МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION. METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

ГОСТ

IEC 61800-9-2—

2021

СИСТЕМЫ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ

Часть 9-2

Энергоэффективность систем силовых электроприводов, пускателей электродвигателя, силовой электроники и электромеханических комплексов на их основе.

Показатели энергоэффективности систем силовых электроприводов и пускателей электродвигателя

(IEC 61800-9-2:2017, Adjustable speed electrical power drive systems — Part 9-2: Energy efficiency of power drive systems, electric motor starters, power electronics and electromechanical systems based on them — Energy efficiency indicators for power drive systems and motor starters, IDT)

Издание официальное

Москва

Российский институт стандартизации 2021

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 июня 2021 г. No 141-п)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004- -97	Код страны по МК (ИСО 3166)004-97	Сокращенное наииеноаание национального органа по стандартизации
Армения	AM	ЗАО «Национальный орган по стандартизации и метрологии» Республики Армения
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Россия	RU	Роостандарт
Узбекистан	UZ	Узстандарт

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 августа 2021 г. No 676-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 61800-9-2-2021 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2022 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 61800-9-2:2017 «Системы силовых электроприводов с регулируемой скоростью. Часть 9-2. Экодизайн систем силовых электроприводов, пускателей электродвигателя, силовой электроники и ее приводов. Показатели энергоэффективности систем силовых электроприводов и пускателей электродвигателя» («Adjustable speed electrical power drive systems — Part 9-2: Ecodesign for power drive systems, nrotor starters, power electronics and their driven applications — Energy efficiency indicators for power drive systems and motor starters». IDT).

Международный стандарт разработан Подкомитетом SC22 G «Системы силовых электроприводов с регулируемой скоростью, включая полупроводниковые преобразователи энергии» Технического комитета ТС22 «Системы силовой электроники и оборудование» Международной электротехнической комиссии (IEC).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6).

При применении настоящего стандарта рекомендуется вместо ссылочных международных стандартов использовать соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

3.1.10    элоктромашинная система (motor system): Комплектный электропривод или двигатель, подключенный к источнику питания через пускатель в соответствии с IEC 60947-4-1.

3.1.11    электропривод (power drive system, PDS): Система, состоящая из комплектного преобразователя (CDM) и двигателя.

3.1.12    импульсная диаграмма (pulse pattern): Диаграмма переключения линейного напряжения или фазного тока на выходных клеммах (без фильтра) преобразователя как результат работы схемы широтно-импульсной модуляции.

3.1.13    эталонный комплектный преобразователь (reference complete drive module. RCDM): Комплектный преобразователь с потерями энергии, описанными уравнениями или точечными значениями.

3.1.14    эталонный двигатель (reference motor. RM): Двигатель с потерями энергии, описанными уравнениями или точечными значениями.

3.1.15    эталонный электропривод (reference power drive system. RPDS): Электропривод с потерями энергии, описанными уравнениями или точечными значениями.

3.1.16    сервопривод (servo PDS): Замкнутый регулируемый электропривод для точного и быстродействующего управления угловым или линейным перемещением, скоростью и ускорением исполнительного механизма (сервомеханизма) в таких областях, как ЧПУ-станкостроенио. автоматическое производство, робототехника.

Примечание 1 — См. рисунок3.

Примечание 2 — Сервопривод состоит из преобразователя частоты, двигателя и датчика положения.

Примечание 3 — Для применений сервопривода характерны непериодические режимы работы (типа S9) или периодически меняющиеся нагрузка и скорость в чегырехквадрантном диапазоне (±Г_т;1Х. ±л_1пах) с частыми перегрузками (Т > T_N). а также работой в зоне ослабленного потока (п > n_N), как показано на диаграмме на рисунке 3.

3.1.17    однокоординатный (single axis): Имеющий один двигатель с валом.

Примечание 1 — Применяется к комплектным преобразователям, обеспечивающим питание одного двигателя, или к комплектным приводам с одним двигателем.

3.1.18    испытательная нагрузка (lest load): Электротехническое устройство, обеспечивающее ток и cos ср основной гармоники на выходе комплектного преобразователя при проведении испытаний или расчетов.

Примечание 1 — В роли испытательной нагрузки может выступать испытательный двигатель или любая другая нагрузка.

3.1.19    испытательный ток (test load current): Суммарный ток. подаваемый в испытательную нагрузку для получения требуемого момента на валу (см. таблицу 1).

3.1.20    момонтоопределяющии ток (torque-producing current): Часть испытательного тока (см. 3.1.19), определяющая необходимый момент (см. рисунок 6. таблицу 1).

Примечание 1 —Для асинхронного двигателя ток. создающий крутящий момент, является током ротора.

3.2 Обозначения и сокращения

3.2.1    c_l(quid — удельная теплоемкость жидкости.

3.2.2    £₀ — коммутационные потери энергии, выраженные в вольтах. В. или амперах. А. в силовом диоде.

3.2.3    £_т — коммутационные потери энергии, выраженные в вольтах. В. или амперах. А. в силовом транзисторе.

3.2.4    f_sw — число переключений одного полупроводника в секунду.

Примечание 1 — Это число наряду с диаграммой переключений и топологией преобразователя определяет нижнюю частоту неуправляемых гармоник или интергармоник в местной точке подключения или на двигателе.

Примечание 2 — Включение и отключение полупроводникового ключа — разные события. Так. частота коммутации двухуровневого преобразователя вдвое больше частоты импульсов (называемой также несущей частотой) трехфазного линейного напряжения для модуляции с истюльзованием постоянной коммутации и в 1.33 раза больше частоты импульсов линейного напряжения для модуляции с применением переменной коммутации.

3-2-5 /_{mol0f саЫв} — ток в кабеле двигателя в одном силовом канале (см. IEC 61800-2) комплектного электроприводаГислользуемый для расчета коммутационных потерь.

Примечание 1 — Он обычно представляет емкостной ток утечки, естественный для экранированных кабелей двигателей.

