美国电动机能效认证规则简介

美国电动机能效认证
规则简介
目次
1.能效认证电动机的范围
2.能效标准与试验方法
2.1能效标准
2.2能效测试方法
2.3能效确定
2.4记录保存
3.标记
4.市场监督
4.1被禁止的行为
4.2对违禁行为的处罚
5.强制检验
5.1试验通知
5.2试验室
5.3抽样
5.4试验电机的选择
5.5试验电动机的预备附录A.名义效率表
附录B.强制试验抽样方案
美国能源部（DOE）于1999年10月5日在联邦纪事（Federal Register）上公布了《10CFR第431部分某些商业和工业设备能效项目：电动机试验程序、标记和认证要求的最终规则》，此认证规则于1999年11月4日生效。

电动机的效率经认证符合能效标准方可在美国销售，因而电动机能效认证是市场准入认证，是强制性认证。

电动机符合能效标准的认证称符合认证（Compliance Certification），简称CC认证。

经认证符合能效标准的电动机由美国能源部发给CC号，即“CC××××”，此CC号标示在电动机的铭牌上和电动机的营销资料中。

需要能效认证的电动机，以下简称为能效电动机。

本文主要介绍能效电动机的范围、能效标准和试验方法、标记和有关市场监督方面的内容。

1. 能效认证电动机范围
1.1 电动机的定义
能源部认证规则中电动机的法定定义如下：
（1）电动机是指将电能转换为机械能的机器，是指：
(ⅰ)通用电动机，包括但不限于具有防爆结构的电动机；
(ⅱ)单速感应电动机（MG1-1993,1.16.1,又见MG1-2003,1.18.1）；
(ⅲ) 连续定额（MG1-1993,1.40.1,又见MG1-2003,1.40.1）；
(ⅳ)笼型转子（MG1-1993,1.16.1.1,又见MG1-2003,1.18.1.1），底脚安装，包括带凸缘的底脚安装和可拆卸底脚安装；
(ⅴ)按NEMA T机座尺寸制造（MG1-1993：4.01，图4-1，4-2，4-3和4-4；又见MG1-2003：4.1及图4-1，4-2，4-3和4-4。

MG1-1993：11.01.2，11.31（447T,447TS;449T,449TS以上机座号出外）；11.32，11.34（447TC和449TC,447TSC和449TSC以上机座号除外）；11.35和11.36（447TD和449TD,447TSD和449TSD以上机座号除外）以及表11-1；又见MG1-2003：4.2.1，4.4.1，4.4.2，4.4.4，4.4.5和4.4.6以及表4-2）的电动机。

(ⅵ) 具有NEMA A设计（MG1-1993：1.17.1.1）和B设计（MG1-1993：1.17.1.2）的性能（MG1-1993：12.35.1，12.35.5，12.38.1，12.39.1，12.40.1以及表12-2。

又见MG1-2003：1.19.1.1，1.19.1.2，12.35.1，12.38.1，12.39.1，12.40.1以及表12-2。

）
(ⅶ)工作电源为多相，60Hz，交流正弦波，且：
(A) 额定电压为230V或460V及包括230V和460V在内多档
额定电压的任何电动机，及
(B) 能在230V或460V电压工作的电动机。

（2）定义中标有MG1的各项必须用NEMA标准出版物MG1-1993相关条款解释，即定义中包含了这些相关条款的内容。

特别应当注意的是有关T机座尺寸及A设计和B设计的MG1有关条款的内容。

为便于查阅，本文也列出了MG1-2003的相应条款号。

1.2 认证电动机的范围
符合电动机法定定义的下列通用电动机属于认证范围
(1)功率：1-200马力；
(2)极数：2，4，6；
(3)全封闭扇冷（TEFC）式，开启式(ODP).
1.3 下列规定用途电动机属于认证范围
(1)非标准机座尺寸
通用电动机通常是按(NEMA)标准T机座尺寸制造（见MG1-2003,Part 13）。

机座号是机座标志的前两位数，即指机座的中心高。

例如324T和326T为同一机座号，其中心高为8英寸，而364T 则是下一个较大的机座号，其中心高为9英寸。

能源部认为，对同一定额，其机座号大于标准机座号的电动机不属于认证范围，但对属于相同的机座号而外形尺寸较大的电动机则属于认证范围，因为这种电动机在大多数通用场合是可以使用的。

按T机座号或T机座尺寸制造，但尺寸小于NEMA标准规定的电动机，在大多数通用场合是可以使用的，因为稍做修改，就可使此较小电动机适合于代替标准机座号电动机，因而这种尺寸较小电动机属于认证范围。

