淺談銅對電動機能效提升作用

　　銅具有特別優異的導電性能，這也是銅在電能供應及使用領域中大量應用的原因。銅在電動機領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域應用的一個成功案例，鑄銅轉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。

　　作為生產生活中最重要的動力設備之一，電動機承擔著將電能轉換成機械能，從而驅動機械設備的作用。根據美國能源部的統計，美國電動機的用電量占工業總用電量的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約利用，保護環境以及可持續發展都具有非常重要的意義。根據歐盟有關專家預測，歐盟的工業和第三產業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，為了落實科學發展觀，實現人與環境的協調可持續發展，提高電動機能效水平具有十分重要的意義。電機系統節能工程已被列入我國“十一五”期間實施的十大節能工程，這也充分體現了電動機節能工作的重要性。

　　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、轉子損耗方面發揮重要的作用。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。

　　由于銅所具有的極低的電阻率，因此絕大多數電動機都采用銅線來制作電動機的定子繞組。對于已經使用銅繞組的電動機而言，增大銅線截面是發展高效電機的一個關鍵措施。近年來已率先開發出來的一些高效電機與傳統電機相比，銅繞組的使用量增加25～100%。 

　　對于轉子損耗，目前絕大多數電動機的轉子都是鑄鋁轉子，如果使用鑄銅轉子替代目前鼠籠式三相異步電動機廣泛使用的鑄鋁轉子，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。或者，從為普通感應電動機制定的EPACT（美國聯邦能效法規）升級到NEMA（國家電氣制造商協會）Premium超高效標準。針對鑄銅轉子的特性重新設計電動機的轉子和定子，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。