3.2.6    /, _гСОМ — первая гармоника номинального входного тока комплектного преобразователя или электропривода.

3.2.7    /_г — номинальный входной ток комплектного преобразователя или электропривода.

3.2.8    /_out — выходной ток.

3.2.9    /_{г out} — номинальный выходной ток комплектного преобразователя.

3.2.10    /_гМ — номинальный ток двигателя.

3.2.11    А1_ос ^ — не зависящий от нагрузки параметр звена постоянного тока. 1/(Ом А).

3.2.12    /d_choke — импеданс фильтра, отнесенный к номинальному импедансу комплектного преобразователя.

3.2.13    k2_0C hnk — зависящий от нагрузки параметр звена постоянного тока. Ом • А.

3.2.14    fc2_ch~_ke — относительное падение напряжения на активном сопротивлении фильтра.

3.2.15    К_1с — добавочные потери в стали двигателя.

3.2.16    —    добавочные потери трения и вентиляционные потери в двигателе.

3.2.17    Kl_L — потери от нагрузки.

3.2.18    fc_v0 — отношение номинального напряжения двигателя к максимальному выходному напряжению комплектного преобразователя.

3.2.19    P_{L соо}ц_рд — потери мощности в охлаждающих элементах комплектного преобразователя (например, вентиляторах) по отношению к потерям в собственно преобразователе (см. IEC 61800-2). если комплектный преобразователь оснащен независимой вентиляцией.

3.2.20    т — коэффициент модуляции — отношение выходной частоты комплектного преобразователя к номинальной частоте питания статора двигателя.

3.2.21    л, — частота вращения в точке /, об/мин.

3.2.22    п_г — номинальная частота вращения, об/мин.

3.2.23    Р. — потребление энергии в точке /. кВт.

3.2.24    P_{jn CDM} — входная мощность комплектного преобразователя, рассчитанная на основании измерения потерь.

3.2.25    P_{jn PDS} — входная мощность комплектного электропривода, рассчитанная на основании измерения потерь.

3.2.26    P_Lfe — потери в стали двигателя.

Примечание 1— См. IEC 60034-2-1.

3.2.27    P_Lfw — потери на трение и вентиляторные потери в двигателе.

Примечание 1 — См. IEC 60034-2-1.

3.2.28    P_LHL — добавочные гармонические потери в двигателе от несинусоидального питания. Примечание 1 — См. IEC 60034-2-3.

3.2.29    P_LL — добавочные потери от нагрузки в двигателе.

Примечание 1 — См. IEC 60034-2-1.

3.2.30    p_LRM — относительные потери в эталонном двигателе.

3.2.31    P_LRM — потери в эталонном двигателе.

3.2.32    P_LR — потери в роторе двигателя.

Примечание 1— См. IEC 60034-2-1.

3.2.33    P_LS — потери в обмотке статора двигателя.

Примечание 1 — См. IEC 60034-2-1.

3.2.34    P_LTsin — суммарные потери в двигателе при синусоидальном питании.

Примечание 1 — Согласно IEC 60034-2-1:2014. метод 2-1-1В.

3.2.35    P_LTMo| — суммарные потери в двигателе при питании от преобразователя (несинусоидальном питании).

Примечание 1— Согласно IEC 60034-2-1:2014. метод 2-1-1В.

3.2.36    Россом — выходная мощность комплектного преобразователя, рассчитанная на основании измерения потерь.

6

3.2.37    P_{ou| P0S} — выходная мощность комплектного электропривода, рассчитанная на основании измерения потерь.

3.2.38    Р_т — выходная мощность оборудования, заявленная производителем.

3.2.39    P_ploc — мощность, требуемая для обеспечения механического или гидромеханического процесса.

3.2.40    P_L — электрические потери мощности.

Примечание 1 — В обозначениях P_L P_LiMo1. ^l.POS ^и pi *ux^{: ИН}Д^0КС CDM относится к комплектному преобразователю. Mot — к двигателю, PDS — к комплектному электроприводу. Аих — к вспомогательному оборудованию. например к кабелям, трансформаторам, фильтрам.

3.2.41    —    относительные потери мощности (по отношению к номинальной мощности устрой

ства).

3.2.42    P_L CDM — потери в комплектном преобразователе.

3.2.43    P_LCDM determined — потери в комплектном преобразователе по расчетному методу определения потерь.

3.2.44    p_{L сом} — относительные потери мощности в комплектном преобразователе (по отношению к номинальной кажущейся мощности комплектного преобразователя).

3.2.45    P_{L choke} — потери в фильтре комплектного преобразователя.

3.2.46    P_{L conlro}, — потери в эвене управления комплектного преобразователя.

3.2.47    P_{L0C (jnk} — потери в звено постоянного тока комплектного преобразователя.

3.2.48    P_{L jnverter} — потери в инверторном звене комплектного преобразователя.

3.2.49    P_{L P0S 0etermried} — потери в комплектном электроприводе по расчетному методу определения потерь.

3.2.50    P_{L rec1jfier} — потери в выпрямительном звене комплектного преобразователя.

3.2.51    P_{L Iesjsl0r} — измеренные потери в резисторе при сопоставительном калориметрическом измерении.

3.2.52    Р_1оп0 — потери в силовом диоде во включенном состоянии.

3.2.53    P_Lon D гес,,_Г|ег — потери в диоде выпрямителя во включенном состоянии.

3.2.54    Р_1опТ — потери в силовом транзисторе во включенном состоянии.

3.2.55    P_LSR — потери в обмотках статора и ротора двигателя.

3.2.56    P_{L sw0} — коммутационные потери в силовом диоде.

3.2.57    P_{L 5А}._Т — коммутационные потери в силовом транзисторе.

3.2.58    Р_гМ — номинальная мощность двигателя.

Примечание 1 — Во всех частях IEC 60034 в применении к двигателю эта мощность обозначена Р_ы.

