用鋁線代替銅線設計小功率異步電動機
陳秋明
(合肥工業大學，安徽合肥230009)
摘要：探討了在不重新開槽的情況下，用鋁線代替銅線設計小功率異步電動機的可行性。理論分析、試驗和生產銷售活動都表明，該舉措不僅是可行的，而且給企業帶來了顯著的經濟效益。
關鍵詞：鋁線；銅線；鐵損；銅損；異步電動機
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)09—0016—02
0引 言
近幾年來，能源和原材料的價格不斷上漲。例如，原油價格從每桶不足30美元上升到100多美元，翻了兩番；銅和銅漆包線的價格從每千克10～20元上升到每千克60～70元，也翻了兩番。目前，銅的價值仍就徘徊在每千克50～60元。原材料價格的上漲，增加了制造業的成本，打壓了企業的利潤空間，特別是銅線價格的上漲，給中小電機制造廠帶來了沉重的負擔，很多小電機廠在虧損的邊緣掙扎。例如一臺規格為YL9034／1．5 kw的單相異步電動機，需用銅線2．1 kg，銅線未漲價前，按每千克20元計算，銅線成本為42元；銅線漲價后，按每千克70元計算，銅線成本為147元，增加了105元，而這種電機的市場價才在350元左右。
目前，對眾多小電機廠來說，銅線電機除了成本高、幾乎沒有利潤外，還存在電機溫升比較高的問題。這些小電機廠一般自己不做定、轉子鐵心，而是依靠外協，而提供外協件的廠家往往規模小，所用的硅鋼板和提供的鐵心質量不穩定。采用這種鐵心后，電機的鐵損很大，甚至超過銅損，因此電機溫升比較高，在使用中會出現燒毀電機的情況。
1用鋁線代替銅線的可能性
面對銅線價格的大幅度上漲，實力強的大中型電機廠采用硬挺的辦法堅持按標準生產，而小廠則降低標準，減少銅線的用量。而另外一部分明智的廠家則轉而嘗試用鋁線代替銅線來制浩電機。目前，鋁線的價格在每十克40元左石，在小重新開槽的情況下，鋁線電機的用鋁量和銅線電機的用銅量在體積上是相當的，由于鋁的比重還不到銅的1／3，因此，上述規格為YL9034／1.5 kw的單相異步電動機如改用鋁線，只需要約0 7 kg鋁線，成本為28元，比銅線節省成本119元。
眾所周知，鋁的電阻率比銅大，前者大約是后者的1．6倍，因此如果電流相等，則鋁線電機的銅損將明顯大于銅線電機的銅損，這勢必對控制電機的溫升帶來嚴重的負面影響。如前所述，目前的小功率銅線電機的溫升已經比較高，再改用鋁線，有可行性嗎?
筆者根據異步電動機的基本原理，經過分析，認為有可行性，前提是設計時必須采取兩條措施：一是適當加長鐵心；二是適當降低磁密。
通過適當加長鐵心，可以減少匝數，從而在不重新開槽的情況下，為加大線徑提供了一定的空間。
由于鐵損與磁密的平方成正比[1]。通過適當降低磁密，可以降低電機的鐵損，從而有可能使電機的總損耗基本不變，電機的溫升基本不變。另外，磁密降低了，電機的勵磁電流也會降低，這對控制電機的銅損也是有利的。
2試驗結果分析
按照上述的設計原則，筆者為國內某電機廠設計了一系列小功率鋁線異步電動機，并且每一種規格都做了型式試驗。表1和表2分別列出了其中有代表性的兩種規格的試驗數據，一種是YL9034／1．5kw單相異步電動機，另一種是Y90L-4／1 5 kw三相異步電動機。為便于比較，同規格的銅線電機的試驗數據也一并列在表中。
表1 Y19034／1 5 kw的試驗數據
表2 Y90L-4／1. 5 KW的試驗數據
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