淺談銅對(duì)電動(dòng)機(jī)能效提升作用

　　銅具有特別優(yōu)異的導(dǎo)電性能，這也是銅在電能供應(yīng)及使用領(lǐng)域中大量應(yīng)用的原因。銅在電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)于提高電動(dòng)機(jī)的能效具有非常重要的意義,作為銅在高效電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)成功案例，鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)具有效率高、材料成本低、重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。下面本文將著重討論銅對(duì)電能使用的主要設(shè)備－電動(dòng)機(jī)能效提高方面的作用。

　　作為生產(chǎn)生活中最重要的動(dòng)力設(shè)備之一，電動(dòng)機(jī)承擔(dān)著將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的作用。根據(jù)美國(guó)能源部的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)電動(dòng)機(jī)的用電量占工業(yè)總用電量的2/3，占其全部用電量的1/2，電動(dòng)機(jī)所傳遞的能量消耗其一次能源總量的20%。歐盟的統(tǒng)計(jì)資料顯示，當(dāng)年歐盟的總用電量為17000億kWh，而其中電動(dòng)機(jī)的用電量為7190億kWh，占其總用電量的42%。同時(shí)，目前我國(guó)電動(dòng)機(jī)的耗電量約占我國(guó)社會(huì)總用電量的60%左右。

　　正是由于電動(dòng)機(jī)在工業(yè)用電中所占的比重如此之大，提高電動(dòng)機(jī)的能效對(duì)于促進(jìn)能源的節(jié)約利用，保護(hù)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展都具有非常重要的意義。根據(jù)歐盟有關(guān)專家預(yù)測(cè)，歐盟的工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中異步電動(dòng)機(jī)的用電量將達(dá)到8720億kWh，如果能將不同功率的電動(dòng)機(jī)的效率提高1％-6％，屆時(shí)可以節(jié)約電能3%左右，價(jià)值26億歐元（10歐分/kWh）。同樣，在美國(guó)，電動(dòng)機(jī)的效率僅僅提高一個(gè)百分點(diǎn)，每年就能節(jié)省約200億kWh的電能，價(jià)值14億美元（7美分/kWh）。在我國(guó)，為了落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，提高電動(dòng)機(jī)能效水平具有十分重要的意義。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程已被列入我國(guó)“十一五”期間實(shí)施的十大節(jié)能工程，這也充分體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)節(jié)能工作的重要性。

　　要想提高電動(dòng)機(jī)的能效，就需要降低電動(dòng)機(jī)的損耗，以目前使用最為普遍的三相交流異步電動(dòng)機(jī)為例，電動(dòng)機(jī)的損耗主要包括鐵心損耗、定、轉(zhuǎn)子銅損、風(fēng)摩損耗以及雜散損耗， 它們占電動(dòng)機(jī)總損耗的比例以及主要影響因素如下表所示：

　　從表中可以看出，定、轉(zhuǎn)子的銅損占電動(dòng)機(jī)總損耗的很大一部分，而銅正好可以在降低電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子損耗方面發(fā)揮重要的作用。對(duì)于定子繞組銅損PCu1主要為滿載時(shí)定子繞組在運(yùn)行溫度下的電阻損耗。定子繞組銅損耗計(jì)算公式為：

　　定子銅耗在電動(dòng)機(jī)損耗中占有相當(dāng)大的比例。如何降低定子銅耗，對(duì)提高電動(dòng)機(jī)的效率非常關(guān)鍵。降低定子銅耗就是降低定子電阻R1和定子電流I1。因?yàn)槎ㄗ与娮鑂1 =ρL /S , 故降低定子電阻就是通過縮短線圈長(zhǎng)度L、加大每圈導(dǎo)線截面S和降低導(dǎo)線電阻率ρ來實(shí)現(xiàn)。

　　由于銅所具有的極低的電阻率，因此絕大多數(shù)電動(dòng)機(jī)都采用銅線來制作電動(dòng)機(jī)的定子繞組。對(duì)于已經(jīng)使用銅繞組的電動(dòng)機(jī)而言，增大銅線截面是發(fā)展高效電機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵措施。近年來已率先開發(fā)出來的一些高效電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比，銅繞組的使用量增加25～100%。 

　　對(duì)于轉(zhuǎn)子損耗，目前絕大多數(shù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子都是鑄鋁轉(zhuǎn)子，如果使用鑄銅轉(zhuǎn)子替代目前鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)廣泛使用的鑄鋁轉(zhuǎn)子，電動(dòng)機(jī)的總損耗將可以顯著下降，從而提高電動(dòng)機(jī)的整體效率。使用鑄銅轉(zhuǎn)子可以制造出高效甚至超高效的電動(dòng)機(jī)。在同樣的電動(dòng)機(jī)尺寸條件下，可以達(dá)到更高的電機(jī)能效水平。例如，從歐盟的能效標(biāo)準(zhǔn)EEF2，升高到更高的能效標(biāo)準(zhǔn)EFF1?；蛘?，從為普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)制定的EPACT（美國(guó)聯(lián)邦能效法規(guī)）升級(jí)到NEMA（國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)）Premium超高效標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)鑄銅轉(zhuǎn)子的特性重新設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子，可以最大限度的提高效率，以達(dá)到更高的甚至Super Premium超超高效的能效標(biāo)準(zhǔn)。