3.2.59    P_{L stby} — потери в электроприводе, находящемся в режиме ожидания.

Примечание 1 — Потери в режиме ожидания электропривода выделяются в то время, когда электропривод включен, но не создает ток в нагрузке. Эти потери обычно в два — три раза меньше, чем потери во время работы. Их влияние на комплексные потери напрямую зависит от режима работы электромеханического комплекса. Они связаны также с требованиями, сформулированными в терминах «время включенного состояния (wake-uptime)» и «коммуникация».

3.2.60    Р_и — относительные потери двигателя.

3.2.61    О — расход насоса.

3.2.62    0_ВЕР — расход насоса в точке максимального КПД.

3.2.63    Q_cooler — объемный расход охладителя калориметра.

3.2.64    Q|_S) — интерполяционная ошибка (показатель стабильности).

3.2.65    r_HL — величина дополнительных гармонических потерь при работе двигателя от комплектного преобразователя по сравнению с потерями при работе от синусоидального источника питания.

3.2.66    S_wu — номинальная кажущаяся мощность элемента оборудования.

3.2.67    S_{f RCOM} — номинальная кажущаяся мощность эталонного комплектного преобразователя.

3.2.68    Т — вращающий момент двигателя.

3.2.69    —    время работы оборудования.

3.2.70    T_t — момент в рабочей точке /.

3.2.71    t/_1roul — основная гармоника номинального напряжения на выходе комплектного преобразователя.

Примечание 1 — Для эталонного комплектного преобразователя значение этого напряжения равно 400 В. если не установлено иное.

3.2.72    U_DC — напряжение звена постоянного тока комплектного преобразователя.

3.2.73    U_D f — напряжение на силовом диоде во включенном состоянии при номинальном токе комплектного преобразователя.

3.2.74    U_{D х} гес|Ле( — напряжение на диоде выпрямителя во включенном состоянии при номинальном токе комплектного преобразователя.

3.2.75    U₀ ,_h — пороговое напряжение на силовом диоде.

3.2.76    U_D m fecljfier — пороговое напряжение на диоде выпрямителя.

3.2.77    t/_mL1 — напряжение «фаза L1 — нейтраль» системы питания.

3.2.78    U_Tt — напряжение на силовом транзисторе во включенном состоянии при номинальном токе комплектного преобразователя.

3.2.79    U_Tth — пороговое напряжение силового транзистора.

3.2.80    — электрическая энергия, потребляемая электромеханическим комплексом во время работы.

3.2.81    X — коэффициент мощности входного тока и напряжения (X = P_equ/S, _eq J.

3.2.82    Ap_LCDM — относительная погрешность метода определения потерь в комплектном преобразователе. %.

3.2.83    AP_lcdm — абсолютная погрешность метода определения потерь в комплектном преобразователе. Вт.

3.2.84    Ap_UP0S — относительная погрешность метода определения потерь в комплектном электроприводе. %.

3.2.85    AP_{L pds} — абсолютная погрешность метода определения потерь в комплектном электроприводе. Вт.

3.2.86    ()_1П — температура охлаждающего агента (воздух, жидкость) на входе при калориметрическом измерении.

3.2.87    0_insjde — температура охлаждающего воздуха между двумя калориметрическими камерами.

3.2.88    0_оц| — температура охлаждающего агента (воздух, жидкость) на выходе при калориметрическом измерении.

3.2.89    ф — угол фазового сдвига между основной гармоникой напряжения и основной гармоникой тока на входе комплектного преобразователя.

3.2.90    Ф — угол фазового сдвига между основной гармоникой напряжения и основной гармоникой тока на выходе комплектного преобразователя.

3.2.91    Ф, — угол фазового сдвига между основной гармоникой напряжения и основной гармоникой тока на выходе комплектного преобразователя при номинальном моменте и частоте вращения двигателя.

4 Эталонный комплектный электропривод, эталонный комплектный преобразователь, эталонный двигатель

4.1 Общие положения

Для выбора наиболее эффективного электромеханического комплекса для конкретного применения требуется сравнение различных структур электропривода и различных принципов управления. Комплексный подход к решению этой задачи представлен в IEC 61800-9-1.

В рамках этого подхода в настоящем стандарте представлена концепция эталонного электропривода (RPDS). Стандартизованный электропривод, состоящий из эталонного комплектного преобразователя (RCDM) и эталонного двигателя (RM). питаемого от преобразователя, позво-

ляет сравнить потребление энергии проектируемого комплекса с существующей на текущее время усредненной технологией производства электропривода.

Определение эталонного комплектного электропривода универсально и не зависит от специфики продукции или производителя. Оно позволяет:

установить граничные значения для классификации;

классифицировать реальный комплектный электропривод в сравнении с эталонным, классифицировать комплектный преобразователь; применить IEC 60034-30-2;

классифицировать двигатели, предназначенные для питания от преобразователя и классифицированные по IEC 60034-30-1,

ограничить оценку только доступными измерениями или расчетами в нескольких рабочих точках; оценить потребление энергии электроприводом в различных применениях.

Ниже приведены примеры подходящих задаваемых режимов (рабочих точек) при классификации для различных применений.

Нагрузки с квадратичной зависимостью момент—частота вращения, характерные для насосных установок, обычно требуют определения относительных потерь или входной мощности Р, в рабочих точках p_L p_DS(50.2s>* Pi. pds(ioo.50i ^и Pl. pds<ioo.ioo> Д^ля расчета потерь в электромеханической системе. Допустимая погрешность составляет ±10 % в каждой расчетной точке.

Нагрузки с постоянным моментом, характерные для грузоподьемного оборудования, потребуют дополнительных рабочих точек p_{L POS(0 25)}. p_L p_{DS(0 50)} и p_{L PDS(0 100}, для расчета потерь в системе.

