《電氣傳動系統(tǒng)能耗監(jiān)測及能效評定》

ICSXXXX

CCSXXX

團體標(biāo)準(zhǔn)

2022-013T-CIECCPA

電氣傳動系統(tǒng)能耗監(jiān)測及能效評定

Energylossmonitoringandenergyefficiencyevaluationfor

electricdrivesystem

（征求意見稿）

20XX-0X-0X發(fā)布20XX-0X-0X實施

中國工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會發(fā)布

電氣傳動系統(tǒng)能耗監(jiān)測及能效評定

1范圍

本文件規(guī)定了電氣傳動系統(tǒng)能耗監(jiān)測的原則、范圍與內(nèi)容、基本結(jié)構(gòu)和組成、技術(shù)要求等，規(guī)定了

電氣傳動系統(tǒng)的能耗確定方法、能效限定值、能效等級分級方法及試驗方法。

本文件適用于額定輸入電壓不超過1kV，輸出電壓不超過1kV,額定功率1000kW以下的電氣傳動系統(tǒng)。

所有提供的參考數(shù)據(jù)均來自帶感應(yīng)電機的電氣傳動系統(tǒng)。它可用于所有帶其它類型電機的電氣傳動

系統(tǒng)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T755-2019旋轉(zhuǎn)電機定額和性能(IEC60034-1：2017，IDT)

GB/T12668.901-2021調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第9-1部分：電氣傳動系統(tǒng)、電機起動器、電力電子設(shè)備

及其傳動應(yīng)用的生態(tài)設(shè)計采用擴展產(chǎn)品法（EPA）和半解析模型（SAM）制定氣傳動設(shè)備能效標(biāo)準(zhǔn)的一

般要求（IEC61800-9-1:2017,IDT）

GB/T12668.902-2021調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第9-2部分：電氣傳動系統(tǒng)、電機起動器、力電子設(shè)備

及其傳動應(yīng)用的生態(tài)設(shè)計電氣傳動系統(tǒng)和電機起動器的能效指標(biāo)（IEC61800-9-2:2017,IDT）

GB18613-2020電動機能效限定值及能效等級

GB/T25442—2018旋轉(zhuǎn)電機（牽引電機除外）確定損耗和效率的試驗方法（IEC60034-2-1：2014，

IDT）

GB/T32877—2016變頻器供電交流感應(yīng)電動機確定損耗和效率的特定試驗方法（IECTS

60034-2-3：2013，IDT）

GB/T32891.1—2016旋轉(zhuǎn)電機效率分級（IE代碼）第1部分：電網(wǎng)供電的交流電動機(IEC

60034-30-1：2014，IDT)

NB/T10463—2020變頻調(diào)速設(shè)備的能效限定值及能效等級

IEC60947-4-1低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4-1部分：接觸器和電動機起動器機電式接觸器和電

動機起動器

3術(shù)語、定義、符號和縮略語

3.1術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1.1成套傳動模塊completedrivemodule;drive;drivecontroller；CDM

