汽车进入IE5节能时代

电机将电能转化为机械能来驱动零件。如今，电动马达已经无处不在，据估计，仅在欧盟就有超过80亿台电动马达在使用。它们有各种尺寸，用于家庭、办公室、工厂、医院设备和工厂设备。

据估计，它们占全球电力消耗的50%以上，随着燃料价格的上涨，节能运营已成为一个经济和环境问题。生产更节能的电机将有助于减少二氧化碳排放，帮助各国实现净零目标。

工业电机用于控制传送带、机械臂、自动导向车辆和压缩机上的扭矩和速度，以调节通过管道的空气、气体或液体的体积。

它们根据国际效率(IE)等级进行分级，每个效率等级在电机运行中产生的能量损失减少10%至20%(见下面的方框)。

IE5类是为电机变速运行而定义的。ABB电机和发电机英国销售经理理查德•吉(Richard Gee)表示，IE5电机产生的能量损失比同等的IE2电机低50%，比IE4电机低20%。

同步电动机可以使用永磁体，也可以通过磁阻产生转矩。今天，有IE5永磁(PM)电机，IE5同步磁阻电机和IE5 PM辅助同步磁阻电机可用。丹佛斯驱动智能主管诺伯特•哈尼戈夫斯基(Norbert Hanigovszki)表示，目前正在研制IE5感应(或异步)电机，但很难达到如此高的效率。

所用磁铁的类型影响电机的成本和尺寸。哈尼戈夫斯基解释说，用于永磁体的稀土材料非常稀缺，而且具有地缘政治敏感性，因为大多数稀土都是在中国开采的。铁氧体是一种较便宜的磁铁，但它较弱，导致更大的电机。

据估计，IE5电机目前在整个电机市场的份额不超过1%。普及缓慢的部分原因可能是政府不要求任何IE3以上的电机。哈尼戈夫斯基认为，这可能是由汽车制造商的地理位置决定的，丹佛斯(Danfoss)、ABB和西门子(Siemens)在欧洲，通用电气(GE)和艾伦-布拉德利(Allen-Bradley)在美国，但在中国没有制造商。

因此，IE5电机是一种区分产品的工具，但被视为一种奢侈品升级，而不是必需品。哈尼戈夫斯基建议，考虑到IE5电机必须专门制造，而且价格昂贵，而且要记住，节省的成本可能不会立即实现，因此应该考虑项目的总成本，而不仅仅是电机的初始成本。

这对于市政项目来说尤其如此，IE5电机可以节省运行成本和能源使用，用于部分负载或部分速度运行电机的大型项目，如供暖、通风和空调(HVAC)、抽水淡水和废水处理。哈尼戈夫斯基说，用于城镇供水的电力通常是最高的电费，因此任何节省都将是重大的。

电机的设计寿命至少为20年，但总成本的节省可以相对较快地实现。ABB举了一个110kW电机以1500rpm运行的例子。IE5电机和IE3电机的初始成本差异“与每年节省的能源成本相比可以忽略不计”。IE5电机包将在大约13个月后偿还成本差额。此外，它还将在其剩余的工作寿命中继续产生每年的储蓄。该公司表示，在大约10年内，减少的能源消耗将覆盖整个IE5包的初始成本。

IE5同步电机比IE3或IE3感应电机更小，因此改造为节能模式可能需要重新设计。电机之间的接线和电压平衡是相同的。

IE5同步磁阻电机与IE2感应电机尺寸相同，因此不需要进行机械改造。ABB的Gee表示:“在功能上，它的工作方式与任何感应电机相同，因此不需要考虑特定的要求，因为它可以类似地交换。”

不过，它确实需要一个变速驱动器来达到IE5的效率水平。他建议，这些包装必须是匹配的，即来自同一制造商，并且彼此兼容。

哈尼戈夫斯基说:“变速驱动器所节省的能源远远高于IE5[电机]提高的效率，因为当你根据应用程序的速度调整电机的速度时，你可以节省大量的能源。”通常情况下，从固定速度的电机，例如风扇、泵和压缩机，可以节省15%到40%。
与IE2电机相比，使用IE5电机可提供高达30°C的低绕组温度和高达15°C的低轴承温度。Gee说，这增加了可靠性，延长了电机的寿命。他补充道:“较低的轴承温度是降低寿命周期成本的一个重要因素，因为轴承故障导致约70%的计划外电机故障。”

如果电机间歇性使用或长时间部分负载使用(例如风扇和泵)，变速驱动器可以降低电机的输入电压和频率，降低转速，并导致高达30%的额外节能。

从IE1到IE5电机的相对较小的节省(约5%)可能是改装为IE5电机不受欢迎的原因之一。Hanigovszki承认:“如果只改造电机，投资回收期可能是5到8年，而从固定转速转向变速则可以在一年内看到回报。”

Gee补充说，人们也缺乏意识，特别是对这种电机在长期内可以实现的潜在节约意识。“能源成本的急剧上升也在不经意间让IE5变得更加有说服力。能源成本越高，回报时间就越快。”

比利时的Südzucker糖厂就是一个例子，它在旺季用3000吨/小时的水在工厂周围运输甜菜。然而，分析显示，最大的节能潜力来自切片机。在这里，6台旧的160kW异步电机已被ABB的134kW ie5级SynRM电机取代，并配有变速驱动器，为变电站削减了27.4%的成本，同时降低了排放。

毫无疑问，能源危机将加速IE5电机的需求。哈尼戈夫斯基说，不幸的是，除了能源危机之外，还有供应危机，电机的交货期约为6个月。供应危机可能意味着永磁电机变得不那么受欢迎，让位于同步磁阻电机。他说，混合动力发动机也可能出现。这些将使用更小的铁氧体磁体提供一个更好的功率因数比同步磁阻电机。

“如果你在电机中放入足够的磁铁，你可能会在一个最佳位置……但话又说回来，最佳点可以是很多东西。对一些人来说，价格很重要;对另一些人来说，它是功率密度，对还有一些人来说，它是效率，无论成本如何。”