4.2 Опорные рабочие точки эталонных комплектного электропривода, комплектного преобразователя и двигателя

Все исполнительные механизмы могут быть охарактеризованы в каждом рабочем режиме требуемой мощностью, определяемой как произведение момента на скорость вращения в данной рабочей точке. Данной точке соответствуют определенные потери в электромеханическом комплексе.

Набор рабочих точек (момент, скорость), в которых потенциально возможна работа механизма, бесконечен. Теоретически, надо подсчитать потери во всех точках. На практике, однако, достаточно знать потери в нескольких (восьми) точках, представленных для эталонного комплектного электропривода на рисунке 4, эталонного двигателя — на рисунке 5 и эталонного преобразователя — на рисунке 6.

Для рабочих точек с частотой вращения более нуля потери даны в процентах от выходной механической мощности. Номинальный КПД t) определяют как отношение номинальной механической мощности на валу к электрической потребляемой мощности на входе (включая потери).

В настоящем стандарте потери, отнесенные к номинальной выходной мощности электропривода р. %. рассмотрены вместо КПД с целью достижения универсальности глобальной оценки энергоэффективности электромеханического комплекса в целом.

Рисунок 4 — Опорные рабочие точки (относительные частота вращения и момент на валу) для определения относительных потерь эталонного комплектного электропривода (RPDS)

Существуют исполнительные механизмы, в которых требуется поддерживать момент во время паузы. Для таких механизмов КПД не является представительной характеристикой.

Как уже определено, абсолютные потери эталонного комплектного электропривода являются суммой потерь эталонных преобразователя и двигателя, поэтому данные потери могут быть рассчитаны от точки к точке по следующей формуле:

^Pl. RPDS ⁼ PL RM * ^PL RCDM.    М

Относительные потери эталонного электропривода рассчитывают по относительным потерям эталонных преобразователя и двигателя по формуле

При номинальных частоте вращения и моменте должна быть использована модифицированная формула в соответствии с уравнением (19).

Рижцщ Рцимлм} г

I’t.mpMtKQ

GO    100

Огноситегъная частота врацмит RN, %

Рисунок 5 — Оперные рабочие точки (относительные частота вращения и момент на валу) для определения относительных потерь эталонного двигателя (RM)

Рабочие точки эталонного преобразователя RCDM не могут быть заданы в координатах частоты вращения и момента, поскольку комплектный преобразователь обеспечивает только ток и напряжение на выходе. Чтобы обеспечить воспроизводимое сравнение и необходимую модуляцию, основная гармоника выходного переменного напряжения должна составлять 90 % переменного напряжения на входе.

Примечание 1 — Потери в RCDM при 90 % выходного напряжения близки к потерям при 100 % выходного напряжения (в инверторе потери несколько выше, в то время как 8 выпрямителе — ниже), поэтому могут быть использованы как потери при частоте 100 % частоты вращения.

Примечание 2 — Для асинхронных двигателей моментообразующим током является ток ротора. Соотношение между этим током и током статора двигателя приведено в таблице 1.

Примечание 3 — На рисунке 6 рабочие точки p_L дсомгОя)^{на оси} збецисс достижимы лишь при отличном от нуля значении выходного напряжения преобразователя, чтобы обеспечить падение напряжения на активном сопротивлении обмоток.

Относительное значение основной гармоники выходного напряжения комплектного преобразователя, %, не должно быть ниже относительного значения выходной частоты. %.

Потери в промежуточных рабочих точках следует вычислять по одному из расчетных методов, представленных в приложении Е (Е.2.1):

a)    по максимальным потерям в соседней предыдущей рабочей точке;

b)    методом двумерной линейной интерполяции между соседними рабочими точками;

c)    расчетом потерь в преобразователе по математической модели, представленной в 5.2.

Рисунок 6 — Опорные рабочие точки (относительные частота тока статора и ток статора) для определения относительных потерь эталонного комплектного преобразователя (RCDM)

Потери в двигателе находят в соответствии с приложением D.

Допускаются отклонения относительной частоты вращения ротора от опорных рабочих точек (см. рисунок 4) в пределах номинального скольжения. При частоте 0 Гц допустимо отклонение до 12 %.

Оценка отклонений в дополнительных рабочих точках, при частичных нагрузках и уменьшении числа рабочих точек приведена в 8.4 и приложении D (D 4.3).

4.3 Потери в электроприводе и исполнительный механизм.

Алгоритм квазиматоматического моделирования

Модель для определения потерь и индекса энергоэффективности электромеханического комплекса (EEI). далее именуемая «квазиматематическая модель. КММ» (semi analytical model. SAM), включает физические и математические параметры и алгоритмы расчета потерь в компонентах комплекса.

Последовательность действий при определении индекса энергоэффективности представлена диаграммой на рисунке 7.

Диаграмма также иллюстрирует связь модели электропривода (левая часть диаграммы) с моделью исполнительного механизма (правая часть). Эта связь реализована в опорных рабочих точках комплектного электропривода при допустимых отклонениях. Для использования модели исполнительного механизма КММ необходимы данные о его рабочих точках.

Данные электромашиниой системы, содержащие потери в комплектном электроприводе (см. рисунок 2). определены в настоящем стандарте, тогда как квазианалитические модоли потребления энергии исполнительного механизма, приводимого в движенио электромашиниой системой, должны быть разработаны соответствующим комитетом. Пример электромеханического комплекса насоса приведен в IEC 61800-9-1. На рисунке 8 показано, как совместно используются источники информации.

Стандартизация квазианалитических моделей исполнительных механизмов для различных применений лежит в зоне ответственности соответствующих технических комитетов.

Настоящий стандарт устанавливает, как определить потери энергии в электромашинной системе. Комитет по стандартизации соответствующей категории продукции установит допустимые пределы отклонений данных оценок.

Р«б9И91ФШ

Двшьякшпрошымюйоютш    .........