(2)变频器用A设计和B设计电动机属于认证范围，因为此类电动机属于法定定义范围，此A设计和B设计电动机与变频一起用于变速场合，这仅是其附加特点，换句话说，A设计和B设计电动机自身适用于变频器。

(3)非标准（中间）马力定额电动机
1～200马力范围内非标准马力通用电动机属于认证范围。

例如6马力，60马力，175马力等是介于标准马力定额之间的非标准马力定额。

能效标准也适用于这类非标准马力定额的电动机。

确定非标准马力定额电动机的能效标准，即确定其最小名义满载效率的方法如下。

(ⅰ)中间马力等于或大于两个相邻标准马力的平均值，将此中间马力圆整到较大的标准马力。

以此较大的标准马力定额的名义满载效率作为该中间马力定额的名义满载效率。

例如175马力、4极、封闭式电动机，介于150马力和200马力之间，且等于两者的平均值，此175马力应圆整到200马力，则以200马力、4极、封闭式电动机名义满载效率作为175马力电动机的最小名义满载效率，查能效标准（见本文表2）得：NEMA Nom.Eff.=95.0%
(ⅱ)中间马力小于两个相邻标准马力的平均值，则将此中间马力圆整到较小的标准马力，按此较小标准马力定额确定中间马力的最小名义满载效率。

例如6马力、4极、封闭式电动机介于5马力和7.5马力之间，且小于两者的平均值。

按5马力确定6马力电动机的最小名义满载效率，NEMA Nom.Eff.=87.5%
(4) 有密封电动机
通常制造商会给其生产的电动机附加密封，以防水、灰尘、油及其它外界物进入电机内。

这样制造商就会销售有密封和无密封两种完全相同的电动机。

无密封电动机属于认证范围，同样有密封电动机也属于认证范围，因为它也能在大多数通用场合使用。

测得的一台新的有密封电动机的效率明显低于该电动机运行时的效率，因为新的密封是坚硬的，但过了初始磨合期之后，这种摩擦就不存在了。

因此，对有与没有密封的电动机，经过初始磨合期之后，测得的效率值实际上是相同的。

因此，规则允许用无密封代替有密封测试电动机的效率
1.4 电动机的类别
能源部根据EPCA(Energy Policy and Conservation Act.能源政策和节约法)的规定，将电动机分为5类（表1）。

第Ⅰ类是大多数通用场合使用的通用电动机，第Ⅱ类是能在大多数通用场合使用的规定用途电动机，第Ⅰ、Ⅱ类电动机属于认证范围。

第Ⅲ类是规定用途电动机，如泵机同轴的水泵电动机，整体齿轮电动机（电动机脱离箱体不能工作），第Ⅳ类是专用电动机，第Ⅴ类是法定定义之外的电动机，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类电动机不属于认证范围.
表1—电动机分类
Ⅰ类——EPCA规定的通用电动机，属认证范围；
Ⅱ类——EPCA规定的能在大多数通用场合使用的规定用途电动机，属认证范围；
Ⅲ类——EPCA规定的规定用途电动机，不属认证范围；
Ⅳ类——EPCA规定的专用电动机，不属认证范围；
Ⅴ类——EPCA规定的《电动机》定义范围之外的电动机，不属认证
范围。

2.能效标准与能效试验
2.1能效标准
1997年10月24日以后生产的每台电动机（单件或作为其他设备零件），其名义满载效率应不低于表2的规定。

表2
名义满载效率是指选自NEMA标准MG1-1993表12-8A栏，（又见MG1-2003表12-10），它不大于同一设计批量电动机满载效率平均值。

表2所列值是认证电动机应达到的最小名义满载效率值，即认证电动机的名义满载效率应等于或大于表2的效率值。

生产商或定牌商应保证其所销售的每台能效电动机名义满载效率不小于表2规定的效率值。

2.2 能效测试方法
就电动机能效认证目的而言，认证规则指定用IEEE112-1996<多相感应电动机和发电机试验方法>中的B法（包括1998年1月20 日的更正通知和认证规则B子部分附录A的第（2）节对B法的若干修正）和C390-93<三相感应电动机能效试验方法>中的（1）法，作为
统一的试验方法。

