导语：电力、工业和交通三大行业是“碳排放”主要的来源，中国要达成“碳达峰”、“碳中和”的任务目标，必须要优化产业布局、改善能源结构。而在工业领域，亟需实现提高工业化程度带来的产业结构变化、落后产能的淘汰和工序设备的优化，以逐步降低能源强度。为此，今年6 月1 日起，将正式实施中国最新版强制性国家标准GB 18613—2020《电动机能效限定值及能效等级》，全面升级电机能效等级，这也将带动电机整体设计和传控技术的新一轮发展。       

能效等级全面升级

      继在2020年9月22日联合国大会上承诺“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”之后，中国领导人在2021年4月22日“领导人气候峰会”上宣布将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。中国作为目前最大的碳排放国，节能减排将是未来长期发展的重点目标之一。

从全球碳排放的结构来看，电力、工业和交通三大行业是“碳排放”主要的来源，工业领域碳排放约占38.92%，其中又包括化石能源碳排放和工业过程碳排放两部分，工业过程占总体碳排放总量的8%左右(图1)，亟需实现提高工业化程度带来的产业结构的变化、落后产能的淘汰和工序设备的优化， 以逐步降低能源强度。

在这一趋势下，随着近年一些世界发达国家已将电机最低能效限定值设定为IE3水平，也为国内电机能效新标准的制定提供了有益的参考。去年5月发布的中国最新版强制性国家标准GB 18613—2020《电动机能效限定值及能效等级》， 计划于今年6月1日起正式实施。新国标将IE5效率列为中国三相异步电动机最高的一级能效等级指标，还规定自标准实施之日起，IE3效率将成为中国最低的三相异步电动机能效限定值(三级能效)，低于IE3能效限定值的三相异步电动机(如YE2 系列电机等)不允许再生产销售，这表明中国中小型三相异步电动机效率水平再次提升了一个等级。GB 18613—2020新国标实施后电机能效标识区别如图2所示。

新国标同时还将IE4效率列为二级节能评价值指标。在原先标准版本的基础上，新版标准删除了电动机目标能效限定值、电动机节能评价值，提高了对三相异步电动机能效限定值要求，增加了8极三相异步电动机能效等级;对于GB25958- 2010，新版标准提高了对电容起动、电容运转、双值电容异步电动机能效指标要求，删除了房间空调器风扇电动机能效指标要求，增加了空调器风扇用电容运转电动机、空调器风扇用无刷直流电动机能效指标要求，删除了单相、三相小功率电动机120W能效等级要求，删除了小功率电动机目标限定值、节能评价值的技术要求。

图 1 碳排放主要集中在电力和工业

(资料来源：Global Carbon Atlas、开源证券研究所)

对于新版电动机能效标准GB18613-2020，上海电器科学研究所(集团)有限公司总裁特别顾问陈伟华先生认为，风机、水泵配套用电机在GB18613标准范围内，但风机、水泵机组效率不涵盖该标准限制范围内;制动电机、变频专用电机等特殊设计的电机也不在该标准适用范围内。就电机企业而言，自2021年6月1日起，达不到IE3能效限定值的电机就不得生产、销售，使用单位不得采购，因此电机企业要从技术、装备、工艺、材料和销售等各方面做好生产和销售IE3及以上能效电机的充分准备。IE3相对于IE2，成本约增加20%左右;IE4相对于IE3，成本也有较大幅度增加。因此，电机企业要在产品达到所要求能效指标的前提下，从设计、工艺等各方面去挖潜， 以降低成本，目前已有很多电机企业开始实施智能制造，使得电机产品能够达到较高的一致性，此外，现有电机产品在工艺(如加工精度)、装备等方面都可以有更好的提升。

高能效电机成新贵

螺杆鼓风机与空气悬浮、磁悬浮离心鼓风机都是新兴的节能环保鼓风机，目前在很多应用领域都开始替代老一代的鼓风机。对比各自领域的前辈产品，如罗茨鼓风机与螺杆风机，磁悬浮风机单级高速、多级离心风机与空气悬浮鼓风机，磁悬浮风机螺杆鼓风机与空气悬浮离心鼓风机无疑在技术以及效率上都有着突出的优势。

