馬達的 IE 效率等級（IE1~IE5）常被當成一句話帶過——「這顆是 IE3」。但實務上要準確判定一顆馬達屬於哪個等級，牽涉到選對標準、確認適用範圍、用正確的基準點量測，最後才是查表或套公式。這篇整理判斷流程，特別標出泵浦（pump）、風扇（fan）這類應用容易踩到的雷。
第一步：先分清楚該用哪份標準
「IE 等級」不是單一標準，依馬達的供電方式分成兩份完全不同的文件：
| IEC 60034-30-1 | IEC TS 60034-30-2 | |
|---|---|---|
| 適用對象 | 市電直驅（on-line/grid）馬達，50/60Hz 正弦波供電 | 變頻器驅動（variable speed）的馬達 |
| 涵蓋馬達類型 | 感應馬達為主 | 感應馬達（限變頻驅動）、永磁同步馬達（PMSM，含或不含磁阻轉矩成分）、同步磁阻馬達、直流激磁同步馬達 |
| 判定基準點 | 額定轉速、額定負載下直接量測 | 90% 額定轉速、額定轉矩下量測（見第三步） |
判斷原則：
- 馬達直接接市電運轉 → 用 30-1
- 馬達由變頻器驅動、非市電直驅 → 用 30-2
- 同時支援兩種運轉方式的「雙額定馬達」（例如 line-start PM motor）→ 一律用 30-1 的規則
PMSM／BLDC 這類馬達幾乎都是變頻驅動，很容易直接套用大家熟悉的 30-1 概念去理解「IE3」，但實際上該對照的是 30-2 的判定邏輯，兩者的量測基準點和門檻表都不一樣，不能混用。
第二步：確認馬達在不在涵蓋範圍內
在計算任何數字之前，先過這張清單，任一項不符合，這份標準就不適用：
| 條件 | 數值 |
|---|---|
| 額定功率 PN | 0.12 kW ~ 1000 kW |
| 額定電壓 UN | 50 V ~ 1 kV |
| 額定轉速 nN | 600 ~ 6000 rpm（與極數無關） |
| 冷卻方式 | IC410 / IC411 / IC416 / IC418（依 IEC 60034-6） |
| 運轉型態 | 連續運轉 S1，或 S3~S10 且工作週期 ≥80% |
| 環境溫度 | -20°C ~ +60°C |
| 海拔 | ≤4000 m |
| 非 servo 應用 | 見下方判定式 |
⚠️ 特別注意：一體式設計（尤其是 pump / fan / compressor）
標準原文明確排除：
Motors completely integrated with the driven machine (for example pumps, fans and compressors) that cannot be practically tested separately from the machine
白話講：如果馬達跟被驅動的機構（幫浦葉輪、風扇扇葉、壓縮機構）做成一體式設計，沒辦法把馬達單獨拆下來獨立測效率，這份標準直接不適用——不是「等級比較低」，而是根本沒有 IE 等級可言。這是實務上最容易誤判的地方：很多幫浦馬達、風扇馬達的效率規格是整組成品測出來的，而不是馬達本體單獨測試，遇到這種情況要先確認測試數據的來源，再決定能不能往下判定。
Servo 應用排除判定式
只要滿足下列任一式，該馬達視為 servo motor，不適用本標準（$P_N$ 單位 kW）：
- 最高轉速：$n_{max} > 6000 \cdot e^{-0.02 P_N - 0.4} + 3200$（1/min）
- 角加速能力：$\dfrac{T_{max}}{J} > 18000 \cdot e^{-1.3P_N - 1} + 5800$（1/s²）
第三步：用正確的基準點量測效率
這是最容易搞錯的一步。IE 等級判定不是用馬達在額定點（100% 轉速、100% 負載）量到的效率，而是在 90% 額定轉速、額定（或滿載）轉矩 這個工作點量測：
$$P_{90} = 0.9 \cdot P_N, \quad n_{90} = 0.9 \cdot n_N$$
若製造商未提供額定轉矩 $T_N$，用下式反推滿載轉矩：
$$T_{100} = \dfrac{P_N}{2\pi n_N}$$（$P_N$ 單位 W，$n_N$ 單位 1/s）
選 90% 而非 100% 的原因：確保磁通已達額定值、不受變頻器內部電壓降影響，同時跟變頻器（CDM）測試條件對齊。量到 η₉₀ 之後，還要扣除變頻器產生的諧波額外損耗才能拿去跟門檻比：
