正是由于電動(dòng)機(jī)在工業(yè)用電中所占的比重如此之大,提高電動(dòng)機(jī)的能效對于促進(jìn)能源的節(jié)約利用,保護(hù)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展都具有非常重要的意義。根據(jù)歐盟有關(guān)專家在1997 年預(yù)測,到2010 年歐盟的工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中異步電動(dòng)機(jī)的用電量將達(dá)到8720 億千瓦時(shí),如果能將不同功率的電動(dòng)機(jī)的效率提高1% ~6%,屆時(shí)可以節(jié)約電能3%左右,價(jià)值26 億歐元(10 歐分/ 千瓦時(shí))。同樣,在美國,電動(dòng)機(jī)的效率僅僅提高一個(gè)百分點(diǎn),每年就能節(jié)省約200 億千瓦時(shí)的電能,價(jià)值14 億美元(7 美分/ 千瓦時(shí))。
在我國,為了落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展,提高電動(dòng)機(jī)能效水平具有十分重要的意義。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程已被列入我國 “十一五”期間將要實(shí)施的十大節(jié)能工程,這也充分體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)節(jié)能工作的重要性。
要想提高電動(dòng)機(jī)的能效,就需要降低電動(dòng)機(jī)的損耗,以目前使用最為普遍的三相交流異步電動(dòng)機(jī)為例,電動(dòng)機(jī)的損耗主要包括鐵心損耗,定、轉(zhuǎn)子銅損、風(fēng)摩損耗以及雜散損耗, 它們占電動(dòng)機(jī)總損耗的比例以及主要影響因素如下表所示。

從表中可以看出,定、轉(zhuǎn)子的銅損占電動(dòng)機(jī)總損耗的很大一部分,而銅正可以在降低電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子損耗方面發(fā)揮重要的作用。對于定子繞組銅損PCu1 主要為滿載時(shí)定子繞組在運(yùn)行溫度下的電阻損耗。定子繞組銅損耗計(jì)算公式為:
PCu1 = 3 I12R1定子銅耗在電動(dòng)機(jī)損耗中占有相當(dāng)大的比例。如何降低定子銅耗,對提高電動(dòng)機(jī)的效率非常關(guān)鍵。降低定子銅耗就是降低定子電阻R1 和定子電流I1。因?yàn)槎ㄗ与娮鑂1 =ρL /S , 故降低定子電阻就是通過縮短線圈長度L、加大每圈導(dǎo)線截面S 和降低導(dǎo)線電阻率ρ 來實(shí)現(xiàn)。由于銅所具有的極低的電阻率,因此,絕大多數(shù)電動(dòng)機(jī)都采用銅線來制作電動(dòng)機(jī)的定子繞組。對于已經(jīng)使用銅繞組的電動(dòng)機(jī)而言,增大銅線截面是發(fā)展高效電機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵措施。近年來己率先開發(fā)出來的一些高效電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比,銅繞組的使用量增加25% ~ 100%。
對于轉(zhuǎn)子損耗,目前絕大多數(shù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子都是鑄鋁轉(zhuǎn)子,如果使用鑄銅轉(zhuǎn)子替代目前鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)廣泛使用的鑄鋁轉(zhuǎn)子,電動(dòng)機(jī)的總損耗將可以顯著下降,從而提高電動(dòng)機(jī)的整體效率。使用鑄銅轉(zhuǎn)子可以制造出高效甚至超高效的電動(dòng)機(jī)。在同樣的電動(dòng)機(jī)尺寸條件下,可以達(dá)到更高的電機(jī)能效水平。例如,從歐盟的能效標(biāo)準(zhǔn)EEF2,升高到更高的能效標(biāo)準(zhǔn)EFF1。或者,從為普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)制定的EPACT(1992 年美國聯(lián)邦能效法規(guī))升級到NEMA(國家電氣制造商
協(xié)會(huì))Premium 超高效標(biāo)準(zhǔn)。針對鑄銅轉(zhuǎn)子的特性重新設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子,可以最大限度的提高效率,以達(dá)到更高的甚至Super Premium 超超高效的能效標(biāo)準(zhǔn)。