首先从产品的基本特点来看，螺杆鼓风机与空气悬浮离心鼓风机都是清洁无油的。螺杆式鼓风机是容积式鼓风机，同样功率，无法在风量上超越离心式的空气悬浮离心鼓风机;但由于是单级离心式，所以在压力上一般不会超过1公斤。两者都可以通过变频实现参数调节，调节的范围上螺杆机比空气悬浮离心鼓风机更窄。

从技术方面来看，空气悬浮离心鼓风机无疑比螺杆鼓风机更先进，但是也更为“娇气”。空气悬浮离心鼓风机采用的空气悬浮轴承、高速永磁电机，几乎无机械摩擦，效率也高，相应地，对工况环境的质量要求很高，灰尘大、湿度高等情况容易影响设备运行，但目前这些都已经被空气悬浮离心鼓风机厂家给规避掉了，只要定期更换过滤器，一般不会产生问题。

另外，在实际应用中，螺杆鼓风机的购置便宜，但噪声、振动以及效率不如空气悬浮鼓风机。

磁悬浮离心鼓风机是目前节能环保行业的新型节能设备， 应用磁悬浮技术的离心鼓风机拥有高效率、高节能率、低维护成本、使用寿命长等显著优势，目前已在市政、工业污水处理行业曝气、水泥行业工艺风机、石化行业脱硫脱硝等重点耗能行业得到了广泛应用。

图 2 GB 18613—2020 新国标实施后电机能效标识区别

电机传控新发展

为了达到高效、低耗、低噪音的目的，使用高效节能的空气悬浮、磁悬浮电机，成为一个新趋势。但与此同时，面对这类大功率高速电机投用后出现的变频器温度过高的问题，需要进行技术优化，增设变频器冷却装置解决方案，有效控制变频器温升，降低能耗，提高效率，从而支持风机长周期稳定运行。

去年年底，施耐德电气APML水冷模块化变频器暨低压系统变频产线落地西安。施耐德电气重磅推出APML水冷模块化变频器具备诸多优异特性，并以灵活、紧凑、稳定为特色，协助客户提高从设计、采购、制造到运维各个环节的效率。

针对目标行业的大功率应用需求，APML水冷变频器单模块的功率可高达450kW，并通过多个模块的并联拓展至最大2,600kW的总功率，方便用户根据应用特点按需配备;大功率变频器能耗大，散热要求高，APML水冷模块化变频器内置循环泵，大大简化冷却水循环系统，克服传统变频器尺寸大、冷却系统复杂的痛点，同时提高其散热效率，进一步降低能耗， 保障系统良好运行。此外，APML水冷模块化变频器通过高效的冷却系统及优化的结构设计，辅以控制单元与功率模块的简单组合，最大限度地节约柜体宽度，有效增强了柜体对受限空间条件的适应能力;模块结构标准化的设计，帮助APML水冷模块化变频器有效降低柜体设计与安装门槛，轻松实现产品安装及系统的迅速投产。

在成柜结构方面，APML水冷模块化变频器支持APML- Universal(通用型)及APML-Compact(紧凑型)两种成柜结构，均可提供最高IP65的防护等级，供用户在不同使用场景下自由选择。除了更加完备与强悍的性能外，APML水冷模块化变频器还秉承了Altivar Process御程系列产品以服务为导向的突出优势，内置网页服务器等服务功能，可以实现资产管理以及工艺性能优化;同时，通过提供实时在线数据和远程在线维护，为工业用户提供智能化的运营工具和更高的附加值。

