淺談銅對電動機能效提升作用

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

　　作為生產(chǎn)生活中最重要的動力設備之一，電動機承擔著將電能轉(zhuǎn)換成機械能，從而驅(qū)動機械設備的作用。根據(jù)美國能源部的統(tǒng)計，美國電動機的用電量占工業(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，當年歐盟的總用電量為17000億kWh，而其中電動機的用電量為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。

　　正是由于電動機在工業(yè)用電中所占的比重如此之大，提高電動機的能效對于促進能源的節(jié)約利用，保護環(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)專家預測，歐盟的工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中異步電動機的用電量將達到8720億kWh，如果能將不同功率的電動機的效率提高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，電動機的效率僅僅提高一個百分點，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，為了落實科學發(fā)展觀，實現(xiàn)人與環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，提高電動機能效水平具有十分重要的意義。電機系統(tǒng)節(jié)能工程已被列入我國“十一五”期間實施的十大節(jié)能工程，這也充分體現(xiàn)了電動機節(jié)能工作的重要性。

　　要想提高電動機的能效，就需要降低電動機的損耗，以目前使用最為普遍的三相交流異步電動機為例，電動機的損耗主要包括鐵心損耗、定、轉(zhuǎn)子銅損、風摩損耗以及雜散損耗， 它們占電動機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)子的銅損占電動機總損耗的很大一部分，而銅正好可以在降低電動機定、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：

　　定子銅耗在電動機損耗中占有相當大的比例。如何降低定子銅耗，對提高電動機的效率非常關(guān)鍵。降低定子銅耗就是降低定子電阻R1和定子電流I1。因為定子電阻R1 =ρL /S , 故降低定子電阻就是通過縮短線圈長度L、加大每圈導線截面S和降低導線電阻率ρ來實現(xiàn)。

　　由于銅所具有的極低的電阻率，因此絕大多數(shù)電動機都采用銅線來制作電動機的定子繞組。對于已經(jīng)使用銅繞組的電動機而言，增大銅線截面是發(fā)展高效電機的一個關(guān)鍵措施。近年來已率先開發(fā)出來的一些高效電機與傳統(tǒng)電機相比，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廣泛使用的鑄鋁轉(zhuǎn)子，電動機的總損耗將可以顯著下降，從而提高電動機的整體效率。使用鑄銅轉(zhuǎn)子可以制造出高效甚至超高效的電動機。在同樣的電動機尺寸條件下，可以達到更高的電機能效水平。例如，從歐盟的能效標準EEF2，升高到更高的能效標準EFF1?；蛘撸瑥臑槠胀ǜ袘妱訖C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超高效標準。針對鑄銅轉(zhuǎn)子的特性重新設計電動機的轉(zhuǎn)子和定子，可以最大限度的提高效率，以達到更高的甚至Super Premium超超高效的能效標準。