I

ОЧ9»Ф 9»«р{р«фф**(гитасп1 мшараижл<*жжуо Витим

Рисунок 7 — Диаграмма последовательности действий при оценке индекса энергоэффвктивкости

электромеханического комплекса

Gem япмпрмоинни ясяи всмоам ш пусежпт,Аяя оцмм «цтффипнюнжтшммма» доцтум» aimwi о щещп(щча¥*.

электромеханического комплекса

4.4    Классы IE двигателей при питании от сети

В IEC 60034-30-1 определены классы IE двигателей при питании от сети в пределах от IE1 до IE4 (или IE5 соответственно изданию). Классы выше IE5 в настоящее время не используют.

4.5    Классы IE двигателей при питании от преобразователя

В соответствии с IEC 60034-30-1 гармонический состав напряжения комплектного преобразователя вызывает увеличение потерь в двигателе на 15 %—25 %.

Двигатели, не спроектированные для работы непосредственно от сети, должны быть классифицированы кодами IE по их потерям при работе с номинальным моментом и частотой вращения (при номинальной мощности) в соответствии с IEC TS 60034-30-2.

Коды IE двигателей, которые допускают работу непосредственно от сети, определены по IEC 60034-30-1, а для двигателей, которые могут питаться от комплектного преобразователя, — по IEC TS 60034-30-2. Потери в семи опорных рабочих точках могут быть экстраполированы по приложению D. Потери в этих точках могут быть даны производителем по оценке альтернативным методом в соответствии с IEC 60034-2-3.

4.6    Классы IE преобразователей частоты (комплектных преобразователей CDM)

Эталонный комплектный преобразователь (RCDM) должен иметь класс IE1.

Для того чтобы заявить класс энергоэффективиости комплектного преобразователя, не рассматривая результаты испытаний комплектного электропривода в целом, и отразить технологическое влияние наиболее существенных параметров, должна быть реализована так называемая «тестовая нагрузка».

Рабочие точки для определения класса IE должны быть взяты в соответствии с 4.2.

Активные преобразователи, соответствующие IEC TS 62578. являющиеся преобразователями, способными возвращать энергию, запасенную инерционными элементами, могут быть исключены из классификации IE. Относительные потери в таких активных преобразователях вдвое превышают потери в преобразователях без режима рекуперации. Поэтому существенный общий вклад активного выпрямителя в энергоэффективность не может быть адекватно оценен его классом IE. а сам активный выпрямитель с рекуперацией рассматривается как опция для электромеханического комплекса.

Комплектные преобразователи, имеющие суммарный гармонический ток ТНС 10 % и менее (в соответствии с IEC 61000-3-12), например преобразователи с коррекцией коэффициента мощности, могут быть исключены из классификации IE. Относительные потери в таких активных выпрямителях вдвое превышают потери в преобразователях с диодными выпрямителями. Однако основной вклад этих преобразователей выражается в более эффективном использовании сетей путем уменьшения потерь и пульсаций в их элементах.

4.7    Классы IES комплектных электроприводов

Комплектные электроприводы могут быть классифицированы в диапазоне от IES0 до IES2.

В настоящем стандарте классификация ограничена классами IES0. 1 и 2. Классы от IES3 до IES9 могут быть представлены в следующих изданиях настоящего стандарта.

Относительные потери в комплектном электроприводе могут быть определены методом расчета или эксперимента. Расчет может состоять в арифметическом суммировании абсолютных потерь в двигателе при питании от преобразователя и преобразователя со вспомогательным оборудованием.

Эталонный преобразователь (RPDS) (см. рисунок 4) классифицирован классом IS1.

4.8    Соответствие классов IE и IES

Следует учитывать, что классы энергоэффективности IE отдельных компонентов не могут суммироваться для определения класса IES комплектного электропривода.

Классификация IES комплектного электропривода может быть получена в соответствии с подразделом 4.9 только на основе детального выяснения потерь во всех компонентах.

Индивидуальные классы IE требуются для классификации компонентов без предварительного знания класса электромеханического комплекса.

В общем случае чем больше класс IE, тем выше энергоэффективность и меньше относительные потери.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и uat/e-нений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены наспюящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном инторнот-сайтв Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»

©IEC.2017 © Оформление. ФГБУ «РСТ», 2021

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

V	класс двюштвяее сттивыогсоти Энерпиффестноатъ	Класс дметмиА сттшвнжог преобреамиггеги Энйргоеффекпеностъ	греобрвйметмъ Потери, отенммв к номинальной мощности	алмгтрш^тр Потери, отеомедо к номинальной моа^юсти
	ЕО неиакгауели	1Е0 реоамггриееетая	1Е0-0олмчаы на25%>ыша нормвтатоп)	IES0-более чем не2й%ами
	~ШГ~ тонически доспеем	1ёГ~	IE1 - норштино* »кннио±2б %	1Еа1-нсршлиое тнсчмвте±20%
	Е2 доспммигфи уроеершрщгтюеи1июй пинт	IE2 реесмастржеегеа	IE2-более чан на ии»» нореттмного «ИННИН	IE82-более чвм н$20%мм» норшпмнота
	ЕЭ требует примата уюне*и9неп*оим«н	IES раоа«иггрмвмггси	ЕЭ реошетрм ввели	IES3 реоомотршеогее
	Е4 требует навей шимм	IE4 раоаиатрмингти	IE4 реооштри ввели	IBM регхигф—етля
	Е5 требует тмрвн11Д1ыие новые тоголопи	IE5 реоаистривмпм	О реооштри ввели	IEB3
	Ев не иеггапмуеля	IEB	IE6 реооштри ввели	IEB6
	Е7 не ишапмуетси	IE7	IE7 рассмотри ввели	IEB7
	Ев неишамуетая	О реамжтршеепи	1Ев реооштри ввели	IB96
	ЕВ неиаюплувтся	IEB рессиятрииитея	ВО рассмотри ввелся	IE88 ресоитримтея

П р и и еч ан и е- Классы 1Едампгшпай при питенииот оеги определены в IЕС 00034-30-1; отвесы Едетешогей тем питании от прообрвихитгай-в 1Е&90СЭД-ЭО-2.

