
3.鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)
以下就詳細(xì)介紹銅在提高電動機(jī)能效方面應(yīng)用的實例-鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)。
使用鑄銅轉(zhuǎn)子的電動機(jī)可以有效降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)子損耗,從而幫助提高電動機(jī)的效率,在電動機(jī)損耗降低的同時,由于轉(zhuǎn)化為熱能的能量減少,從而使得轉(zhuǎn)子以及定子線圈溫度降低。較低的溫度就意味著可以使用較小的風(fēng)扇甚至不使用風(fēng)扇,這將會減少附加零件的摩擦損失以及空氣阻力的損失,從而進(jìn)一步提高電動機(jī)的效率。同時,由于電動機(jī)的工作溫度的降低,將大大延長電動機(jī)的壽命和降低維修費(fèi)用。按照一般規(guī)律,電動機(jī)的溫度每降低10 攝氏度,絕緣材料的壽命就增加一倍。在正常維修的情況下,鑄銅轉(zhuǎn)子的電動機(jī)具有更久的使用壽命以及更高的使用可靠性。
由于銅的低電阻率,相同感應(yīng)電壓下轉(zhuǎn)子中的電流要大于鑄鋁轉(zhuǎn)子,因此可以使用較少的材料來制造相同功率和效率的電動機(jī)。正是由于所用材料的減少,使得鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)在功率和效率相同的情況下,比傳統(tǒng)電動機(jī)具有更低的材料成本,較小的重量以及更小的體積。同時,由于鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)所具有的以上優(yōu)點,為電動機(jī)的設(shè)計以及制造廠商提供了更大、更靈活的設(shè)計空間——既可以追求高效率,也可以追求低成本、小體積、低重量,或者在幾者之間進(jìn)行平衡。
雖然鑄銅轉(zhuǎn)子具有很多優(yōu)點,但由于鑄銅轉(zhuǎn)子生產(chǎn)的困難性,使得目前電動機(jī)廣泛使用的仍然是鑄鋁轉(zhuǎn)子。鑄銅轉(zhuǎn)子生產(chǎn)的難點是:銅的純度以及很高的壓鑄溫度。銅壓鑄的澆注溫度在1100 攝氏度左右,而鋁壓鑄的澆注溫度僅為700攝氏度左右。這樣高的澆注溫度對于模具以及壓鑄機(jī)的壓室都是很大的考驗。這也成為了目前影響鑄銅轉(zhuǎn)子廣泛應(yīng)用的主要障礙。近年來國際銅業(yè)協(xié)會在美國能源部的支持下,進(jìn)行了銅壓鑄工藝的研究。目前已解決高溫模具的材料以及相關(guān)的壓鑄工藝問題,從而使得經(jīng)濟(jì)的大批量生產(chǎn)鑄銅轉(zhuǎn)子成為了可能。
國際銅業(yè)協(xié)會所進(jìn)行的相關(guān)研究工作證明了鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)所具有的一系列的優(yōu)點。表1所示為1.1kW,5.5kW,11kW,37kW 鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)和傳統(tǒng)類型電動機(jī)性能以及各項損耗的對比。表中各項數(shù)據(jù)的測試方法采用IEEE 112-B。
從表中可以清楚的看出鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)所具有的高效率、低溫升的特性。表中的四種型號電動機(jī)的效率都達(dá)到或超過了EFF1 標(biāo)準(zhǔn)。同5.5kW,11kW,37kW 電動機(jī)相比, 1.1kW 鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)相比傳統(tǒng)電動機(jī)的性能有非常大的提升。這是因為與另外三種型號的電動機(jī)不同,1.1kW 的鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)除了用銅替代鋁以外,還使用了比傳統(tǒng)電動機(jī)導(dǎo)磁性能更好的硅鋼片。與此相對應(yīng),5.5kW,11kW,37kW 的電動機(jī)只是使用銅替代了鋁,并針對銅的特性對轉(zhuǎn)子以及定子進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,就達(dá)到了如此好的性能提升。
從表中還可以看出,除了1.1kW 的電動機(jī),其它三種型號的電動機(jī)效率的提升主要得益于轉(zhuǎn)子損耗的降低。鑄銅轉(zhuǎn)子的損耗比傳統(tǒng)的鑄鋁轉(zhuǎn)子要低50%到60%。對于雜散損耗而言,其對電動機(jī)效率的影響隨著電動機(jī)額定功率的增大而增大。37kW 電動機(jī)的雜散損耗占電動機(jī)額定損耗的2%。通過大量實驗,可以發(fā)現(xiàn)鑄銅轉(zhuǎn)子的一個顯著的優(yōu)點就是可以大大降低雜散損耗。這可以解釋為轉(zhuǎn)速差的降低。從表1 中可以清楚地看出鑄銅轉(zhuǎn)子的這一特性。