$$\eta_n = \dfrac{1}{\left(\dfrac{1}{\eta_{ref}} - 1\right) \cdot (1 + r_{HL}) + 1}$$
$r_{HL}$（諧波額外損耗係數）：
- 額定功率 ≤ 90 kW：15%
- 額定功率 > 90 kW：25%
判定規則：實測 $\eta_{90} \geq \eta_n$ 才算達到該等級，由 IE1 逐級往上比對，能達到的最高等級即為結果。
第四步：查參考效率值 ηref
分類維度是 額定功率 × 額定轉速區間（600–900 / 901–1200 / 1201–1800 / 1801–6000 rpm），與極數無關。以下摘錄中小功率常見範圍（單位：%，依序為四個轉速區間）：
| PN [kW] | IE1 | IE2 | IE3 | IE4 | IE5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.12 | 31.0/38.3/50.0/45.0 | 39.8/50.6/59.1/53.6 | 50.7/57.7/64.8/60.8 | 62.3/64.9/69.8/66.5 | 67.4/69.8/74.3/71.4 |
| 0.25 | 43.4/52.1/61.5/58.2 | 50.6/61.6/68.5/64.8 | 64.1/68.6/73.5/69.7 | 70.8/74.1/77.9/74.3 | 75.2/78.1/81.5/78.3 |
| 0.55 | 56.1/65.8/70.0/69.0 | 61.7/73.1/77.1/74.1 | 73.0/77.2/80.8/77.8 | 77.0/80.9/83.9/81.5 | 80.6/84.2/86.7/84.6 |
| 1.1 | 66.5/72.9/75.0/75.0 | 70.8/78.1/81.4/79.6 | 77.7/81.0/84.1/82.7 | 80.8/84.5/87.2/85.2 | 84.0/87.2/89.5/87.8 |
| 2.2 | 74.2/77.7/79.7/79.7 | 77.6/81.8/84.3/83.2 | 81.9/84.3/86.7/85.9 | 84.5/87.4/89.5/88.0 | 87.2/89.7/91.4/90.2 |
| 4 | 79.2/81.4/83.1/83.1 | 81.9/84.6/86.6/85.8 | 84.8/86.8/88.6/88.1 | 87.1/89.5/91.1/90.0 | 89.4/91.4/92.8/91.8 |
完整表格一路涵蓋到 1000kW，五個等級各一張，收錄於標準正文 Table 2~6。
功率不在表列整數點上時，0.12~200 kW 範圍可用內插公式計算，不用整張表硬查：
$$\eta_{ref} = A \cdot [\log_{10}(P_N)]^3 + B \cdot [\log_{10}(P_N)]^2 + C \cdot [\log_{10}(P_N)] + D$$
係數 $A/B/C/D$ 依「IE 等級 × 轉速區間」查表，分兩個功率段，結果四捨五入到小數點後一位：
0.12~0.64 kW（依序 A/B/C/D）：
| IE | 600–900 | 901–1200 | 1201–1800 | 1801–6000 |
|---|---|---|---|---|
| IE1 | 5.9466/7.9458/40.441/66.146 | -45.9652/-87.1474/-8.2383/68.7303 | 16.7271/12.7136/25.947/76.174 | 11.924/6.3699/30.0509/76.6136 |
| IE2 | 6.4855/9.4748/36.852/70.762 | -15.9218/-30.258/16.6861/79.1838 | 17.2751/23.978/35.5822/84.9935 | 22.4864/27.7603/37.8091/82.458 |
| IE3 | -0.5896/-25.526/4.2884/75.831 | -17.361/-44.538/-3.0554/79.1318 | 7.6356/4.8236/21.0903/86.0998 | 6.8532/6.2006/25.1317/84.0392 |
