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銅價暴漲時代 淺談銅對電動機(jī)能效提升作用

2021年6月2日 來源:防爆云平臺--防爆產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)平臺 防爆空調(diào) 防爆電氣 防爆電機(jī) 防爆風(fēng)機(jī) 防爆通訊 瀏覽 3558 次 評論 0 次

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。銅在電動機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用對于提高電動機(jī)的能效具有非常重要的意義,作為銅在高效電動機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用的一個成功案例,鑄銅轉(zhuǎn)子電動機(jī)具有效率高、材料成本低、重量輕、體積小、壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)。下面本文將著重討論銅對電能使用的主要設(shè)備- 電動機(jī)能效提高方面的作用。

一、提升電動機(jī)能效的意義


作為生產(chǎn)生活中最重要的動力設(shè)備之一,電動機(jī)承擔(dān)著將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,從而驅(qū)動機(jī)械設(shè)備的作用。根據(jù)美國能源部的統(tǒng)計,美國電動機(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)計資料顯示,當(dāng)年歐盟的總用電量為17000億kWh,而其中電動機(jī)的用電量為7190億kWh,占其總用電量的42%。同時,目前我國電動機(jī)的耗電量約占我國社會總用電量的60%左右。


正是由于電動機(jī)在工業(yè)用電中所占的比重如此之大,提高電動機(jī)的能效對于促進(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,歐盟的工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中異步電動機(jī)的用電量將達(dá)到8720億kWh,如果能將不同功率的電動機(jī)的效率提高1%-6%,屆時可以節(jié)約電能3%左右,價值26億歐元(10歐分/kWh)。


同樣,在美國,電動機(jī)的效率僅僅提高一個百分點(diǎn),每年就能節(jié)省約200億kWh的電能,價值14億美元(7美分/kWh)。在我國,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“十一五”期間實(shí)施的十大節(jié)能工程,這也充分體現(xiàn)了電動機(jī)節(jié)能工作的重要性。


二、如何有效提升電動機(jī)能效


要想提高電動機(jī)的能效,就需要降低電動機(jī)的損耗,以目前使用最為普遍的三相交流異步電動機(jī)為例,電動機(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, 它們占電動機(jī)總損耗的比例以及主要影響因素如下表所示:


損耗類型

比例%

影響因素

鐵芯損耗

15-20%

鐵芯材料的導(dǎo)磁性能:氣隙

風(fēng)摩損耗

5-15

風(fēng)扇的效率:軸承:潤滑油

定子繞組(銅)損耗

30-45

定子導(dǎo)體尺寸:散熱因素

轉(zhuǎn)子繞組(銅或鋁)損耗

20-25

轉(zhuǎn)子籠型尺寸:散熱因素

雜散損耗

10-15

制造工業(yè):槽型設(shè)計:氣隙

電動機(jī)總損耗構(gòu)成比例以及主要影響因素


電動機(jī)總損耗構(gòu)成比例以及主要影響因素


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

定子銅耗在電動機(jī)損耗中占有相當(dāng)大的比例。如何降低定子銅耗,對提高電動機(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)電動機(jī)都采用銅線來制作電動機(jī)的定子繞組。對于已經(jīng)使用銅繞組的電動機(jī)而言,增大銅線截面是發(fā)展高效電機(jī)的一個關(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%。


對于轉(zhuǎn)子損耗,目前絕大多數(shù)電動機(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機(jī)廣泛使用的鑄鋁轉(zhuǎn)子,電動機(jī)的總損耗將可以顯著下降,從而提高電動機(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機(jī)。在同樣的電動機(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。


或者,從為普通感應(yīng)電動機(jī)制定的EPACT(美國聯(lián)邦能效法規(guī))升級到NEMA(國家電氣制造商協(xié)會)Premium超高效標(biāo)準(zhǔn)。針對鑄銅轉(zhuǎn)子的特性重新設(shè)計電動機(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)。


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