IE3，IE4系列中小型鼠籠感應電動機的發展新趨勢

付志華 浦周猛 楊華忠

摘要：電動機在工業生產領域扮演著極為重要的角色，提升電機的電能使用效率可為企業帶來了巨大經濟效益。近年來，隨著能源危機的日益加劇和對環境問題的關注，通過新材料、新技術的運用，實現電機效率的提升、能耗的降低，成了電機設計者、生產者研究的焦點。本文就鑄銅轉子技術在IE3，IE4系列中小型鼠籠感應電動機上的應用前景進行探討，希望對相關單位有所幫助。

關鍵詞：鑄銅;轉子;感應電動機;

引言

基于先進的技術手段及制造工藝提升電動機效率等級，制造出高效節能、持久耐用的電機產品，對于工業領域的節能降耗和進一步落實可持續發展戰略具有重要意義。傳統的中小型鼠籠感應電機雖然在技術上已經比較成熟，并被廣泛應用于工業領域，但較低的電機能效一直以來是該類型電機存在的弊端。利用先進銅轉子壓鑄技術，將常規的鑄鋁鼠籠升級為鑄銅鼠籠，并把電機進行整體優化設計，集成升級后，因銅具有的高導電性，可使電機損耗降低約15%～30%，效率提高2%～5%。鑄銅轉子電機與鑄鋁轉子電機相比因其具有的體積小、重量輕;效率高、損耗低、溫升低、壽命長等特點，其被列入“國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）”能源領域工業節能優先主題。中小型鼠籠式感應電動機的鼠籠轉子使用鑄銅轉子技術代替傳統的鑄鋁轉子技術后無論在電機能效水平、可靠性、設計的靈活性等方面均優于傳統鑄鋁轉子電機，特別是鑄銅轉子鼠籠感應電動機能效等級能達到IE3、IE4能效等級。是未來感應電機的發展必然趨勢。故本文就鑄銅轉子鼠籠感應電動機應用前景展開討論。

1.鑄銅轉子電動機的優勢分析

1.1銅的導電性能分析

銅的導電性能僅次于銀，但相較于鋁其導電性要高40%左右。目前公認銅的導電性能是所有金屬中排名相對靠前的。退火后的純銅導電性能為100%，其與的金屬介質導電性能的標定均與該材料進行對比標定，即國際退火銅標準值（IACS）。對于銅介質而言，些微的微量元素摻雜極有可能影響其最終導電效果，因此業內通常將IACS結果作為檢驗銅純度的重要參考數據。通常純度較高的銅其IACS值可以達到101.5%，而純度達到99.996%的鋁以及99.5%工業純鋁的IACS值還不到65%，分別為64.94%與59%。由此可見，就電氣應用而言，基于銅作為介質材料，整個電動機在導電性方面的表現要明顯優于同等情況下的鋁材介質。

1.2鑄銅轉子電機能效提升分析

電動機是人們日常生產以及生活重要動力設備，因此應用范圍非常廣泛。據不完全統計，美國電動機消耗的電量占總用電量的一半以上;我國作為全球生產制造大國對于電動機的需求更高，相關調查結果表明我國全部電動機電量消耗占總能源消耗的60%左右。由此可見，提升電動機能效的重要意義。電動機能效的提升首先需要降低其損耗，以三相異步電動機為例，電動機的損耗主要來自鐵芯、定轉子、雜散以及風摩損耗。相比于其它幾種類型的損耗，定子繞組損耗最大，其次為轉子損耗。就轉子而言，現階段市場上電動機的轉子主要以鑄鋁轉子居多，如若使用新型的鑄銅轉子取代傳統轉子工藝，則總的電動機損耗將可明顯降低，由此電動機整體性能表現將迅速抬高。電機損耗降低的同時相對應所釋放的熱能也大大降低，由此電機運行過程中轉子與定子線圈的溫度均明顯降低。進一步分析，溫度的大大降低則電動機對于風扇的需求也逐漸降低，相對應的摩擦損耗以及空氣阻力有所降低，最終電機的整機能效將會提高。據此，基于鑄銅轉子可以使電機達到高效乃至超高效水平，甚至可以將電機整機效率提升至Super Premium的超超高效水平。

