用鋁線代替銅線設(shè)計(jì)小功率異步電動(dòng)機(jī)
陳秋明（合肥工業(yè)大學(xué)，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(shè)計(jì)小功率異步電動(dòng)機(jī)的可行性。理論分析、試驗(yàn)和生產(chǎn)銷售活動(dòng)都表明，該舉措不僅是可行的，而且給企業(yè)帶來r顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：鋁線；銅線；鐵損；銅損；異步電動(dòng)機(jī)
中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1004 -7018( 2008) 09 -0016 -02
0引言
近兒年來，能源和原材料的價(jià)格不斷上漲。例如，原油價(jià)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(jià)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(jià)值仍就徘徊在每千克50 - 60元：原材料價(jià)格的上漲，增加了制造業(yè)的成本，打壓了企業(yè)的利潤空間，特別是銅線價(jià)格的上漲，給中小電機(jī)制造廠帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，很多小電機(jī)廠在虧損的邊緣掙扎。例如一臺(tái)規(guī)格為YL9034/1.5 kW的單相異步電動(dòng)機(jī)，需用銅線2.1 kg，銅線未漲價(jià)前，按每千克20元汁算，銅線成本為42元；銅線漲價(jià)后，按每千克70元計(jì)算，銅線成本為147元，增加了105元，而這種電機(jī)的市場價(jià)才在350元左右。
目前，對眾多水電機(jī)廠來說，銅線電機(jī)除了成本高、幾乎沒有利潤外，還存在電機(jī)溫升比較高的問題。這些小電機(jī)廠一般自己不做定、轉(zhuǎn)子鐵心，而是依靠外協(xié)，而提供外協(xié)件的廠家往往規(guī)模小，所用的硅鋼板和提供的鐵心質(zhì)量不穩(wěn)定。采用這種鐵心后，電機(jī)的鐵損很大，甚至超過銅損，因此電機(jī)溫升比較高，在使用中會(huì)出現(xiàn)燒毀電機(jī)的情況。
1用鋁線代替銅線的可能性
面對銅線價(jià)格的大幅度上漲，實(shí)力強(qiáng)的大中型電機(jī)廠采用硬挺的辦法堅(jiān)持按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，而小廠則降低標(biāo)準(zhǔn)，減少銅線的用量。而另外一部分明智的廠家則轉(zhuǎn)而嘗試用鋁線代替銅線來制造電機(jī)．目前，鋁線的價(jià)格在每千克40元左右，在不重新開槽的情況下，鋁線電機(jī)的用鋁量和銅線電機(jī)的用銅量在體積下是相當(dāng)?shù)模捎阡X的比重還不到銅的1／3，因此，上述規(guī)格為YL9034/1. 5 kW的單相異步電動(dòng)機(jī)如改用鋁線，只需要約0 7 kg鋁線，成本為28元，比銅線節(jié)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(jī)的銅損將明顯大于銅線電機(jī)的銅損，這勢必對控制電機(jī)的溫升帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。如前所述，目前的小功率銅線電機(jī)的溫升已經(jīng)比較高，再改用鋁線，有可行性嗎？
筆者根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)昀基本原理，經(jīng)過分析，認(rèn)為有可行性，前提是設(shè)計(jì)時(shí)必須采取兩條措施：一是適當(dāng)加長鐵心；二是適當(dāng)降低磁密。
通過適當(dāng)加長鐵心，可以減少匝數(shù)，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(dāng)降低磁密，可以降低電機(jī)的鐵損，從而有可能使電機(jī)的總損耗基本不變，電機(jī)的溫升基本不變。另外，磁密降低了，電機(jī)的勵(lì)磁電流也會(huì)降低，這對控制電機(jī)的銅損也是有利的。
2試驗(yàn)結(jié)果分析
按照上述的設(shè)計(jì)原則，筆者為國內(nèi)某電機(jī)廠設(shè)計(jì)了一系列小功率鋁線異步電動(dòng)機(jī)，并且每一種規(guī)格都做了型式試驗(yàn)。表1和表2分別列出了其中有代表性的兩種規(guī)格的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，一種是YL9034/1.5kW單相異步電動(dòng)機(jī)，另一種是Y90L 4/1. 5 kW三相異步電動(dòng)機(jī)。為便于比較，同規(guī)格的銅線電機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也一并列在表中。
通過表l和表2可以看出，鋁線電機(jī)的空載電流和空載輸入功率都小于銅線電機(jī)的，說明通過設(shè)計(jì)時(shí)降低磁密，降低了鋁線電機(jī)的鐵損；鋁線電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)都高于銅線電機(jī)的，說明通過加長鐵心，增大了鋁線電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。于上述兩個(gè)原因的綜合作用，使得鋁線電機(jī)與銅線電機(jī)相比，額定負(fù)載的情況下效率略有提高，溫升明顯下降，總體性能優(yōu)于銅線電機(jī)。
盡管鋁線電機(jī)的鐵心比銅線電機(jī)略長，增加了鐵心的成本，但其成本的增加和漆包線成本的降低相比是微不是道的。目前，該廠的主要產(chǎn)品已全部改為用鋁線制造，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，從用戶反饋的信息看，鋁線電機(jī)也獲得了用戶的肯定。
3結(jié)語
理論和實(shí)踐都表明，在不重新開槽的情況下，用鋁線代替銅線設(shè)計(jì)和制造小功率異步電動(dòng)機(jī)是可行的： |