Рисунок 9 — Соотношение классов IE и IES

4.9 Определение класса IES комплектного электропривода с использованием эталонного

и испытательного оборудования, а также руководства производителя

Методы определения потерь и классы IE двигателей приведены в IEC 60034-30 (все части) и на рисунке 9. Производитель также может установить класс IES электропривода, в котором используется его двигатель: в этом случае производитель должен определить относительные потери в данном двигателе при его питании от эталонного преобразователя.

Производитель комплектного преобразователя может получить информацию из той документации. в которой использованы методы, описанные в раздело 7. Это включает получение ожидаемых классов IES электропривода, состоящего из различных сочетаний преобразователя и двигателя с использованием методов, представленных в настоящем стандарте.

Любые или все возможные способы управления комплектным преобразователем могут быть использованы для получения минимальных потерь при эксплуатации электропривода, при этом они должны быть указаны в протоколе оценки энергоэффективности.

На рисунке 10 показана таблица применения испытательных и эталонных устройств для определения классов IE и IES. Она также позволяет производителю преобразователя или производителю двигателя установить класс IES электропривода при использовании сочетания испытательных и эталонных устройств.

Для производителя электропривода применима верхняя левая ячейка полей «Двигатель» и «Преобразователь».

Содержание

1    Область применения..................................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................................2

3    Термины, определения, обозначения и сокращения........................................3

3.1    Термины и определения...........................................................3

3.2    Обозначения и сокращения.........................................................5

4    Эталонный комплектный электропривод, эталонный комплектный преобразователь, эталонный

двигатель...........................................................................8

4.1    Общие положения ................................................................8

4.2    Опорные рабочие точки эталонных комплектного электропривода, комплектного

преобразователя и двигателя.......................................................9

4.3    Потери в электроприводе и исполнительный механизм. Алгоритм квазиматематического

моделирования..................................................................11

4.4 Классы IE двигателей при литании от сети...........................................13

4.5 Классы IE двигателей при питании от преобразователя................................13

4.6    Классы IE преобразователей частоты (комплектных преобразователей СОМ)..............13

4.7    Классы IES комплектных электроприводов...........................................13

4.8    Соответствие классов IE и IES.....................................................13

4.9    Определение класса IES комплектного электропривода с использованием эталонного и

испытательного оборудования, а также руководства производителя......................14

5    Математические модели комплектного преобразователя, двигателя и электропривода..........15

5.1    Общие положения............. 15

5.2    Потери в комплектном преобразователе............................................ .15

5.3    Потери в двигателе..............................................................23

5.4    Эталонный комплектный электропривод (RPDS)......................................24

5.5    Потери в рекуперативных режимах комплектного преобразователя.......................26

5.6    Потери в пускателях электродвигателей.............................................27

6    Предельные значения потерь и КПД классов IE и IES......................................27

6.1    Общие положения...............................................................27

6.2    Комплектный преобразователь.....................................................27

6.3    Двигатель......................................................................30

6.4    Комплектный электропривод.......................................................30

7    Определение потерь.................................................................32

7.1    Общие положения...............................................................32

7.2    Типовые испытания комплектного преобразователя для классификации IE................32

7.3    Типовые испытания комплектного электропривода для классификации IES................32

7.4    Процедуры определения потерь в преобразователе и электроприводе при работе с

частичными нагрузками ...........................................................33

7.5    Расчет потерь в комплектном преобразователе.......................................34

7.6    Расчет потерь в комплектном электроприводе........................................34

7.7    Метод измерения вход-выход......................................................34

7.8    Калориметрический метод определения потерь в комплектном преобразователе...........37

7.9    Условия испытаний комплектного преобразователя....................................38

7.10    Условия испытаний комплектного электропривода....................................39

7.11    Алгоритмы испытаний...........................................................39

8 Требования к пользовательской документации...........................................42

8.1    Общие положения...............................................................42

8.2    Информация для выбора..........................................................42

8.3    Информация для определения    класса энергоэффективности............................43

8.4    Информация для определения добавочных потерь и условий работы с частичной нагрузкой.. .43 Приложение А (обязательное) Потери в эталонных преобразователе, двигателе и электроприводе.. .45 Приложение В (справочное) Описание элементов электромеханического комплекса

с электроприводом с точки зрения их влияния на потери.......................50

Приложение С (справочное)    Топология преобразователя...................................60

Приложение D (справочное) Модель двигателя и интерполяция потерь.......................62

Приложение Е (справочное) Примеры применения расчета потерь комплектных преобразователей

и электроприводов.......................... 70

Приложение F (справочное)    Погрешность метода определения потерь........................76

Приложение G (справочное) Калориметрический метод определения потерь в преобразователе . .77 Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов

межгосударственным стандартам.........................................80

Библиография........................................................................81

Введение

Настоящий стандарт серии стандартов IEC 61800 разработан для оценки потерь энергии в комплектных преобразователях и комплектных электроприводах.

Требования к измерению энергоэффективности двигателей при несинусоидальном питании лежат в зоне ответственности Технического комитета IEC/TS 2 и публикуются в серии стандартов IEC 60034.

В подкомитете IEC/SC 22 G создана специальная комиссия для проработки этого вопроса, которая работает в тесном сотрудничестве с рядом других технических комитетов (например, 1ЕСЯБ 2, IEC/SC 121 А).

Подкомитет IEC/SC 22 G несет ответственность за все аспекты энергоэффективности и требования к экологически эффективному проектированию силовой электроники, коммутационной аппаратуры, устройств управления, комплектных электроприводов и их промышленных применений.

Ключевые принципы в стандартизации энергоэффективности иллюстрируются на рисунке 1. Принято соглашение о необходимости сформулировать приемлемую цель в качестве оптимального компромисса с учетом различных требований.