由連接在電源和電機之間的電力電子變流器以及保護裝置、變壓器和輔件等其它部件組成的傳動模

塊。

3.1.2被傳動設(shè)備drivenequipment

通過機械方式連接至電機軸的設(shè)備。

1

3.1.3擴展產(chǎn)品extendedproduct；EP

被傳動設(shè)備及其連接的電機系統(tǒng)（例如，電氣傳動系統(tǒng)）。見圖1

圖1含電機系統(tǒng)的擴展產(chǎn)品示意圖

3.1.4電機系統(tǒng)motorsystem

電氣傳動系統(tǒng)（PDS），或者根據(jù)IEC60947-4-1通過電機起動器連接至電網(wǎng)的電機構(gòu)成的系統(tǒng)。

3.1.5電氣傳動系統(tǒng)powerdrivesystem;PDS

由成套傳動模塊（CDM）和電機組成的系統(tǒng)。

3.1.6參考成套傳動模塊referencecompletedrivemodule;RCDM

通過數(shù)學(xué)計算式和/或損耗定義的成套傳動模塊（CDM）。

注：作為確定其它成套傳動模塊（CDM）能效等級的基礎(chǔ)。

3.1.7參考電機referencemotor；RM

通過數(shù)學(xué)計算式和/或損耗定義的電機。

注：作為與其它電機比較的基礎(chǔ)。

3.1.8參考電氣傳動系統(tǒng)referencepowerdrivesystem;RPDS

參考電機（RM）和參考成套傳動模塊（RCDM）的組合。

3.1.9系統(tǒng)能效等級SystemEnergyEfficiencyGrade;SEEG

電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的效率分級

3.1.10能耗Energyloss;EL

維持電氣傳動系統(tǒng)在某工作點正常運行所必需消耗功率的總和。

3.1.11能耗監(jiān)測Energylossmonitoring;ELM

2

使用測量設(shè)備，對電氣傳動系統(tǒng)消耗的功率進行連續(xù)或周期性的測量，對測量數(shù)據(jù)進行自動采集、

處理、存儲、傳輸和展示的過程。

3.2符號和縮略語

下列符號和縮略語適用于本文件

3.2.1Pr,M

電機的額定功率。

注：在IEC60034（所有）部分相對于電機而言，電機的額定功率為PN。

3.2.2PL

電氣損耗。

注：在PL,CDM、PL,Mot、PL,PDS和PL,Aux，下標(biāo)CDM指的是成套傳動模塊；Mot指的是電機，PDS指的是電氣傳動系統(tǒng)，Aux指的

是如電纜、變壓器或濾波器等輔助裝置。

4參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）

4.1一般要求

參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）由參考成套傳動模塊（RCDM）和參考電機（RM）組成，用于比較相對于

平均技術(shù)水平的電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的能耗。

參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）的定義是通用的，不依賴于某個特定的產(chǎn)品或特定制造商。

該定義允許：

設(shè)置用于分級的限值；

比照參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）對實際電氣傳動系統(tǒng)（PDS）進行分級；

參考GB/T32891.2對變流器供電的電機進行分級；

使用GB/T32891.1對電網(wǎng)供電的電機進行分級；

將評估限制在幾個適當(dāng)?shù)臏y量或計算的負載點；

確定不同傳動應(yīng)用下的能耗。

4.2參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）的參考工作點及對應(yīng)的損耗

所有被傳動設(shè)備可由設(shè)備/應(yīng)用所需的功率描述。在任何工作點，所需的功率是該點力矩和速度的

乘積。電機系統(tǒng)的每個工作點都有對應(yīng)的損耗。

電機系統(tǒng)可能工作的工作點（力矩，速度）的集合是無限的。理論上，有必要知道每個點產(chǎn)生的損

耗的值。然而，在實踐中，知道有限（8個）特定工作點的損耗就足夠了，參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）

的八個工作點見圖2。

通常情況下，以機械輸出功率的百分比形式給出速度大于零的工作點的損耗，或者，將額定效率（η）

定義為額定輸出機械功率與額定輸入電功率（包含損耗）之比。

3

本文件使用與電氣傳動系統(tǒng)（PDS）標(biāo)稱輸出功率有關(guān)的相對損耗（p，用百分數(shù)表示），而不是使

用效率。這樣做是為了保證施加靜止力矩的通用性。

)

%

(

矩pL,RPDS(0,100)pL,RPDS(50,100)pL,RPDS(100,100)

力100

對

相

S

D

P

R

pL,RPDS(0,50)pL,RPDS(50,50)pL,RPDS(100,50)

50

pL,RPDS(0,25)pL,RPDS(50,25)

25

50100

RPDS相對速度(%)

圖2確定RPDS相對損耗的工作點（軸速度，力矩）的示意圖

5能效等級

5.1一般要求

評估現(xiàn)有電氣傳動系統(tǒng)（PDS）符合能效等級的依據(jù)為參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）的損耗或效率。

5.2電機

由成套傳動模塊（CDM）傳動的電機的能效等級在GB18613-2020中定義。

5.3電氣傳動系統(tǒng)（PDS）

電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的能效等級根據(jù)參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）損耗定義。電氣傳動系統(tǒng)（PDS）

