電機中使用漆包鋁線與漆包銅線的實測比較

2020-12-04 老趙說製造

下圖左側銀白色線圈為採用漆包鋁線的單相感應電機,右側為傳統漆包銅線電機,測試的方式是以漆包鋁線的電機性能標準的比較參數,僅改變漆包銅線的線徑大小,測量漆包銅線的線徑要縮小多少尺寸後,才會與漆包鋁線具有相同的電機號出規格。

單相感應電機漆包鋁線及漆包銅線的使用

漆包鋁線及漆包銅線所帶給單相感應電機最大的差異性,還來是來自於鋁材較差的導電性所造成的,因此漆包銅線的線徑要一直縮小到0.12mm左右才會達到與漆包鋁線相同的電機號出規格,相反的,原本使用漆包銅線的單相感應電機如要改為漆包鋁線,那線徑是要有某種程度的增加,才能達到原本電機所需的規格,因此電機會需要有更多的空間容納增加的線徑,但這更多的空間,往往也是電機中最難提供的。

為了解決採用漆包鋁線需要增加的線徑空間問題,選擇不需考慮槽滿率的電機來進行取代是較佳的取代方式,少數的電機具有這樣的特值,其中通用電機的定子場線圈就是這樣的一個例子,如下圖所示,此次進行的測試是以相同規格的線徑及圈數,來量測定子線圈直接改用漆包鋁線比對漆包銅線,對電機特性所造成的影響。

經由以上漆包銅線及漆包鋁線的比較可明顯得知,無論是效率、轉矩、轉速及號出功率都大幅度的下降,因此單純的採用相同線徑及圈數要進行取代是不可行的,必須要重新規劃設計新的線徑及圈數,以達到相同的號出規格。

漆包鋁線通用電機特性曲線圖

以漆包鋁線作為漆包銅線的取代材料,在電機的使用中是失敗而不被採用的,鋁材與銅材間的使用差異,線材張力及點焊性等才是被否決的主要原因。

漆包銅線通用電機特性曲線圖

漆包鋁線的發展失敗,並未阻礙以鋁材取代銅材的發展,反而導入更方便使用的銅包鋁材,外圈採用佔面積比15%銅材包覆著內部85%鋁材,這樣的複合方式將適用性大幅改善,替代的接受度與可能性就會增加。

由於加入了銅,可以改良線材的使用性能,但鋁的成分還是高達85%,導電性的下降還是無法避免的問題,同樣需要加大線徑以解決材質的差異,必須使用在有充分空間結構的電機之中,採用漆包銅包鋁線的技術已經十分成熟,在成本及產品競爭優勢的考量,使用的廠商大幅增加,已有全面取代的趨勢。

從電機特性量測數據觀察,事實上在號出規格上還是有小幅度的下降,但已經十分接近,差異在2%左右,因此在實際應用的場合是可以被接受的。

蔽極電機為單相感應電機的一種,是一種結構簡單但號出功率小的電機,其工作效率不佳,適合用於偶發性的動作場合,如自動售貨機等;外形如下圖所示,黑色為電機線圈部分,繞線簡單且較無空間限制,因此也可改用漆包銅包鋁線來降低生產成本。

因蔽極電機的特性效率都不佳,而事實上改漆包銅包鋁線的蔽極電機號出性能還是有小幅度下降,但在實際工作使用上,是無法感覺出差異性,因此還是具有取代的能力。

結論

在原物料持續上漲的今天,銅價是電機廠所面臨無解的難題,這銅包鋁的替代性材料是其中的一種解決方案。銅包鋁線無論如何都會有有本質上的缺陷,難以跟銅線進行性能比較,但只要妥善運用,可將差異性大幅降低,其還是具有優異的市場價值存在,就能替電機帶來新的成本及附加輕量化的競爭優勢。

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