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金屬銅在高效節能的電機制造業中發揮什么作用?
來源: | 作者:pmo9396f1 | 發布時間: 2019-09-29 | 34 次瀏覽 | 分享到:
        當談到開發新的汽車技術時,銅對提高電機效率是不可或缺的,標準感應電動機在效率顯著的提高需要通過繞組中更多的銅,更高等級的鋼芯,改進軸承和絕緣,冷卻風扇設計改進。隨著對電機效率不斷提高的追求,新的電機技術和設計超越了感應電機,銅成為這些新技術的關注點。


永磁電機

        永磁同步電動機在工業電動機驅動中的應用越來越多,永磁電機技術取代鋁棒用稀土制造的帶有強大永磁體的轉子元件,永磁體方式分為表面安裝和內部安裝。永磁電機的定子與傳統的銅繞線電機非常相似,電機中的轉子是獨特的,永磁體嵌入轉子疊片中或棒表面。
        永磁電機與類似額定的交流感感應電機相比,銅的使用量比較少,但是,它仍然依靠銅來提高效率。在大多數情況下,永磁電機需要匹配變速驅動器才能實現增益,永磁體電機比優質高效的交流感應電動機提供高達1.5–2%效率增益。永磁電機遵守功率密度原則,也就是說,電機的尺寸已經決定了電機的馬力,扭矩及效率,電機的框架結構一般要補償電機軸的長度的變化。當今,常用的永磁電動機駕駛混合動力和全電動汽車,壓縮機制造商開始納入永久性電磁電動機,可以在極高的速度而無需增加齒輪傳動。

        永磁電動機的優點:出色的轉矩-速度曲線,出色的動態響應,高效率和可靠性,低維護,使用壽命更長,低噪音,高速能力,高扭矩/體積比或高功率密度。缺點:成本高,需要變速驅動器,稀土材料的可持續性。

開關磁阻電動機
        開關磁阻技術自1800年代就出現了,將這項技術帶入當今先進電機的最前沿是電力電子技術和計算能力的出現。開關磁阻電機是無刷直流電機,通過與電子驅動器配對,提供連續的扭矩,在速度可變應用領域, 開關磁阻電機可以替代與優化感應電機。開關磁阻電機與常規電動機相比具有一些明顯的優勢,它可以在缺相或短路的一個相中運行-永磁或感應電動機系統會瞬時停止。

        銅線的數量和類型在開關磁阻電機的設計中非常重要,線圈的每一匝嵌套在一起,以幫助填充開關磁阻電機設計所允許的大定子槽。銅是線圈的重要組成部分,通常使用100%的銅來纏繞電機,它的電阻比鋁等替代材料低得多。低繞組電阻直接轉化為更少的廢熱,從而提高了能源效率,并有利地降低了電動機的工作溫度。必要時,開關磁阻電機使用由繩狀銅線或Litz線制成的線圈,線圈是由許多較小的銅線絞合而成,這些銅線扭成繩狀,形成矩形。使用這種類型的導線可以對導體進行換位,從而減小集膚效應,這種現象導致電流遷移到該導體的外部,從而有效地增加了導體的電阻。
        開關磁阻電機優點 :高效率,特別是在寬負載范圍內,高扭矩和高速度,出色的恒定功率速度范圍功能,高可靠性和長壽命,結構簡單堅固,高功率密度。缺點 :紋波轉矩 ,高振動等級,需要變速驅動器 ,噪音,峰值效率比永磁電動機略低。

銅轉子電動機
        銅轉子電動機技術的創新源于滿足低壓電動機市場對更高能效的需求,傳統壓鑄鋁轉子設計無法滿足的需求。使用新的銅轉子技術提高效率,但保留與傳統鋁轉子設計相同的占地面積,這是不僅對于新應用,而且對于翻新應用都非常重要。為了開發這項新技術,電機制造業對轉子進行重新設計,特別是設計和開發復雜的轉子鑄造工藝。與常規鋁轉子設計相比,效率的提高證明了設計和開發方面的大量投資是合理的。使用壓鑄鋁技術,與傳統的節能電機相比,實心銅轉子的壓鑄在相同尺寸的電機上產生了更高的效率。


        銅轉子電機的初始購買價格略高于鋁轉子電動機,這使得投資回收期成為一個重要因素,投資回收期相對較短,考慮到20年設計壽命,這通常不是問題。銅是一種了不起的材料,不僅達到了效率要求,而且在許多情況下,還可以縮短電機,使其更緊湊,在相同的占地面積上實現更高的馬力。銅轉子電動機的獨特之處在于,使我們能夠制造出非常高效的電動機,效率更高的電動機運行溫度更低,能夠更快地旋轉轉子。
        銅轉子電機的優點:效率高,逆變器負載能力,高可靠性,恒定扭矩能力,運行溫度低,降低維護成本,更低電力成本,轉子精確且平衡更好,振動更低。缺點:較高的初始購買價格,鑄造轉子,鑄造機械供應有限,銅的成本比其他材料高,更復雜的制造工藝。

結論

        永磁,開關磁阻和銅轉子感應電動機這些電動機技術中的每一種都以其獨特的方式依靠銅設計來生產效率更高,更可靠的電機。轉子中帶有強力永磁體的永磁電機,帶有功率電子開關的開關磁阻電動機及其密集的銅定子和轉子,以及具有降低電流電阻的冷運行轉子的銅轉子電動機,都提供了實現節能目標和提高性能的選擇。通過創新地使用銅,開關技術和永磁體,當今的電機設計可以選擇更多的方式來滿足其效率和特定應用的要求。


文章來源: 今日電機

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