的2級能效等級由參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）的損耗水平定義。

如果電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的相對損耗與表1中的規(guī)定值相差不超過±20%，應(yīng)將其歸類為2級能效。

如果電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的相對損耗比表1中的規(guī)定值高20%以上，應(yīng)將其歸類為3級能效。

如果電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的相對損耗比表1中的規(guī)定值低20%以上，應(yīng)將其歸類為1級能效。

這些定義如圖3所示：

4

圖3PDS的能效等級示意圖

參考電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）損耗見表1：

表12級能效定義的RPDS的損耗

Pr,MPr,M的pL,RPDS(100,100)PL,RPDS(100,100)

kW%kW

0.12171.410.206

0.18127.380.229

0.25102.320.256

0.3779.670.295

0.5561.430.338

0.7551.700.388

1.143.980.484

1.539.060.586

2.234.550.760

331.590.948

429.101.16

5.526.551.46

7.524.061.80

1121.652.38

1519.942.99

18.518.853.49

2218.053.97

3016.865.06

3716.195.99

4515.446.95

5514.778.13

7513.9110.4

9013.6312.3

11013.1514.5

13212.8016.9

16012.4519.9

20012.0924.2

25012.0630.1

31512.0538.0

35512.0542.8

40012.0448.2

50012.0360.2

56012.0467.4

63012.0375.8

71012.0385.4

80012.0496.3

90012.04108

100012.04120

如果電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的額定功率處于表1中的兩個值之間，應(yīng)使用下一個更高功率等級的參考

電氣傳動系統(tǒng)（RPDS）的相對損耗值PL,RPDS(100,100)確定系統(tǒng)能效等級。

6能耗確定

6.1一般要求

5

本章的目的是定義型式試驗，這些試驗應(yīng)在電氣傳動系統(tǒng)（PDS）上進行，以驗證電氣傳動系統(tǒng)（PDS）

的能效分級。與此同時，定義了對于電氣傳動系統(tǒng)（PDS）在非滿載條件下的能耗的確定步驟。

6.2輸入-輸出測量方法

6.2.1電氣傳動系統(tǒng)（PDS）能耗的輸入-輸出測量方法

電氣傳動系統(tǒng)（PDS）損耗的輸入-輸出確定方法是基于電氣傳動系統(tǒng)（PDS）輸入側(cè)的電功率測量

及輸出側(cè)的機械功率測量。測量布置如圖4所示。電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的損耗應(yīng)使用式(1)確定：

(1)

PL,PDS,determinedPin,PDSPout,PDS................................................................