Рисунок 1 — Иллюстрация ключевых требований стандартизации энергоэффективности

Серия стандартов IEC 61800 не распространяется на механические компоненты.

Примечание 1 — Редукторные приводы (двигатель с встроенным редуктором) рассматриваются как комплектный электропривод (двигатель с преобразователем). Для классификации потерь в редукторных приводах можно обратиться к IEC 60034-30-1. Классы энертоэффективности редукторов в настоящее время находятся в рассмотрении.

IEC 61800-9-2 является частью серии стандартов IEC 61800. имеющей следующую структуру:

-    часть 1. Общие требования. Номинальные данные низковольтных электроприводов постоянного тока с регулированием частоты вращения;

-    часть 2. Общие требования. Номинальные данные низковольтных электроприводов переменного тока с регулированием частоты вращения;

-    часть 3. Требования по электромагнитной совместимости и специальные методы испытаний;

-часть 4. Общие требования. Номинальные данные электроприводов переменного тока на

напряжение свыше 1000 В и до 35 кВ включительно;

-    часть 5. Требования безопасности;

-    часть 6. Руководство по определению режима нагружения и соответствия номинальному току;

-    часть 7. Многофункциональный интерфейс и пользовательский профиль комплектных электроприводов;

-    часть 8. Спецификация напряжений на силовом входе;

-    часть 9. Экодизайн систем силовых электроприводов, пускателей электродвигателя, силовой электроники и ее приводов. Показатели энергоэффективности систем силовых электроприводов и пускателей электродвигателя.

Каждая часть в дальнейшем может быть в свою очередь разделена на отдельные части, публикуемые как международные стандарты, технические спецификации или технические отчеты. Причем некоторые из них к настоящему времени уже изданы: другие будут издаваться с продолжением нумерации, идентифицирующей номер данной отдельной части, например IEC 61800-9-2.

Все ключевые понятия, элементы и требования в настоящем стандарте заимствованы из EN 50598-2 CENELEC. опубликованного 19 декабря 2014 г., и согласованы в соответствующих технических комитетах.

Настоящий стандарт разработан в тесном сотрудничестве с другими техническими комитетами (IEC/TS 2, IEC/SC 121 А), а также комитетом потребительского сообщества CEN/TC 197 с целью обеспечения энергоэффективности и формулирования всеобъемлющих требований к экодизайну.

Ключевые формулировки.

-    требования к энергоэффективному проектированию комплектных электроприводов с учетом их нагрузки;

-    требования и классификация IE комплектных преобразователей (СОМ):

-    требования и классификация IES комплектных электроприводов (PDS);

-    определение потерь в комплектном электроприводе в сочетании с приводным механизмом для комплексной оценки энергоэффективности конечной продукции:

-    требования к проектированию экологически безопасных систем и декларированию совместимости электроприводов с окружающей средой.

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

СИСТЕМЫ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ

Часть 9-2

Энергоэффоктивность систем силовых электроприводов, пускателей электродвигателя, силовой электроники и электромеханических комплексов на их основе. Показатели энергоэффективности систем силовых электроприводов и пускателей электродвигателя

Adjustable speed electrical power drive systems. Part 9-2. Energy efficiency of power drive systems, electric motor starters, power electronics and electromechanical systems based on them. Energy efficiency indicators for power drive

systems and motor starters

Дата введения — 2022—01—01

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет показатели эиергоэффективности силовой электроники (комплектных преобразователей, комплектных электроприводов и пускателей электродвигателей), используемой в электроприводе.

Настоящий стандарт содержит методы определения потерь в комплектных преобразователях, комплектных электроприводах и системах движения.

Настоящий стандарт определяет классы IE и IES, граничные значения параметров в них и процедуры испытаний для классификации систем электропривода по общим потерям.

Кроме того, в настоящем стандарте содержится методология оптимального выбора наиболее энергоэффективного решения электропривода. Оно зависит от структуры привода, профиля нагрузки (частота вращения — момент) и рабочих точек во время функционирования.

Методология достижения комплексной энергоэффективности продукции представлена квазианалитическими моделями в IEC 61800-9-1.

Настоящий стандарт имеет следующую структуру:

-учтены потери в стандартизованном эталонном комплектном электроприводе, комплектном преобразователе и математическая модель для их расчета;

-    определены эталонный двигатель и эталонный комплектный преобразователь и показано их использование для установления класса энергоэффективности системы электропривода в том случае, когда один из компонентов неизвестен;

-    приведены требования к реальным комплектным электроприводам и преобразователям в сравнении с эталонными:

-    приведены требования к типовым испытаниям и пользовательской документации;

-    указаны потери в отдельных элементах электромеханической системы, которые приведены в приложениях A. D, Е;

-    представлены сведения о топологии электромеханической системы, приведенные в приложении С.

Конкретные данные по потерям энергии в эталонных двигателях, комплектных преобразователях и электроприводах и классификация IE приведены с учетом низких напряжений (свыше 100 и до 1000 В включительно), однокоординатных трехфазных электроприводов переменного тока. Редукторные двигатели рассмотрены как стандартные при возможности их отделения от редуктора.

Издание официальное

Все нормативные данные получены для электроприводов с асинхронными двигателями. Они также могут быть использованы для всех типов приводов с другими типами двигателей.

Применение настоящего стандарта технически возможно, но не обязательно для следующих видов оборудования:

-    высоковольтные комплектные преобразователи и электроприводы переменного тока напряжением свыше 1000 В;

-    низковольтные комплектные преобразователи и электроприводы переменного тока напряжением не выше 1000 В:

-    комплектные электроприводы большой мощности свыше 1000 кВт;

-    комплектные преобразователи большой мощности свыше 1209 кВА;

-    комплектные электроприводы малой мощности до 0.12 кВт;

-    комплектные преобразователи малой мощности до 0.278 кВА;

-    комплектные преобразователи других типов, отличных от преобразующих электроэнергию переменного тока в энергию переменного тока более чем в одной цепи;

-    комплектные электроприводы других типов, отличных от преобразующих электроэнергию переменного тока в механическую энергию на более чем одном валу;

-    комплектные электроприводы и преобразователи, способные возвращать энергию источнику питания.