2.3 效率的确定
必须确定每一规格电动机的平均满载效率：
(a)通过实际试验确定；
(b)在(a)的基础上用AEDM法确定。

2.3.1 试验确定平均满载效率
(1) 能效试验必须在NVLAP认可实验室进行；
(2) 试验用基本型电动机的选择
(ⅰ)近期生产的基本型电动机（一年内的产品；选取其中最近的产品），选择准则：
(A)选取5个规格基本型电动机，其中两个规格是产量最大的；
(B)所选规格应为不同的马力，不重复；
(C)所选规格应为不同的机座号，不重复；
(D)所选的每个规格预计是同一定额基本型电动机中名义满载效率最低的。

(ⅱ)在任何情况下，制造商选择电动机符合全部准则是不可能的，应按所列准则的先后次序予以考虑。

在准则限定的范围内，随机选择试验用基本型电动机。

(3) 试验样本的选择
对每个所选择的规格，应随机选择试验样本。

样本应是该基本型电动机的生产品或是其代表性产品。

样本应不小于5，除非在合理期限（约180天）内生产的电动机不足5台，这时每台均应进行试验。

(4) 实验结果的判别
在符合认证试验中：
(ⅰ) 按下式确定样本的平均满载效率：
X ∑==n
i i X n 1
1，
式中i X 是第i 台电动机实测的满载效率，n 是被试电动机的台数。

X 应满足条件：
X )
1100
(05.11100
-+≥
RE
式中RE 是名义满载效率
(ⅱ)按下式确定样本的最小满载效率min X
min X =min(i X )
应满足条件：
min X )
1100
(15.11100
-+≥
RE
2.3.2 AEDM 法确定平均满载效率
AEDM 法是确定效率的替换法（Alternative efficiency determination method ）的英文缩写。

AEDM 法是一种有科学依据的计算方法。

所用AEDM 法必须准确、可靠。

（1） 用的AEDM 法必须有科学依据：
(ⅰ)依据描述该基本型电动机机械和电气特性的数学型推导出的方法；或
(ⅱ)依据工程或统计分析，计算机模拟或模型或其它计算性能数据的方法。

（2）用的AEDM法必须经实际验证：
在用AEDM法之前，必须用下述方法证实其准确性和可靠性：
(ⅰ) AEDM法至少应在做过实际试验的5个规格基本型电动机上验证过，试验方法应按规则规定。

(ⅱ) 5个规格中的每个规格用AEDM法预测的总损耗必须在该规格电动机由试验求得的总损耗平均值的±10％范围内。

（3）A EDM法的后续检验
(ⅰ)每个制造商应定期对已采用AEDM法的基本型电动机的代表性产品进行验证。

受试样品由认可试验室按认证规则规定方法试验。

(ⅱ)已按规定采用AEDM法的各制造商应有有效的档案供能源部检查：所用一种或几种方法；AEDM法所依据的数学模型，工程或统计分析等；完整的试验数据，产品资料和制造商在应用AEDM法时产生和取得的相关资料以及用AEDM法计算每个规格电动机平均满载效率和总损耗的资料。

(ⅲ)如果能源部要求，制造商应对能源部指定的从前模拟分析过的某一基本型电动机模拟预测其性能，或对能源部选择的样品进行试验，或上述两种方式的组合。

2.4记录的保存
(1) 电动机制造商必须保存下列资料
(ⅰ)本规则要求各项试验的基础性试验数据；
(ⅱ)有关AEDM法的研发、验证、应用以及后续检验资料
(2) 自某规格基本型电动机停止上产之日起，制造商必须保存其所有相关记录2年。

3. 标记
本标记要求仅适用于2000年10月5日以后生产的电动机。

(1)电动机铭牌
(ⅰ)永久铭牌上必须清晰标明下列信息：
(A) 电动机的名义满载效率（根据制造时的资料），根据试验测定的电动机平均满载效率确定；
(B)能源部颁发给制造商或订牌商的符合认证号，即CC号。

必须在收到CC号的90天起标示在铭牌上。

(ⅱ)信息的排印，总体编排、间距、字的大小、字的外观及字行宽应与电动机铭牌上显示其他性能数据相同或相似。

应当用“NEMA NOM.EFF.”或“NOM.EFF.”识别名义满载效率。

(ⅲ)非强制显示，在永久铭牌上或在独立的牌子上可以显示标识○e e。

(2)效率信息的披露
(ⅰ)在产品目录的每页上，在销售电动机的其他资料中应突出标出名义满载效率和CC号；
(ⅱ)标识○e e，或其他类似标识也可以用在电动机的产品目录中和
电动机的其他销售资料中。