輸入功率Pin,PDS是基于功率分析儀測量的輸入電壓Uin和輸入電流Iin確定的。輸出功率Pout,PDS是基于

測量的電機力矩和速度確定的。該方法的精度受限于測量設(shè)備的精度。

數(shù)據(jù)采集

轉(zhuǎn)矩和速度

Uin

電源IinCDM電機負載

圖4PDS損耗的輸入-輸出測量布置圖

6.2.2輸入-輸出測量方法的要求

6.2.2.1一般要求

當(dāng)電氣傳動系統(tǒng)（PDS）帶載測試時，對于每個負載點，應(yīng)在一段時間內(nèi)（至少幾個波動周期，通

常為1min～3min）進行多次測量，且每次測量時應(yīng)同步采樣各個測試數(shù)據(jù)，應(yīng)采用多次測量結(jié)果的平

均值確定損耗。

考慮到系統(tǒng)中含有諧波，測量設(shè)備應(yīng)根據(jù)相關(guān)頻率的范圍選擇，并具有足夠的精度。

6.2.2.2功率分析儀和傳感器

用于測量輸入或輸出功率和電流的儀器設(shè)備應(yīng)符合GB/T25442—2018的要求。

功率計的設(shè)備制造商標(biāo)稱的不確定度，應(yīng)是對50Hz/60Hz時的總有功功率而言的，且應(yīng)是視在功率

Sequ的0.2%或更好的值。這是功率計（包括可能的傳感器）的總不確定度。

功率計和傳感器的帶寬應(yīng)足夠?qū)?，不宜小?MHz，以保證總有功功率的誤差小于或等于視在功率

Sequ的0.3%。首選將電流和電壓直接接入到功率分析儀。如果需要外部的電流傳感器，可使用互感器，

寬帶寬分流器或零磁通傳感器。

注1：當(dāng)直流分量存在時，互感器不適用。

注2：與工作在額定頻率的情況相比，互感器在較低頻率工作時具有更高的不確定度和/或幅值限制。

所有用于傳輸測量信號的電纜應(yīng)仔細安裝，如果可能應(yīng)使用屏蔽電纜。

6

6.2.2.3電機的機械輸出

測量電機輸出力矩和速度的儀器應(yīng)滿足GB/T25442—2018的要求。

6.2.2.4基于輸入-輸出法的電氣傳動系統(tǒng)（PDS）損耗確定

下面的測量過程確定電氣傳動系統(tǒng)（PDS）在8個要求的負載點的損耗。

該過程首先從電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的預(yù)熱運行開始，需要在額定速度和負載條件下獲得穩(wěn)定的溫

度。測試過程包括三個在更低速度和力矩下的后續(xù)運行階段。所需的測量順序如圖5所示（參見方括號

內(nèi)的數(shù)字）。

)

%

(

矩?pL,PDS(0,100)?pL,PDS(50,100)?pL,PDS(100,100)

力100

對[2][1]

相[3]

S

D

P

?pL,PDS(0,50)?pL,PDS(50,50)?pL,PDS(100,50)

50

[6][5][4]

?pL,PDS(0,25)?pL,PDS(50,25)

25

[8][7]

50100

PDS相對速度(%)

圖5PDS從[1]到[8]的測量順序

首先，電氣傳動系統(tǒng)（PDS）運行在額定速度和力矩下[1]，直到電機達到溫升穩(wěn)定（定義為直接在

電機定子外殼表面（不在散熱片頂部，不在接線盒處）測量的外部電機溫度減去環(huán)境空氣溫度）。當(dāng)溫

升速率小于1?K/30?min時，認為達到了熱穩(wěn)定。由于較短的時間常數(shù)，可假定，與電機相關(guān)的電力電子

設(shè)備此時也達到了熱穩(wěn)定。

當(dāng)達到熱穩(wěn)定時，應(yīng)測量和記錄電源電壓、輸入電流、輸入功率、輸入功率因數(shù)、軸力矩和軸速度。

在完成第一個工作點[1]測量后，應(yīng)立即按順序逐個測量所有其它的工作點，取波動數(shù)據(jù)的平均值，

所有在第一個負載點要求的數(shù)據(jù)，在每個負載點也應(yīng)記錄。

不改變力矩設(shè)置，測量在額定速度的50%[2]和在0%[3]下的工作點。

電機力矩應(yīng)減少到其額定值的50%，在額定速度的100%[4]、50%[5]和0%[6]進行測量。

最后，在額定速度的50%[7]和0%[8]測量時，降低電機力矩應(yīng)到其額定值的25%。

在某些情況下，測試完一個頻率下的所有工作點后再測試下一個頻率下的所有工作點，試驗可能更

方便。因此，允許改變測試點的順序為[1]-[4]-[2]-[5]-[7]-[3]-[6]-[8]。

當(dāng)供電頻率是零或非常接近于零時，由于電機呈現(xiàn)不均勻的電流分布，因此電機線圈的發(fā)熱不均勻，

可用最高不超過12Hz的定子頻率對應(yīng)的速度點代替零速度點測量電氣傳動系統(tǒng)（PDS）的損耗。這些損

耗應(yīng)無需進一步外推，作為在[3]、[6]和[8]負載點的損耗使用。

6.3負載要求

7

使用兩臺電動機組成對拖機組，作為系統(tǒng)能效測試的負載；也可使用電子負載作為系統(tǒng)能效測試的

負載。在被測系統(tǒng)的輸出端可串接阻抗為1%的電抗器。能效測試的負載應(yīng)保證系統(tǒng)輸出基波電流的總諧

波失真（totalharmonicdistortion，THD）小于或等于5%。電子負載的說明見附錄A。

7能耗監(jiān)測

7.1范圍

電氣傳動系統(tǒng)電能接入、轉(zhuǎn)換及輸出的整個過程。

7.2基本組成

能耗監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)應(yīng)用三部分組成。

數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)展現(xiàn)系統(tǒng)改進異常告警

數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)接入

自動采集

數(shù)據(jù)接入

測量設(shè)備現(xiàn)場儀表其他信息化系統(tǒng)

