大同勤耕IE3高效率馬達 助工業界強化節能

大同公司電力事業群馬達事業部馬達設計處處長吳穎鴻。

綜觀全球，一般工業部門用電佔國家總體用電量4？6成，而馬達用電佔工業部門總用電量7成，據此推估馬達佔一國總耗電高達近50%，因此其效率若可提升1？2%，對於舉國節能減碳目標之落實，可望產生極大助益；故而高效率馬達之推廣，實已成為重要課題。

無庸置疑，馬達一向堪稱最簡潔便利的動力來源，所以被廣泛使用於工商業或家庭之各式轉動機械設備；由於被採用頻率高，若將所有馬達耗電量予以加總，便已佔去一個國家總售電量之半壁江山，因此如何提升馬達能源效率，著實至關重大。

在此前提下，美國能源獨立與安全法(EISA 2007)於2010年12月生效，要求廠商須生產符合美國電機製造協會(NEMA)Premium標準(等同於IE3等級)之高效率馬達，此外包括歐盟、日本等適用國際電工委員會IEC標準的地域，則紛紛自2015年開始實施IE3；由此觀之，高效率馬達已蔚為舉世潮流。

大同公司電力事業群馬達事業部馬達設計處處長吳穎鴻表示，其司投入高效率馬達的研發與製造，迄今已有長達10餘年歷程；早在1997年，即生產符合美國EPAct法案的高效率馬達(相當於IE2等級)，後續伴隨EISA新法案出爐，也亦步亦趨供應NEMA Premium 1~200Hp全系列馬達產品。

各區域規範差異  考驗供應商技術

基於過往外銷歷練，吳穎鴻指出，各國針對馬達制定的規範差異甚大，要想提供全球適用的IE3高效率馬達，因應南轅北轍的規範條件，又能力求在產品製造、設計及材料選用等面向，找到最佳平衡點，著實考驗供應商的能耐。

以美國為例，雖然在實施高效率馬達的期程上，向來領先全球，但因NEMA標準對於馬達框號無限制，換言之，馬力極數與框號大小並無直接連結，所以供應商生產較有彈性，依靠適度增長鐵心及增加銅導體，即可達到高效率門檻。

反觀日本JIS、台灣CNS過去的標準規範，則在馬力極數與框號之間，設下直接的連結限制，亦即每一個額定馬力極數對應固定的框號，也就是有固定的外部安裝尺寸規格，長期受到兩地區所有用戶的採納與遵循。

影響所及，現今如欲以高效率IE2或IE3馬達直接汰舊換新，縱使效率提升，外部安裝尺寸皆需維持與過去一致，另一方面，日本市場更有不同電壓頻率額定下(200V/220V，50Hz/60Hz)都須達到IE3的需求，在此限制下，並非單純投放更多銅導體與增長鐵心之舉即可，必須另謀突破之道。因此吳穎鴻認為，欲生產台、日適用的IE3高效率馬達，不論從成本或技術角度來看，無疑都是一項挑戰。

改良設計與材料  找出效率突破之道

吳穎鴻解釋，馬達內部構造其實很簡單，涵蓋一個由眾多矽鋼片堆疊而成的定子和轉子鐵心圓筒，圓筒內有許多槽孔，用以穿過銅或鋁導體，電流與磁力線通過導體與鐵心產生的電磁損失就是馬達損失的主要來源，所以增加佈放銅導體與增長鐵心，是減少損失提升效率的基本方法。

除了這種增加銅鐵材料降低銅損及鐵損的做法，其他降低機械損及雜散損的方法也要考量，諸如轉軸承或風扇旋轉磨損擦所導致的機械損失，優化風扇及風路循環的設計，藉以帶出更理想的散熱效果，改善風扇效率。

另在電機方面，舉凡槽形與數量的匹配設計、導線匝數的設計，都存在值得優化調整的空間。但吳穎鴻強調，試圖單從電機或機械層面推動設計改善，乃至於搭配材料面選用等級較高的鐵心進行改善，拉升效率的幅度，很難與增用銅鐵效果相提並論，必須各面向綜合考量，取得最佳平衡效果。

儘管台灣預定自2016年7月1日起實施IE3，但大同已在2014年6月提前推出適用於台灣的IE3高效率馬達產品，但仍持續針對設計手法、材料選用等方向，尋求更佳的協調效果，舉凡散熱鰭片構形、外殼厚薄、風扇構形、槽形設計等種種細膩環節，都不斷嚐試精進與突破，規劃在2016年之前推出進階版產品。

吳穎鴻重申，雖然高效率馬達購置成本較高，難免令用戶望而卻步，但事實上，馬達使用壽命長達10~20年之久，以產品生命週期角度來看，購置成本佔比甚為輕微，電費支出反倒位居大宗；因此用戶即便因引進高效率馬達而支付較高代價，後續持續運轉期間所獲得的節電成效，即可實現回本目標，足見高效率馬達深具價值，值得善加投資。