由上表不難看出，基于鑄銅轉子的電動機實際測得效率為86.6%高于鑄鋁轉子電動機85%，并且電機的功率越小，整機的效率提升會越明顯。

1.3鑄銅轉子電機可靠性分析

由于整機工作溫度的有所下降，整機的運行壽命將大大提高，設備售后維修投入也將更低。依據行業數據，通常電動機整機溫度每降低10度左右，絕緣材料的使用壽命將可提高一倍，因此鑄銅轉子在耐用方面以及工作可靠性方面表現均明顯優于傳統鑄鋁轉子。

如下表所示為鑄鋁轉子電動機與鑄銅轉子電動機溫升方面數據詳細對比。

電機的溫升表現對于整機的運行效率以及使用壽命等多個方面具有重要意義。根據表中數據無論是15HP（11Kw）型電機還是25HP（18.7Kw）型電機，鑄銅轉子的電機溫升均明顯低于鑄鋁轉子，整機電氣安全性明顯提高，對于環境較為惡劣的情況電機的適應性更好。永磁同步電機是目前小型風電領域應用較為常見的電動機設備之一，但傳統的永磁電機工作可靠性普遍不高，極易受高溫、振動等要素的影響，除此之外基于鑄鋁轉子技術的永磁電動機工作效率不高也是制約風電技術發展的重要原因。但采用鑄銅轉子的電動機后整個電機效率得到明顯提升，且由于鑄銅轉子電機溫升明顯低于鑄鋁轉子電機因此工作可靠性、電機使用壽命等均大大增加。因此鑄銅轉子電機可以作為當前小型風力發電機的重要技術選擇之一。

1.4鑄銅轉子電機的功率密度及設計靈活性分析

銅的電阻率明顯低于鋁材，因此在相同的條件下鑄銅轉子所產生的感應電流要明顯高于鑄鋁轉子，因此在電動機的設計中可以使用更少的銅材來達到相同的功率的電動機。也正是因為在加工原料方面的大大降低，使得鑄銅轉子在同等功率以及效率環境下，比鑄鋁轉子電動機更為節省材料開支，電機的體積更小、重量更低。除此之外，鑄銅轉子電動機在其它方面也具有鑄鋁轉子電動機所不能達到的優勢，因此可以為相關電動機設計廠商提供更加寬泛以及靈活的設計空間，可以有效降低整機的生產制造成本，鑄銅轉子電機在整機設計體積方面大大降低，整機的重量也有所降低，因此在最終生產制造成本投入更低，為企業創造更多的效益。

2.結束語

電動機是人們最為常見的驅動設備之一，隨著先進科學技術的發展，大量新型電動機在工業生產的方方面面扮演著重要角色。近年來，我國大力提倡節能降耗技術，基于先進的技術手段及制造工藝實現電動機的能效提升、損耗降低意義重大。基于鑄銅轉子技術的中小型鑄銅轉子鼠籠式感應電動機無論在電機能效水平、可靠性、設計的靈活性、功率密度等方面較傳統鑄鋁轉子電動機優勢明顯，是實現電動機節能降耗的重要途徑，也是未來電動機行業發展的必然趨勢。隨著市場競爭的日益激烈，相關電機制造企業應當牢牢把握鑄銅轉子作為IE3，IE4系列電動機的發展方向，大力推動鑄銅轉子鼠籠式感應電動機的的電機設計及產品研發，為企業搶占未來IE3，IE4系列中小型鑄銅鼠籠感應電動機領域的技術制高點和市場制高點奪得先機。

參考文獻

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