(文/程)自2021年6月1日起，我国正式实施最新的电机能效标准《GB18613-2020电动机能效限定及能效等级》。本标准实施后，三相异步电动机能效限定值达不到IE3的电动机不得再生产、销售和采购。去年年底，工信部和市场监管总局联合发布了《电机能效提升计划（2021-2023年）》。文件中特别强调，到2023年，高效节能电机年产量达到1.7亿千瓦，在用高效节能电机占比达到20%以上，实现年节电490亿千瓦时，相当于节约标准煤1500万吨，减少二氧化碳排放2800万吨。因此，电机企业要在技术、设备、工艺、材料、销售等方面做好充分准备。那么，高效电机有哪些技术路线？目前主要有五种技术路线：三相异步电机和三相异步电机。它是一种工业电机，功率范围从几瓦到几万千瓦，应用范围很广。主要用于风机、泵、压缩机、机床、轻工和矿山机械、农业生产中的脱粒机和研磨机、农副产品中的加工机械等。
图：YE4系列三相异步电动机(来源：华力集团官网)
其优点是结构简单，制造容易，价格低廉，运行可靠，经久耐用，运行效率高，铸铝转子，设计难度小，产业链成熟，规格齐全等。缺点是功率因数差，总是小于1；目前，它可以大范围经济平滑调速。因此，三相异步电动机的传统应用是在恒速的情况下，但现在越来越多的三相异步电动机使用变频器(VFD)或变速驱动。变频器可以根据频率调整输出电压。如果应用在离心风机、泵或压缩机上，可以达到和感应电机一样节能的效果。目前高能效IE4以上的三相异步电机有YE4、YE5系列等。也就是说，需要开发YE4和YE5系列三相异步电动机。铸铜转子三相异步电动机和铸铜转子三相异步电动机。其实也是一种三相异步电机，只是转子是铸铜的。因为铜的电阻率比铝低，所以会降低转子的电阻，从而降低转子损耗，提高电机的效率。但也带来了一个问题，就是对铸造技术和设备的要求更高。目前IE4标准以上的铸铜转子三相异步电动机有YZTE4系列等。第三种自起动永磁同步电机是自起动永磁同步电机。该系列电机的特点是转子采用铸铝或铜排焊接，设计难度大，产业链成熟，成本高，规格齐全。缺点是起步冲击力大，速度不能不可调整。目前该系列IE4标准电机为TYE4系列自起动永磁同步电机。第四种变频永磁同步电机是变频永磁同步电机，也称为BLDC电机。其特点是转子有永磁体，但没有导杆。它最大的优势是免维护，效率高，设计难度一般，产业链成熟，规格齐全。但是因为需要配置控制器，成本比较高，经济性差。
图：变频永磁同步电机
这种电机也是近几年的热点，很多企业都在做，尤其是半导体企业更加重视。因为PMSM的控制需要大量的芯片产品，比如MCU、DSP等微处理器，MOSFET、IGBT等功率器件，传感器等等。当然，除了它的优势，永磁同步电机，或BLDC电机，也有一些发展瓶颈要面对，如功率密度，材料，和生产技术。5月19日，我们还将举办线下研讨会，专业制造商和专家将齐聚一堂，讨论BLDC汽车的新技术和解决方案，以及市场形势。感兴趣的同学可以关注一下。同步磁阻电机5是同步磁阻电机。它的工作原理是利用转子不均匀磁阻产生的扭矩。转子由铁磁材料和非铁磁材料组成。没有永久磁铁，也没有绕组。这是最简单的发动机之一。同步磁阻电机能够以较低的成本产生较高的功率密度，它结合了永磁同步电机的性能和感应电机的简单性和可维护性，因此在许多应用中颇具吸引力。另外，同步磁阻电机的控制策略与永磁同步电机非常相似，可以采用矢量控制和直接转矩控制。尽管同步磁阻电机的设计难度更大，但它可以轻松满足IE4甚至IE5标准。这是IE4及以上电机标准五大主要技术路线的结论。当然，为了实现更高效电机的设计和生产，需要开发上游关键材料，如绝缘材料、冷轧硅钢片等；设备(主要是冲床)，下游产品如风机、泵、压缩机等。也就是说，我们需要优化电机产业结构，从而提高高效电机产品的开发和供应能力。