4. 市场监督
4.1 被禁止的行为
根据规则，下列属于被禁止的行为：
(1)生产商或订牌商销售的能效电动机上未标记名义满载效率NEMA NOM.EFF.和CC号；
(2)能效电动机上应有本规则所要求的全部标记，但制造商、订牌商、销售商、代理人从销售的能效电动机上取下这些标记或使标记模糊不清；
(3)生产商或订牌商销售的能效电动机不符合能效标准的规定（表2）；
(4)不允许接触或复制按规定本应提供的记录，或不按规定编制报告，或不提供本应提供的其他资料；
(5)制造商、订牌商、销售商或代理商，在其能效电动机的销售广告和产品目录中未包括名义满载效率和CC号；
(6)制造商未能自费将合理数量的电动机送达部长指定的试验室；
(7)制造商不允许部长指定代表监视规定的各项试验并审查试验结果。

4.2 对违禁行为的处罚
(1) 按规定，故意违反4.1中任一条款的任何人，一次独立违反
可能承担不超过110美元的民事罚款。

对能效电动机，每台违反4.1中的（1），（2）和（3）中的一条构成一次独立违反。

每天不符合4.1中的（4）至（7）构成一次独立违反。

(2)属于“故意”是指：
(ⅰ)实际上知道，意即明知故犯；
(ⅱ) 认为实际起作用的人该具有的知识，包括从管理实践中得到的知识。

5. 强制检验
5.1 试验通知
在收到个别电动机的书面信息中表明该电动机可能不符合能效标准，或需查明电动机铭牌上，或营销资料中所标效率值的准确性，能源部可能按下列要求将试验通知寄给制造商：
(1) 试验通知仅在下述工作之后发出：能源部长或其指定的代表检查过由该制造商提供的基础试验数据（如用AEDM，包括AEDM 所用的数据）之后，如可行，给制造商一个机会，经能源部检验是否符合能效标准和标示效率的准确性，或两者之后。

此外，如电动机的符合性是用AEDM法证明的，在发出试验通知之前能源部有权实施本文2.3.2（3）（ⅲ）条款。

应允许部长指定的代表监视再检验并对其结果进行检查。

（2）试验通知由部长或其指定的代表签字，由能源部邮寄或送达制造商。

（3）试验通知中规定试验用电动机的型号，抽样方法，试验开始的日期和时间，计划完成试验的日期及试验所用设备。

试验通知也可能规定，如规定的试验电机无货时，可供选择的备用电机。

（4）在试验通知中，部长要求电动机制造商自费把通知中规定的合理数量的电机送达部长指定的试验室。

电机的数量不超过20台。

（5）在5个工作日内完成抽样并将试验电机送达试验室。

5.2 试验室
每当能源部根据试验通知在指定的试验室进行强制试验，其综合试验数据就是该规格电机的正式试验数据，假如按本文附录B的要求对足够数量的电动机做了试验的话，能源部会用这些数据作出是否符合能效标准的决定。

5.3 抽样
其制造商能效电动机的效率是否符合标示值或能效标准，应按本文附录B规定的统计抽样程序抽样，按本文2.2条规定的试验方法试验，根据此试验结果作出判断。

5.4 试验电机的选择
能源部检验员应选一批电机，批样本。

根据本文5.4条和试验通知中规定的条件，从批样本中选择若干台试验电机。

（1）源部根据试验通知规定的准则把该批样品再分组；
（2）从该批分为若干组的一组或多组中随机抽取20台电动机未批样本。

制造商应保管好批样本中的所有电动机，直至确定电动机
是否符合要求为止。

（3）从批样本中随即抽取组成试验样本的各个电动机；
（4）先是把批样本中的全部电机随机连续编号，然后用随机数据表选择被试电机。

5.5 试验电动机的预备
（1）在试验前和试验中，按本文5.4条选择的试验电动机不应以任何方式预备、修改或调整，除非这种预备、修改或调整是能源部的试验程序所允许的。

根据本文2.2条规定的试验方法，对每台被试电机逐一进行试验。

（2）一台试验电机的试验过程或装配过程，或其零部件和分装配毫无质量控制，即为该基本型电动机中的其它电机也没有质量控制。

（3）如果一台试验电动机因不能按制造商的设计和使用说明书运行，则此电机是无效的，是不符合要求的，因而此试验电机是有缺陷的。

有缺陷的电机，包括那些因搬运和运输受损的电动机，向能源部报告，能源部授权按一对一的原则增加的电机。

5.6 制造商选择的试验
（1）依据本文附录B规定的抽样方案，如果能源部的试验结论，确定制造商的该基本型电动机不符合适用的能效标准，制造商可请求能源部依据本文附录B提出的程序增加试验。