| IE4 | -4.9735/-21.453/2.6653/79.055 | -13.0355/-36.9497/-4.3621/82.0009 | 8.432/2.6888/14.6236/87.6153 | -8.8538/-20.3352/8.9002/85.0641 |
| IE5 | -9.5776/-30.1627/-4.5962/81.2564 | -6.1120/-23.1331/1.6331/86.0990 | 11.0118/8.3635/16.0368/90.5323 | -7.0239/-16.9944/8.1621/87.7915 |
0.65~200 kW（依序 A/B/C/D）：
| IE | 600–900 | 901–1200 | 1201–1800 | 1801–6000 |
|---|---|---|---|---|
| IE1 | 2.4433/-13.8/30.656/65.238 | 0.0786/-3.5838/17.2918/72.2383 | 0.5234/-5.0499/17.4180/74.3171 | 0.5234/-5.0499/17.4180/74.3171 |
| IE2 | 2.1311/-12.029/26.719/69.735 | 0.0148/-2.4978/13.2470/77.5603 | 0.0278/-1.9247/10.4395/80.9761 | 0.2972/-3.3454/13.0651/79.077 |
| IE3 | 0.7189/-5.1678/15.705/77.074 | 0.1252/-2.613/11.9963/80.4769 | 0.0773/-1.8951/9.2984/83.7025 | 0.3569/-3.3076/11.6108/82.2503 |
| IE4 | 0.6556/-4.7229/13.977/80.247 | 0.3598/-3.2107/10.7933/84.107 | 0.2412/-2.3608/8.446/86.8321 | 0.34/-3.0479/10.293/84.8208 |
| IE5 | 0.6183/-4.2672/12.0866/83.5379 | 0.3394/-2.8578/9.2088/86.8489 | 0.2459/-2.136/7.1743/89.1712 | 0.3106/-2.6854/8.7516/87.4633 |
常見誤區總結
- 認錯標準——PMSM/變頻驅動馬達套用 30-1 的邏輯或門檻值，兩份標準判定基準點不同，結果會錯
- 忽略一體式排除條款——pump/fan/compressor 若無法單獨測馬達本體效率，整份標準不適用，不是「算出來等級比較低」
- 拿額定點效率當 η₉₀ 用——判定基準是 90% 額定轉速，不是 100%，兩者效率通常有落差
- 忽略諧波損耗修正 rHL——少了這一步，門檻值會偏樂觀
- 忽略運轉型態假設——門檻表基準是連續運轉（S1），頻繁啟停的短時運轉型態直接套用會失真
按這五步驟走一遍，才是完整、站得住腳的 IE 等級判定，而不是「查個數字對一下表」這麼單純。
後記：真的做出來之後
寫這篇筆記的時候，功能其實還沒真的動工。這幾天把它做出來，才發現「查標準」跟「做出來能不能用」完全是兩件事。
一個意外的心得：90% 位移，對模擬資料到底有沒有意義？ 這篇筆記裡寫的「為什麼要用 90% 轉速位移」，理由是避開變頻器內部電壓降造成的量測不確定性——但這是為了「實測」設計的考量。系統裡的效率地圖是 Motor-CAD 模擬出來的，直流匯流排電壓是自己設定的已知輸入，沒有「換一台驅動器結果不一樣」這種不確定性。這代表這套位移邏輯照搬過來，理由沒那麼站得住腳——但為了跟標準原文、未來如果有實測數據要對照時口徑一致，還是決定照做。
還有一個觀察，可能比上面那個更值得記錄。 小功率風扇馬達的 IE5 門檻其實訂得偏低（0.12kW 級距大概只要 70~80% 效率），稍微用心設計的 PMSM 風扇馬達效率動輒 85%+，很容易整張效率地圖都封頂在 IE5，看不出鑑別力。查標準查得再仔細，也不代表這個分級對「風扇馬達互相比較」這件事真的有用——這個問題比任何一個程式 bug 都更根本，還在評估要不要繼續留著這個功能。
如果想自己試算看看，Motor Toolkit 的 Efficiency Map 工具裡加了一個簡化版的 IE Class Calculator——貼上轉速/扭矩/效率資料，選一個候選點，就能直接判定假設性 IE 等級，公式跟這篇筆記講的一致。