IEC TS 60034-252022 旋转电机.第25部分电力驱动系统用交流电机.应用指南标准立项发展报告

旋转电机第25部分：电力驱动系统用交流电机应用指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:RotatingElectricalMachines-Part25:ACElectricalMachinesUsedinPowerDriveSystems-ApplicationGuide摘要关键词：旋转电机；电力驱动系统；应用指南；国际电工委员会；技术规范；标准转化；能效提升；系统集成Keywords:Rotatingelectricalmachines;Powerdrivesystems;Applicationguide;IEC;Technicalspecification;Standardconversion;Energyefficiencyimprovement;Systemintegration一、引言1.1研究背景电机作为工业领域应用最为广泛的动力设备，其用电量占全社会总用电量的比重超过50%，在工业领域这一比例更是高达70%左右。随着全球能源结构转型和“双碳”目标的深入推进，提升电机系统能效已成为各国节能减排的重要抓手。与此同时，电力电子技术、变频驱动技术、智能控制技术的快速发展，使得交流电机不再以单纯的独立设备形态运行，而是越来越多地以电力驱动系统（PowerDriveSystem,PDS）的集成形态出现在各类工业装备中。在这一技术演进背景下，传统的旋转电机标准主要侧重于电机制造本身的性能要求和试验方法，而电力驱动系统涉及的电机的非正弦供电运行、变频器与电机的相互影响、系统级电磁兼容、绝缘系统承受的额外应力、噪声振动特性变化等一系列应用层面的技术问题，亟需专门的标准予以规范和指导。IECTS60034-25正是为回应这一需求而制定的技术规范。1.2标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS60034-25:2022||标准名称|旋转电机第25部分：电力驱动系统用交流电机应用指南||英文名称|Rotatingelectricalmachines-Part25:ACelectricalmachinesusedinpowerdrivesystems-Applicationguide||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||发布日期|2022年6月27日||分类号|旋转电机综合||国别|国际组织||语言|英语|该标准隶属于IEC60034（旋转电机）标准家族，是其中专门针对电力驱动系统应用场景的技术规范文件。IEC60034系列标准是国际范围内旋转电机领域最具权威性和影响力的标准体系，涵盖了旋转电机的定额、性能、试验方法、安装与防护等多个方面。IECTS60034-25作为该系列中的技术规范（TechnicalSpecification,TS），其技术内容较正式国际标准（IS）更具前瞻性和灵活性，旨在为新兴技术领域提供及时的标准指引。二、标准立项背景与需求分析2.1技术发展驱动电力驱动系统的技术演进经历了从简单的定速驱动到高性能变速驱动的深刻变革。在传统的工频直接供电模式下，交流电机的运行工况相对固定，设计时只需考虑额定工况下的性能指标即可。然而，随着变频驱动技术的广泛普及，电机在实际运行中面临的不再是标准的正弦波供电，而是变频器输出的含有丰富谐波分量的非正弦供电。这种供电方式的变革给电机运行带来了诸多新的技术挑战，具体体现在以下几个方面：第一，绝缘系统的额外电应力。变频器采用脉宽调制（PWM）技术输出电压脉冲，在电机端子处产生陡峭的电压上升沿，电压变化率（dv/dt）可达数千伏每微秒。这种高频脉冲电压在电机绕组匝间产生不均匀的电压分布，长期运行可能导致绝缘材料的早期老化和失效。尤其是在变频器与电机之间电缆较长的情况下，由于阻抗不匹配导致的电压反射现象，电机端子的过电压幅度可达直流母线电压的两倍。第二，轴承电流与电腐蚀问题。高频共模电压通过电机内部的寄生电容耦合，在轴承上形成轴电压。当轴电压超过轴承润滑油膜的击穿阈值时，将产生轴承电流，导致轴承滚道和滚动体表面出现电蚀现象（俗称"电蚀纹"或"搓板纹"），严重影响轴承寿命和电机运行的可靠性。第三，附加损耗与温升问题。非正弦供电电流中的谐波分量在电机内部产生附加铜耗和铁耗，导致电机温升较正弦供电时显著增加。这一方面要求电机设计时预留足够的温升裕度，另一方面也对冷却系统的设计提出了更高要求。第四，噪声与振动特性的变化。