-    комплектные электроприводы и преобразователи со входным током, имеющим суммарный гармонический ток (в соответствии с определением по IEC 61000-3-12) менее 10 %;

-    комплектные редукторные электроприводы, в которых двигатель и редуктор не могут быть разъединены, например ввиду однокорпусного исполнения;

-    сервоприводы (состоящие из преобразователя, двигателя и датчика положения);

-    комплектные электроприводы, поставляемые на рынок не в качестве отдельной продукции.

Примечание — Все части IEC 61800-9 не относятся к исполнительным механизмам, но обеспечивают базу для глобальной оценки энергоэффекгивности электромеханического комплекса в целом.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных — последнее издание (включая все изменения).

IEC 60038:2009, IEC standard voltages (Напряжения стандартные по МЭК)

IEC 60050-161. International electrotechnical vocabulary — Part 161: Electromagnetic compatibility (Международный электротехнический словарь. Глава 161. Электромагнитная совместимость)

IEC 60034-1, Rotating electrical machines—Part 1: Rating and performance (Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики)

IEC 60034-2-1:2014. Rotating electrical machines. Part 2-1: Standard methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles) [Машины электрические вращающиеся. Часть 2-1. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава)]

IEC TS 60034-2-3. Rotating electrical machines — Part 2-3: Specific test methods for determining losses and efficiency of converter-fed AC induction motors (Машины электрические вращающиеся. Часть 2-3. Специальные методы определения потерь и эффективности индукционных двигателей переменного тока с питанием от преобразователя)

IEC 60034-30-1. Rotating electrical machines — Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors (IE code) [Классы эффективности двигателей переменного тока, работающих от сети (код IE)]

IEC 60947-4-1, Low voltage switchgear and control gear — Part 4-1: Contactors and motor-starters — Electromechanical contactors and motor-starters (Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 4-1. Контакторы и пускатели. Электромеханические контакторы и пускатели)

IEC TS 61800-8, Adjustable speed electrical power drive systems — Part 8: Specification of voltage on the power interface (Системы силовых электроприводов с регулируемой скоростью. Часть 8. Электрические приводные системы с регулируемой скоростью. Часть 8. Спецификация напряжения на силовом сопряжении).

IEC TS 62578, Power electronics systems and equipment — Operation conditions and characteristics of active infeed converter (AIC) applications including design recommendations for their emission values below 150 kHz [Системы и оборудование для силовой электроники. Условия эксплуатации и характеристики преобразователя электрической энергии (AIC), включая требования к конструкции для значений излучения ниже 150 кГц]

3 Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1    Термины и определения

В настоящем стандарте применены основные термины и определения, установленные в IEC 60050-161. а также следующие термины с соответствующими определениями.

ИСО и МЭК поддерживают терминологические базы данных для использования в стандартах по следующим адресам:

-    Элекгропедия МЭК, которая доступна на http://www.electropedia.org

-    Онлайн-платформа просмотра ИСО. которая доступна на http://www.iso.org/obp

3.1.1    активный выпрямитель (active infeed converter. AIC): Автономный силовой электронный преобразователь независимо от технологии производства, топологии, напряжения и типоразмера, который расположен между сетью переменного тока и звеном постоянного тока (со свойствами источника тока или источника напряжения) и может передавать энергию в обоих направлениях, а также управлять реактивной мощностью или коэффициентом мощности.

Примечание 1 — См. IECTS 62578.

Примечание 2 — Международный электротехнический словарь (IEV)определяет термины «преобразователь со свойствами источника напряжения (VSC)» и «преобразователь со свойствами источника тока (CSC)» как преобразователи переменного тока в постоянный, поддерживающие и регулирующие соответственно напряжение или ток на выходе. Большинство активных выпрямителей представляют собой преобразователи с двунаправленным потоком энергии и имеют источник на стороне постоянного тока.

3.1.2    альтернативный метод определения КПД (alternate efficiency determination method, AEDM): Аналитическая модель, используемая производителем для вычисления потерь в целях общей оценки КПД электромеханического комплекса.

3.1.3    комплектный преобразователь (complete drive module. СОМ): Часть электропривода, состоящая из силового преобразователя, включенного между источником питания и двигателем, а также дополнительные устройства защиты, трансформаторы и вспомогательные устройства.

Примечание 1 — Преобразователь переменного тока в переменный (АС/АС frequency converter), питающий двигатель, в ряде государств обозначается термином «привод (drive)».

3.1.4    коэффициент амплитуды, пик-фактор (crest factor): Отношение абсолютного значения амплитуды сигнала к среднеквадратичному значению.

3.1.5    исполнительный механизм (driven equipment): Механическое оборудование, соединенное с валом двигателя.

3.1.6    индекс энергоэффективности (energy efficiency index. EEI): Величина, описывающая энергоэффективность электромеханического комплекса в целом.

Примечание 1 — Если электромеханический комплекс представляет собой насосную систему, индекс энергоэффективносги равен отношению требуемой энергии (фактической плюс потери) к теоретически потребляемой всем комплексом.

3.1.7    электромеханический комплекс (extended product. ЕР): Исполнительный механизм вместе с электромашинной системой или комплектным электроприводом.

Примечание 1 — См. рисунок2.

3.1.8    класс энергоэффективности (IE class): Классификация энергоэффективности компонентов электромеханической системы.

Примечание 1 — IE — аббревиатура термина «international efficiency».

3.1.9    класс энергоэффективности системы (IES class): Классификация энергоэффективности электромашинной системы (комплектного электропривода или редукторного двигателя).

Примечание 1 — IES — аббревиатура термина «international efficiency of systems».