IE3，IE4系列中小型鼠笼感应电动机的发展新趋势

付志华 浦周猛 杨华忠

摘要：电动机在工业生产领域扮演着极为重要的角色，提升电机的电能使用效率可为企业带来了巨大经济效益。近年来，随着能源危机的日益加剧和对环境问题的关注，通过新材料、新技术的运用，实现电机效率的提升、能耗的降低，成了电机设计者、生产者研究的焦点。本文就铸铜转子技术在IE3，IE4系列中小型鼠笼感应电动机上的应用前景进行探讨，希望对相关单位有所帮助。

关键词：铸铜;转子;感应电动机;

引言

基于先进的技术手段及制造工艺提升电动机效率等级，制造出高效节能、持久耐用的电机产品，对于工业领域的节能降耗和进一步落实可持续发展战略具有重要意义。传统的中小型鼠笼感应电机虽然在技术上已经比较成熟，并被广泛应用于工业领域，但较低的电机能效一直以来是该类型电机存在的弊端。利用先进铜转子压铸技术，将常规的铸铝鼠笼升级为铸铜鼠笼，并把电机进行整体优化设计，集成升级后，因铜具有的高导电性，可使电机损耗降低约15%～30%，效率提高2%～5%。铸铜转子电机与铸铝转子电机相比因其具有的体积小、重量轻;效率高、损耗低、温升低、寿命长等特点，其被列入“国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）”能源领域工业节能优先主题。中小型鼠笼式感应电动机的鼠笼转子使用铸铜转子技術代替传统的铸铝转子技术后无论在电机能效水平、可靠性、设计的灵活性等方面均优于传统铸铝转子电机，特别是铸铜转子鼠笼感应电动机能效等级能达到IE3、IE4能效等级。是未来感应电机的发展必然趋势。故本文就铸铜转子鼠笼感应电动机应用前景展开讨论。

1.铸铜转子电动机的优势分析

1.1铜的导电性能分析

铜的导电性能仅次于银，但相较于铝其导电性要高40%左右。目前公认铜的导电性能是所有金属中排名相对靠前的。退火后的纯铜导电性能为100%，其与的金属介质导电性能的标定均与该材料进行对比标定，即国际退火铜标准值（IACS）。对于铜介质而言，些微的微量元素掺杂极有可能影响其最终导电效果，因此业内通常将IACS结果作为检验铜纯度的重要参考数据。通常纯度较高的铜其IACS值可以达到101.5%，而纯度达到99.996%的铝以及99.5%工业纯铝的IACS值还不到65%，分别为64.94%与59%。由此可见，就电气应用而言，基于铜作为介质材料，整个电动机在导电性方面的表现要明显优于同等情况下的铝材介质。

1.2铸铜转子电机能效提升分析

电动机是人们日常生产以及生活重要动力设备，因此应用范围非常广泛。据不完全统计，美国电动机消耗的电量占总用电量的一半以上;我国作为全球生产制造大国对于电动机的需求更高，相关调查结果表明我国全部电动机电量消耗占总能源消耗的60%左右。由此可见，提升电动机能效的重要意义。电动机能效的提升首先需要降低其损耗，以三相异步电动机为例，电动机的损耗主要来自铁芯、定转子、杂散以及风摩损耗。相比于其它几种类型的损耗，定子绕组损耗最大，其次为转子损耗。就转子而言，现阶段市场上电动机的转子主要以铸铝转子居多，如若使用新型的铸铜转子取代传统转子工艺，则总的电动机损耗将可明显降低，由此电动机整体性能表现将迅速抬高。电机损耗降低的同时相对应所释放的热能也大大降低，由此电机运行过程中转子与定子线圈的温度均明显降低。进一步分析，温度的大大降低则电动机对于风扇的需求也逐渐降低，相对应的摩擦损耗以及空气阻力有所降低，最终电机的整机能效将会提高。据此，基于铸铜转子可以使电机达到高效乃至超高效水平，甚至可以将电机整机效率提升至Super Premium的超超高效水平。

由上表不难看出，基于铸铜转子的电动机实际测得效率为86.6%高于铸铝转子电动机85%，并且电机的功率越小，整机的效率提升会越明显。

1.3铸铜转子电机可靠性分析

由于整机工作温度的有所下降，整机的运行寿命将大大提高，设备售后维修投入也将更低。依据行业数据，通常电动机整机温度每降低10度左右，绝缘材料的使用寿命将可提高一倍，因此铸铜转子在耐用方面以及工作可靠性方面表现均明显优于传统铸铝转子。

如下表所示为铸铝转子电动机与铸铜转子电动机温升方面数据详细对比。

电机的温升表现对于整机的运行效率以及使用寿命等多个方面具有重要意义。根据表中数据无论是15HP（11Kw）型电机还是25HP（18.7Kw）型电机，铸铜转子的电机温升均明显低于铸铝转子，整机电气安全性明显提高，对于环境较为恶劣的情况电机的适应性更好。永磁同步电机是目前小型风电领域应用较为常见的电动机设备之一，但传统的永磁电机工作可靠性普遍不高，极易受高温、振动等要素的影响，除此之外基于铸铝转子技术的永磁电动机工作效率不高也是制约风电技术发展的重要原因。但采用铸铜转子的电动机后整个电机效率得到明显提升，且由于铸铜转子电机温升明显低于铸铝转子电机因此工作可靠性、电机使用寿命等均大大增加。因此铸铜转子电机可以作为当前小型风力发电机的重要技术选择之一。

1.4铸铜转子电机的功率密度及设计灵活性分析

铜的电阻率明显低于铝材，因此在相同的条件下铸铜转子所产生的感应电流要明显高于铸铝转子，因此在电动机的设计中可以使用更少的铜材来达到相同的功率的电动机。也正是因为在加工原料方面的大大降低，使得铸铜转子在同等功率以及效率环境下，比铸铝转子电动机更为节省材料开支，电机的体积更小、重量更低。除此之外，铸铜转子电动机在其它方面也具有铸铝转子电动机所不能达到的优势，因此可以为相关电动机设计厂商提供更加宽泛以及灵活的设计空间，可以有效降低整机的生产制造成本，铸铜转子电机在整机设计体积方面大大降低，整机的重量也有所降低，因此在最终生产制造成本投入更低，为企业创造更多的效益。

2.结束语

电动机是人们最为常见的驱动设备之一，随着先进科学技术的发展，大量新型电动机在工业生产的方方面面扮演着重要角色。近年来，我国大力提倡节能降耗技术，基于先进的技术手段及制造工艺实现电动机的能效提升、损耗降低意义重大。基于铸铜转子技术的中小型铸铜转子鼠笼式感应电动机无论在电机能效水平、可靠性、设计的灵活性、功率密度等方面较传统铸铝转子电动机优势明显，是实现电动机节能降耗的重要途径，也是未来电动机行业发展的必然趋势。随着市场竞争的日益激烈，相关电机制造企业应当牢牢把握铸铜转子作为IE3，IE4系列电动机的发展方向，大力推动铸铜转子鼠笼式感应电动机的的电机设计及产品研发，为企业抢占未来IE3，IE4系列中小型铸铜鼠笼感应电动机领域的技术制高点和市场制高点夺得先机。

参考文献

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