（2）属第5条的全部被试电机，依据本文5.1至5.3中的条款，选择和试验。

（3）制造商应承担按本条要求进行的全部试验费用。

（4）自制造商决定运用本条提供选择时间起，制造商应停止销售按本条条款试验的该基本型电动机，直至确定该基本型电动机符合要求为止。

能源部可寻求对其在此期间销售的全部单元的民事罚金。

（5）如果附加试验结果判为符合，能源部应发出允许恢复销售的通知。

附录A 名义满载效率
表12-10 效率水平NEMA MG1-2003
附录B —强制试验抽样方案
第一步：第一次样本1n ≥5
第二步：计算第一次样本1n 台电动机测得效率的平均值（1X ）：
1X ∑==n
i i X n 1
1 (1)
式中i X 是第i 台电机满载效率的测试值。

第三步：计算样本1n 台电机满载效率测试值标准差（s 1）
1
)(11
2
111
--=
∑=n X X
S n i i
(2)
第四步：计算第一次样本满载效率的标准误SE （1X ）：
SE （1X ）=
1
1n S (3)
第五步：以RE 作为希望平均值，用下式计算第一次样本平均值的控制下限（LCL 1）：
∙-=t RE LCL 1SE （1X ） (4)
式中：
当由试验确定电动机效率是否符合能效标准时，RE 是能效标准规定的该电机名义满载效率值；当用试验确定电动机效率符合标示的效率值时，RE 是标示的名义满载效率值。

t 为2.5个百分点（t 分布），对样本1n 而言，其置信概率为97.5％（单尾t 检验）。

第六步：将第一次样本平均值（1X ）与控制下限（LCL 1）比较，确定属下面中的一种情况：
（ⅰ）如果第一次样本平均值（1X ）低于控制下限，则该基本型号电动机不符合要求，试验结束。

（ⅱ）如果第一次样本平均值（1X ）等于或大于控制下限，不能确定是否符合要求；进行第七步： 第七步：确定推荐的样本大小（n ）：
2
1
)2.020()2.0120(⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡--=RE RE RE tS n ……..………………………（5） 式中：S 1,RE 和t 的数值分别为第三步和第五步中的数值。

因数
)
2.020(2.0120RE RE RE
--是根据输出功率不变，满载时总损耗容差为
20％确定的。

根据求得的n 值，确定：
（ⅰ）如果n ≤1n ，且（1X ）≥LCL 1，则该电动机符合要求，试验结束。

（ⅱ）如果n>1n ，则该电动机不符合要求，需确定第二次样本大小2n ，2n 为等于或大于n-1n 的最小整数。

如果求得的2n 大于20-1n 则令2n ＝20-1n 。

第八步：计算第一次样本1n 和第二次样本2n 组合实测效率平均值（2X ）：
2X ＝
∑+=+211
2
11
n n i i
X
n n (6)
第九步：计算第一次样本1n 和第二次样本2n 平均满载效率的标准误
SE （2X ）：
SE （2X ）＝
2
11n n S + (7)
（注：S 1是上述第三步中求得的数值） 第十步：确定控制下限（LCL 2）：
∙-=t RE LCL 2SE （2X ） (8)
式中t 是上述第五步中的数值，将组合样本平均值与控制下限LCL 2比较可发现：
（ⅰ）如果（2X ）< LCL 2，该电动机不符合要求，则试验结束。

（ⅱ）如果（2X ）≥ LCL 2，该电动机符合要求并试验结束。

制造商选择的试验
如果在上述第六、七和第十步中已做出不符合要求的决定，制造商可请求按下述程序进行补充试验：
A 步：制造商请求追加试验单元3n ，但是1n +2n +3n 不能超过20。

B 步：按上述第八、九、十步规定的程序，计算新组合样本的平均满载效率，标准误和控制下限。

C 步：新组合样本的平均满载效率与控制下限比较，确定如下中的一种情况：
（a ） 如新组合样本平均效率值等于或大于控制下限，则该电动机符合要求，试验结束。

（b ） 如新组合样本平均效率值小于控制下限且1n +2n +3n 小于20时，制造商可要求增加受试电机台数，但总数不可超过20，重复上述A 、B 、C 步骤。

（c）如果不是所希望的那样，则确定该电动机不符合要求。