变频供电引入的时间谐波和空间谐波相互作用，会产生不同于正弦供电时的新电磁力波分量，导致电机噪声和振动的频谱特征发生显著变化，在某些频率点可能出现共振放大现象。第五，低速运行时的散热问题。在矢量控制或直接转矩控制等高性能调速应用中，电机可能长时间运行在低速大转矩工况，此时电机自带风扇的冷却效果随转速降低而大幅衰减，必须采用独立强迫通风或其他附加冷却措施。第六，系统匹配与选型问题。电机与变频器的匹配并非简单的功率对应关系，还需要考虑额定电压等级、调速范围、过载能力、动态响应特性、弱磁性能、制动方式等多个维度的匹配问题。选型不当轻则影响系统性能，重则导致设备损坏。上述技术问题的系统性解决，需要从应用层面出发，建立一套完整的导则性技术文件，为电力驱动系统中交流电机的正确选择和应用提供技术指引。2.2市场需求分析从全球范围来看，变频驱动市场持续保持增长态势。根据相关行业研究数据，全球低压交流变频器市场规模已超过200亿美元，且仍以每年5%~7%的速度增长。在工业电机市场中，变频电机（即设计用于变频驱动的电机）的市场占比逐年提升，在新安装的工业电机中已占据主导地位。从区域来看，亚太地区是全球最大的变频驱动市场，中国则是其中增长最为迅速的国家之一。在中国制造2025、产业结构升级和绿色低碳发展等多重政策引导下，国内电机系统和变频驱动技术的应用深度和广度均在持续拓展。在这种背景下，业界对于电力驱动系统用交流电机的选型、匹配、运行、维护等方面的标准化指导需求十分迫切。IECTS60034-25（原为IEC/TS60034-25:2014，后经修订于2022年发布新版）正是基于上述技术和市场双重需求而制定和更新的。该标准的制定汇聚了来自全球电机制造商、变频器制造商、系统集成商、科研机构和终端用户的技术专家，代表了国际范围内在电力驱动系统电机应用领域的技术共识。三、标准技术内容框架3.1标准的定位与适用范围IECTS60034-25:2022作为IEC60034系列标准家族中的应用指南类文件，其定位在于填补旋转电机基础标准与电力驱动系统集成应用之间的衔接空白。该标准适用于额定电压不超过交流1000V的电力驱动系统用交流电机，包括异步电机（感应电机）和同步电机（包括永磁同步电机和磁阻电机），涵盖了这些电机在变频器供电下的选型、安装、调试、运行和维护等各个应用环节。需要特别指出的是，该标准并不替代IEC60034系列中的产品标准（如IEC60034-1关于旋转电机定额与性能的规定、IEC60034-2-1关于损耗和效率的试验方法等），而是作为应用层面的补充指导，为工程实践提供系统性的技术指引。从标准体系的层级关系来看，IECTS60034-25位于产品标准之下、用户应用技术文件之上的中间层级，起到连接产品性能要求和工程实践应用的桥梁作用。3.2主要技术内容该技术规范的核心技术内容包括以下几个主要板块：（一）变频器供电与电机端电压特征。标准详细描述了PWM变频器输出电压的特征参数，包括脉冲幅值、上升时间、开关频率、调制方式等，以及这些参数如何影响电机端子的电压波形质量。标准给出了不同电缆长度条件下电机端过电压的估算方法，以及抑制过电压的工程措施建议，包括加装输出电抗器、du/dt滤波器、正弦波滤波器等。（二）绝缘系统的耐压要求与评估方法。针对变频供电下电机绝缘承受的额外电应力，标准引入了脉冲耐压测试的概念和方法，规定了电机匝间绝缘和主绝缘在重复脉冲电压下的试验要求和评估准则。这些内容与IEC60034-18-41（关于变频电机绝缘系统的评估）形成呼应和补充。（三）转矩-转速特性与选型匹配。标准给出了变频调速电机的典型转矩-转速特性曲线，分析了不同负载类型（恒转矩负载、平方转矩负载、恒功率负载）下电机和变频器的匹配要求，以及过载能力、起动转矩、弱磁调速范围等技术指标的选取原则。（四）热行为与冷却方式的考量。针对变频调速工况下电机在不同转速点的散热能力变化，标准提出了热行为评估的方法框架，包括不同冷却方式（自扇冷、独立强制风冷、液体冷却等）的适用性分析，以及低速持续大转矩工况下的降额使用建议。（五）轴承保护与轴电流抑制。标准系统性地梳理了轴承电流的产生机理、危害特征和抑制措施，包括绝缘轴承的应用、轴接地碳刷的安装、共模电抗器的配置、以及屏蔽电缆的正确接地方式等工程措施。（六）电磁兼容（EMC）考量。电力驱动系统作为主要的电磁干扰源之一，其电磁兼容性能对系统的稳定运行和周边设备的正常工作有重要影响。标准给出了电机与变频器组合系统的EMC设计建议，包括电缆屏蔽、接地系统设计、滤波措施等。（七）噪声与振动的评估与抑制。标准介绍了变频供电条件下电机噪声和振动的变化特征，给出了噪声和振动水平评估的参考方法，以及针对电磁噪声优化的控制策略建议。（八）调试、运行与维护指南。