另据悉，由施耐德电气作为主要起草单位编制的GB/T 12668.902-2021(简称GB/T 902标准)调速电气传动系统国家标准已正式发布，并将于2021年10月1日起正式实施。与作为基础的GB/T 12668.901-2021标准(简称GB/T 901标准) 相配合，该标准的发布不仅弥补了调速电气系统能效国家标准的空白，更有效推动后续相应产品充分发挥社会经济效益以及优化工程设计，助力行业能效管理朝更高标准迈进，GB/T 902标准将为调速电气系统损耗和节能计算提供可靠同一的衡量标准，并以其示范性、前瞻性，指引新兴节能材料、器件和设备的设计与生产。

施耐德电气 APML-Universal(通用型)及 APML-Compact(紧凑型)两种成柜结构实机展示

第三代宽禁带功率器件

要提高电机的能效，核心器件的升级也必不可少，基于第三代宽禁带器件(如：SiC碳化硅、GaN氮化镓)的高频化电机驱动系统的开发正成为行业关注的一个重点。这类宽禁带半导体器件的应用令到电力电子系统的性能全面提升，具有高效率、高温高频、优越的动态性能、小体积低成本、高功率密度、高稳定可靠性等特点。采用基于第三代宽禁带器件的电机与驱动器一体化系统，当开关频率达到40kHz时，驱动器所需电容体积为10kHz开关频率时的25%。此外，基于宽禁带器件的高频化电机驱动系统的输出功率900W，效率可达到99%。从高速电机的角度来看，可增加逆变器的开关频率，改善控制效果;还可增加离散化频率，减小离散化误差。

实际上，安川电机早在2017年就推出了使用GaN功率半导体的驱动器内置型伺服电机，体积是以往的伺服驱动器部的二分之一，可以在高温下动作，绝缘破坏电场强度高;且与使用SiC材料的功率半导体相比，能够高速开关，具有饱和电子移动度高等性能方面的优势。

而近期国产厂商部分也动作频频，例如，麦格米特去年参股的瞻芯电子是一家致力于碳化硅功率器件与配套芯片的产业化高科技公司，目前已经完成了国内第一个基于6英寸碳化硅晶圆的SiCMOSFET和SBD工艺平台开发，将会有一款碳化硅MOSFET器件通过工业级可靠性认证，填补国内产品空白。

汇川技术据悉也开始参与培育国产SiC产业链。今年初， 上海瀚薪科技有限公司宣布完成Pre-A轮融资，本轮融资由上

海半导体装备材料基金领投，跟投方包括上汽集团旗下尚颀资本和恒旭资本、汇川技术的全资投资平台汇创投等。上海瀚薪是一家致力于研发与生产第三代宽禁带半导体功率器件及功率模块的高科技企业，是国内唯一一家能大规模量产车规级碳化硅MOS管、二极管并规模出货给全球知名客户的本土公司。

此外，针对目前市场上已有的变频器和电动机的一体化组合机，对于器件的开关频率、体积、散热器尺寸的考验都极为严苛，为此，伟创电气结合碳化硅材料功率元器件的特性，成功开发了一款碳化硅驱动器来应对市场需求，解决了市场产品体积小、高防护等级、散热好及开关频率高等产品需求。该碳化硅驱动器采用全新的永磁高速电机控制算法，实现了开环控制下0Hz 的200%额定力矩的输出;运用先进的空间矢量脉宽调制技术，电机的驱动频率可达到2500Hz，载波20KHz~40KHz;采取精准的高速电机转矩励磁解耦，因而获得了出色的动态响应性能。

      作为当前最大的碳排放国，中国要按计划达成“碳达峰” 和“碳中和”，可以说，是一项非常艰巨的任务目标。在工业领域，推广高效节能电机已刻不容缓，电机能效新标准的出台，不但是工业企业适应社会发展的需求，同时也是电机技术、传控技术新发展的一个契机。随着6月1日中国最新版强制性国家标准GB 18613—2020《电动机能效限定值及能效等级》的正式实施，意味着中国电动机行业全面进入到高效时代，新材料、新设计、新工艺以及新型传控方案为电机行业的全新升级奠定坚实的技术基础。

文章来源：中国传动网