圖6能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

7.3數(shù)據(jù)接入

7.3.1數(shù)據(jù)類型

包括電氣傳動設(shè)備電能輸入量及系統(tǒng)實際運行參數(shù)。

7.3.2數(shù)據(jù)采集

通過測量設(shè)備、現(xiàn)場監(jiān)測儀表及其他自動化信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，采集參數(shù)包括但不限于電壓、

電流、功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，滿足系統(tǒng)或部件能耗監(jiān)測的需求。

采集設(shè)備與傳感器的距離不應(yīng)過遠，如有可能應(yīng)對線纜進行屏蔽，外部傳感器可使用霍爾零磁通型

傳感器。

7.3.2.1采集周期

8

滿足數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的具體要求，并可根據(jù)要求進行采集周期的設(shè)置，應(yīng)使用自動采集裝置，在一

段時間內(nèi)（1min～3min內(nèi)）多次采集數(shù)據(jù)，采集周期可設(shè)置為1s/次。

7.4數(shù)據(jù)管理

7.4.1.1數(shù)據(jù)傳輸

采集設(shè)備（如功率計等）通過和上位機通訊，將設(shè)備傳輸?shù)缴衔粰C。采用以大網(wǎng)接口傳輸時，應(yīng)選

用超五類或六類工業(yè)屏蔽雙絞線，傳輸速率宜優(yōu)先選用100/1000Mbit/s。線纜長度不超過100m，距離超

過100m時需要改用光纖。

7.4.1.2數(shù)據(jù)存儲

采集設(shè)備應(yīng)提供可靠的數(shù)據(jù)存儲與備份手段并可以方便導(dǎo)出，配置專用數(shù)據(jù)存儲空間。歷史數(shù)據(jù)存

儲時間應(yīng)支持一定存儲周期的需要。上位機可定期從采集設(shè)備存儲空間中讀取儲存的數(shù)據(jù)，也可與采集

設(shè)備建立通訊，通過控制軟件實時采集傳感器信息，將信息存儲在上位機上。

7.4.1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的目的是能夠提取需要的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行格式化處理，通過數(shù)據(jù)運算得出系統(tǒng)能效值。

因?qū)ο到y(tǒng)的監(jiān)測需要采集大量數(shù)據(jù)，應(yīng)通過使用自動處理程序進行自動處理。

7.5數(shù)據(jù)應(yīng)用

7.5.1.1數(shù)據(jù)展現(xiàn)

根據(jù)用戶需求，設(shè)定數(shù)據(jù)展現(xiàn)的內(nèi)容、形式和更新頻率。

內(nèi)容展現(xiàn)：包括顯示的采集參數(shù)、PDS系統(tǒng)實時（或年、月、日）能效值、CDM實時（或年、月、日）

能效值、能效等級、超限報警等。

展現(xiàn)形式：可采用表格、圖表、趨勢圖、數(shù)據(jù)大屏等方式展現(xiàn)。

更新頻率：展示的更新頻率不應(yīng)低于數(shù)據(jù)采集頻率，一般更新頻率不低于1s/次。

7.5.1.2系統(tǒng)改進

基于能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算電氣傳動系統(tǒng)的能效，通過對不同工況、不同時間段的能效數(shù)據(jù)分析，為

用戶的系統(tǒng)評估提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。

7.5.1.3異常告警

設(shè)定告警值，當(dāng)監(jiān)測到PDS系統(tǒng)能效值超過設(shè)定的門限值時，提醒用戶需要注意并采取相關(guān)措施。

9

A