目前世界上有關IE5高效率馬達之設計探討

摘要：目前國際上很多國家都把IE3 高效率馬達的效率標準，訂為其國家的法規標準（如歐盟）。未來國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）將制定IE5的效率水平，以便下一階段的實施。本文主要在探討目前世界上比較有名的馬達設備製造商，他們是如何在IE5效率尚未被規定為國際標準前，先一步的達到IE5效率馬達上的研究分析與創新方式，以為國內未來有志研究開發超高級效率IE5馬達的一些參考。借鏡他們的寶貴經驗，以縮短並節省投入的研發時程與寶貴的資源。

Abstract: At present, many countries in the world (such as the European Union) set the efficiency standards of the IE3 high efficiency motor as their national regulatory standards. International Electrotechnical Commission (IEC) is establishing the IE5 efficiency standards for the implementation in the next phase. The paper investigates the research analyses and novel methods that the current famous motor equipment manufacturers use to achieve the IE5 efficiency for their motors before the international IE5 efficiency standards are announced. These information must be valuable for those who intent to develop IE5 ultra-high efficiency motors in the future. It is expected to shorten and save the research and development time and resources by learning from their valuable experience.

關鍵詞：馬達、IE5效率、設計

Keywords：Electric Motor, IE5 Efficiency, Design

前言
近年來由於環保意識的抬頭，節能減碳已是全球產業發展的趨勢。馬達為工業之母，馬達效率的提升更是節能的展現。為達到節能的目的，世界各國也陸續實施高效率馬達IE3的能效標準。為與國際接軌，目前經濟部也已自105年7月1日起實施高效率馬達IE3效率標準，因此高效率三相感應馬達的設計開發更受到馬達產業的重視。國際電工委員會（IEC）已在2014年發佈IE4等級馬達效率標準，雖然目前IE5標準尚未正式公告，但國際大廠相繼研發IE5超高效率馬達，更開啟了在節能技術與產品的競爭。雖然感應馬達可達IE4等級，但要達到IE5等級，卻有一些困難，或者要採用一些成本較高之方法。因此國際大廠並未直接發展IE5感應馬達，而是採用永磁馬達或是永磁輔助同步磁阻馬達。之前為了達到IE5超高效率，皆採用具有永久磁石之馬達設計，為了擺脫永久磁石的使用，近年更朝向發展無永久磁石之馬達。

IE4等級馬達以現在的技術水準大部分國際廠商皆可達到，但要達到IE5等級卻需要進一步的研究，因此本文將針世界上有關IE5高效率馬達之設計進行探討。本文首先將簡介馬達效率，以瞭解目前國際上馬達效率的定義標準與發展現況。之後，將說明感應馬達的損失分析以及對效率的相對影響，並進一步簡介國際大廠的IE5馬達發展趨勢。最後，針對本文之內容進行總結，提供作為未來研究開發超高效率IE5馬達之參考。

達效率之簡介 
對馬達效率的一種準確瞭解是來自IE等級稱號，是定義在國際電工委員會（IEC）的標準60034-30 “國際效率（IE）類別”，該標準定義了越來越高的能效等級IE1 （標準），以IE4 （超級）為0.12到1000千瓦的馬達尺寸要求的額定效率值條款為基礎，用於定義IE5級（超高級）的標準。IE5級馬達還沒有嚴格的定義，但IEC建議其標準為比IE4等級馬達的損耗，降低約20%。國際電工委員會（IEC）先後引進了IEC標準60034-2-1部分的修訂版2.0：從測試效率確定損失的標準方法（不包括牽引機，汽車） 2.0版，在2014年6月生效，取代了於2007年推出的第一個1.0版本。

在2.0版相較於1.0版的主要變化方面，2.0版相對於1.0版的主要修改是改善測試的不確定性和準確性。主要變化如下：優先測試方法為定義馬達的類型與特定等級，並要求測試儀器要有一定的精度，在第一時間要進行用於特定測試序列，和引入式中的損失計算的微小變化。整體上只做這些改進措施，而不作其他任何大的變化。在損失計算和效率決定時，當比較2.0版和1.0版，可知依據新版本使測試更可靠，測試結果更具有可比較性。IEC60034-30：2008效率水平定義如表1所示，是根據最新IEC60034-2-1:2007年的測試方法。

在效率公差方面，除了不同的測試方法，製造業他們可引用在指令中的公差。這符合IEC60034-1：2010的允許效率公差，如下所述：（1）馬達額定功率小於等於150千瓦：效率的15%，（2）馬達額定功率超過150千瓦：效率的10%。例如：75千瓦的馬達94%的銘牌效率，公差：0.15×（1 - 0.94）= 0.009，在測試效率上可以減少到93.1%。