标准为电力驱动系统的现场调试、试运行、日常维护和故障诊断提供了系统性指导，包括调试前的检查项目、试运行的程序步骤、运行中的监测参数、定期维护的检查内容以及常见故障的诊断方法等。四、标准修订变化与技术升级IECTS60034-25:2022取代了此前发布的IEC/TS60034-25:2014版本。与2014版相比，2022版在以下方面进行了重要修订和完善：技术内容更新方面，新版本充分反映了近年来电力电子技术和电机设计技术的最新进展。例如，在绝缘系统评估方面，纳入了碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带功率半导体器件带来的更高电压变化率和更高开关频率对电机绝缘的新挑战；在轴承电流防护方面，补充了针对高速电机和大型电机的轴承电流风险等级评估方法。结构调整优化方面，新版本对部分章节进行了重组和优化，使得技术内容更加条理清晰，查阅使用更加便捷。同时，增加了部分图表和工程实例，提高了标准的可操作性。与其他标准的协调性方面，新版本加强了与IEC60034系列其他部分、IEC61800系列（可调速电力驱动系统）以及IEC60068系列（环境试验）等相关标准的协调衔接，使标准的应用更加一体化和系统化。五、标准解读与应用要点5.1核心设计理念IECTS60034-25:2022遵循的基本原则是"系统化思维"。该标准强调，电力驱动系统的性能不仅取决于电机本身的品质，更取决于电机、变频器、控制器、传感器、电缆、机械负载等各个子系统之间的匹配和协同。因此，标准的各项技术内容均从系统层面出发，注重各部件之间的接口关系和相互作用，力求为工程实践提供整体性的技术解决方案。5.2对工程实践的指导价值从工程应用的角度来看，IECTS60034-25:2022的实践指导价值集中体现在以下方面：在设备选型阶段，标准为工程师提供了系统性的选型参数框架，帮助其综合考虑电压等级、功率范围、调速比、过载倍数、环境条件等多维度因素，避免选型裕度不足或过度设计。在系统设计阶段，标准对变频器与电机之间的接口匹配、电缆选型和布线方案、滤波和保护装置的配置、接地系统设计等给出了具体的技术建议，有效减少系统设计中的"常见病"和"多发病"。在调试和运行阶段，标准提供的调试流程、监测指标和维护策略，可以帮助运维人员建立规范化的工作流程，降低非计划停机率，延长设备的使用寿命。5.3标准的技术引领意义同时，该标准对能效问题的关注也直接呼应了全球节能降碳的政策导向。通过指导电力驱动系统的合理选型和优化运行，减少因匹配不当导致的效率损失，该标准的推广应用对于实现工业领域的低碳转型具有积极意义。六、主要参与单位介绍IECTS60034-25:2022由IEC/TC2（旋转电机技术委员会）组织制定。IEC/TC2是国际电工委员会中负责旋转电机标准化工作的专业技术委员会，其秘书处长期由英国承担（目前由BSI英国标准协会担任）。IEC/TC2的工作范围涵盖旋转电机（不包括牵引电机和航空电机）的标准化工作，包括但不限于：定额与性能、额定值分类、试验方法、尺寸与安装布置、防护等级、冷却方式、噪声限值、振动等级、绝缘系统评估等。TC2下属多个工作组（WorkingGroup）和维护组（MaintenanceTeam），分别负责IEC60034系列标准各部分的制修订工作。其中，负责IECTS60034-25的工作组汇集了来自全球主要电机制造商（如ABB、西门子、WEG等）、变频器制造商、科研院所和检测认证机构的国际顶尖专家。在各国标准化机构中，中国电机行业的骨干企业、高校和科研院所也深度参与了该标准的制修订工作，积极贡献了中国在变频电机设计制造和工程应用方面的实践经验和技术成果。全国旋转电机标准化技术委员会（SAC/TC26）持续跟踪该标准的技术动态，并组织国内专家参与国际标准制修订工作，为标准的完善贡献了中国智慧。七、结论与展望IECTS60034-25:2022作为国际范围内电力驱动系统用交流电机应用领域的重要技术规范，以其系统化、工程化的技术视角，为电机制造商、变频器供应商、系统集成商和终端用户提供了统一的技术语言和应用准则。该标准不仅有效填补了基础产品标准与系统集成应用之间的空白，更对提升电力驱动系统的整体能效水平、运行可靠性和安全性具有直接的技术推动作用。展望未来，随着新一代功率半导体器件的持续渗透、电机数字化智能化水平的不断提高、以及工业绿色低碳转型的深入推进，电力驱动系统用交流电机的技术要求和应用模式将持续演进。可以预见，IECTS60034-25将在后续的维护和修订中不断纳入新技术成果，保持其技术先进性和行业指导价值。参考文献[1]IECTS60034-25:2022,Rotatingelectricalma