

图2-47 各种类型的损耗所占电动机总损耗的比例

提高电动机运行效率的关键是最大限度地降低电动机自身的损耗，从而获得最大的机械能输出。为解决这一关键问题，高效率电动机采取了新理论、新结构、新材料、新工艺等一系列先进技术措施。

1）“以冷代热”，即以冷轧电工硅钢板制造定子和转子铁心冲片，取代热轧电工硅钢板，以降低铁耗。国外工业发达国家早已停止了热轧电工硅钢板的生产和使用，而国内电机生产企业一直是热轧片和冷轧片并存使用。生产实践表明，对于高效率电动机的生产，只有采用质量稳定、损耗较低的冷轧片，才能保证较大幅度而且稳定地降低电动机的铁耗。

2）定子绕组采用低谐波绕组，以降低铜耗和杂散损耗。基于低谐波绕组理论，采用低谐波绕组改善电动机的磁动势波形，可以降低电动机的杂散损耗和定子、转子绕组的铜耗。

3）采用先进合理的通风结构，以降低机械损耗。高效率电动机均采用锥形风罩和带锥形挡风板的风扇结构，具有优良的通风效果，可以在通风损耗和摩擦损耗很小的情况下产生足够的风量，取得良好的冷却效果，并且可以有效降低机械噪声。

4）采用先进的工艺措施，以降低电动机的杂散损耗。在采用适当的定子、转子槽配合和转子槽斜度的同时，适当调整定子、转子间的气隙值并对加工后的转子进行多项技术处理，可以有效地降低和控制杂散损耗。

高效率电动机适用于耗能量大、负载长期连续运行的设备。设备运行时间越长，节能效果越显著。高效率电动机特别适合以下几种情况：新设计、新开工项目的选用；旧电动机损坏需要大修或更新时选用；淘汰老产品实施以高效电动机的替换时选用；节能、减排、降耗技术改造时选用。

2.4.3 能效等级的划分与能效标识

1.电动机能效标准

目前，世界上已有中国、美国、欧盟、国际电工委员会（IEC）等十余个国家和地区/组织颁布了电动机能效标准，对电动机能效等级的划分做出了明确的规定。

（1）美国标准

美国1992年颁布的能源政策法令（Energy Policy Act，EPAct）规定，从1997年起，在美国生产和从国外进口到美国的电动机必须达到EPAct规定的最低效率指标（IE2高效电动机）。2002年，美国电机制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）制订了超高效率电机的能效标准，一般称为NEMA Premium（高品质、高效率之意）标准，并于2007年通过立法。NEMA Premium标准规定，美国电机行业于2010年12月17日后执行IE3超高效能效标准。

（2）欧盟标准

1999年，欧盟交通能源局与欧洲电机及电力电子制造商协会达成自愿协议（简称EU-CEMEP协议），该协议将电动机的效率分为EFF1、EFF2和EFF3三级。2005年底，欧盟开始实施EFF2级（IE1）电动机标准。从2008年8月11日起，欧盟EuP指令正式转化为欧盟成员国的技术法规。EuP指令规定，由2011年起，在欧盟范围内实施EFF1（IE2高效电动机）标准。

（3）国际电工委员会（IEC）标准

2008年，国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）的下属机构IEC/TC2颁布了IEC 60034-30《单速、三相、笼型感应电动机能效分级（IE代码）》标准。IEC 60034-30将电动机的能效等级划分为四级，即IE1（标准效率等级）、IE2（高效率等级）、IE3（超高效等级）和IE4（超超高效等级）。

（4）中国标准

我国于2002年颁布了针对中小型三相感应电动机的能效标准，并于2005年对GB18613—2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》进行了修订，规定自2011年7月1日起，中小型异步电动机实施国家二级能效标准（即IE2高效电动机）。

我国现行的国家标准GB 18613—2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》规定，自2016年9月1日起，中小型异步电动机实施新的国家二级（IE3超高效电动机）标准。

以上各种标准的对应关系见表2-11。

表2-11 各种电动机能效标准的对应关系

2.我国电动机的能效等级

为进一步促进电机制造商提高产品技术水平，提高电动机的机械效率，推动整个社会的节能减排，GB 18613—2012规定了中小型三相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。

GB 18613—2012适用于1000V以下电压、以50Hz三相交流电源供电、额定功率在0.75～375kW范围内，极数为2极、4极、6极，单速全封闭自扇冷式、N设计、连续工作制的一般用途电动机或一般用途防爆电动机。

电动机的能效限定值是指在标准规定的测试条件下，允许的电动机效率的最低值。电动机的目标能效限定值是指在GB 18613—2012实施一定年限后，允许的电动机效率的最低值。电动机的节能评价值是指在标准规定的测试条件下，满足节能认证要求的电动机效率应达到的最低值。

GB 18613—2012将国产电动机的能效等级分为三级。其中，能效等级为1级的电动机，其能效最高。各等级电动机在额定输出功率下的实测效率应不低于表2-12的规定。电动机的能效限定值在额定输出功率的效率应不低于表2-12中3级的规定。

表2-12 中小型三相异步电动机的能效等级（GB 18613—2012）

（续）

电动机的目标能效限定值在额定输出功率的效率应不低于表2-12中2级的规定。在表2-12中，输出功率在7.5～375kW的电动机的目标能效限定值在2016年9月1日开始实施；输出功率在7.5kW以下的电动机的目标能效限定值在2017年9月1日开始实施，并替代表2-12中3级的规定。

电动机的节能评价值在额定输出功率的效率均应不低于表2-12中2级的规定。

电动机的效率应按照GB/T 1032—2012《三相异步电动机试验方法》中的B法——测量输入和输出功率的损耗分析法进行测试。

图2-48 中国能效标识

3.能效标识

国家发展和改革委员会（简称国家发改委）、国家质量监督检验检疫总局（简称国家质检总局）2004年第17号令和2016年第35号令——《能源效率标识管理办法》均明确规定，新生产的电动机必须在机身上张贴中国能效标识（图2-48），以促进节能减排意识的提高，推广高效率电动机的应用，推动全社会的和谐发展。