而更换一台铝电机的成本高达数百元,迫使消费者不得不购买新家电,消费者觉得这浪费了金钱,也是对国家资源的一种浪费。家电行业电机的铝代铜趋势为家电企业降低了成本,但是也同时牺牲了产品质量,选用优质电机的产品不仅是给消费者一个安心的保障,从长远来看还能实现真正资源的节约。
一、铜线电机依然是市场主流
铜线电机由于其良好的特性,一直是市场的主流。在工业领域内,规模较大的企业目前均不生产铝线电机。铝代铜的仅是个别规模小、实力弱、产品质量较难保证的小企业,这些企业难有实力投资数百万元去重新制作电动机定、转子模具及机座模具,铝代铜的结果多有可能是在原有槽形基础上嵌入铝线,这样在电动机效率、质量上是难以保证的。
对于市场占有率最高的中小型三相异步电机来说,铝线电机的比例仅为1%左右,能效均低于y系列或y2系列,其他高压电动机、低压大功率电动机等,目前也均无铝线电机的存在,只有在小功率电机领域,才会采用铝线绕组生产电机。
二、铝线电机的应用
铝线电机目前最广泛的应用是在家电领域,受到利润空间压缩的影响,为了节约产品成本,家电行业电机产品中有较为严重的铜绕组线被铝绕组线替代的现象。2007年,家用风扇、工业风扇就已经实现铝线电机的普遍替代。在冰箱行业,铝线电机已经有很多替代经验。《中国家电产业技术路线图》(2011年版)冰箱产业部分特别提出,2020年冰箱压缩机高效铝线电动机替代目标是50%。
目前,家电产品中分马力电机中铝替代现象是比较明显的,在十大家电产品中,除空调产品基本还在用铜线电机以外,其他家电用电机,铜线电机所占比例较少。在十大应用电机较广泛家电产品中,空调产品基本还在用铜线电机,抽油烟机产品由于受到能效要求的限制,替代比率也较低,约为10%。受到体积的影响,热水器中的铜电机被替代情况还较低,仍然有70%的电机应用的是铜线电机。其他家电用电机,铜线电机所占比例较少。冰箱约有50%应用的是铜线电机,洗衣机约有15%的应用的是铜线电机。
从中国家用电器协会及家电生产企业了解到,其实厂家以前都是采用铜线来制造电机,近几年来逐渐采用铝线替换电机中的铜线,主要还是由于铜材料的价格不断上升。由于铝线电机比纯铜线电机差价达20-30元,一些品牌迫于成本压力采用铝线电机。比如对波轮洗衣机而言,几十块钱的差价,几乎相当于一台洗衣机的利润,这也是这些厂家采用铝线电机的直接原因。
目前,企业生产的家电产品中对于铜线电机或者铝线电机并不会有特殊的标识,在许多高端产品也一直保持使用铜线电机,作为品质的保证。一些洗衣机厂家用铝线代替电机中的铜线,或者采用了铜包铝的手段,虽然价格更加低廉,但是仍存在许多问题需要解决。铝比铜的电阻大,因而发热量更高,在焊接等工艺不完善时,很容易出现安全问题。在能耗、低碳和环保等要求方面,也是铜电机占据了绝对的优势。
由于目前铝线电机没有完善的技术支撑,在电机运转时,铜线电机最高温度也就70-80度,可是铝线电机就可能达到90-100度。温度升高后,由于焊接工艺存在隐患,主要是因为铝熔点低且容易折断,使用时间长后也容易发生变形,电机性能容易出现不稳定,会缩短使用寿命。而且在相同的洗衣时间下,铝线电机能效较低,要花费更多的电量。
三、铜线电机和铝线电机的对比
铜和铝两者在物理性能上有很大的差异,这些物理性能的差异对铝线电机的应用产生了很大的影响,铜线电机较铝线电机优势明显。铜线电机的主要优势体现在:
a) 铝的电阻率为铜的1.6倍,温升高,发热严重,铝电动机的性能随着时间不断恶化,寿命短;
b) 从节能上来看,纯铜线电机更节能,电路元件的电阻大小和发热大小成正比例关系,电阻大则发热大,纯铜线比铝线电阻小,发热低,电流通畅,热量不浪费,省电更节能。如果直接用相同线径的铝线替代铜线,将造成电机损耗增大,效率下降,比铜线降低3%以上;
c) 铝的抗拉强度较低,会给定子绕线工艺带来困难;
d) 铝的熔点远低于铜,较易氧化;
e) 铝的耐腐蚀性低于铜,铜铝的焊接问题,一直是铝线应用中的一大障碍,尤其是高温下,会生成三氧化二铝,接头或焊接处电阻变大甚至过热烧断;
f) 由于材料本身的性质,铝线在电阻率及延伸率方面都比铜线要差。
g) 铝线电机的槽满率增大,槽形和线径不容易配合;
h) 纯铜线电机静音效果更佳。
当然,铝线电机也有优势:第一,铜铝价格存在差异,使铝线在使用成本上有较大优势,同样的电机,使用铝线比使用铜线的成本低30%左右。对企业而言,使用铝线电机的占用资金也比铜线电机少。第二,铝的密度只有铜的1/3,因此铝线重量比铜线轻很多,可以降低家电物流成本。
四、铝代铜仍存问题需谨慎替代
从电动机行业发展的角度看,以铝代铜仍然存在诸多问题。
首先,铝的电阻率比铜高,铝线电动机定子损耗将增加,如要保持电动机体积不变,则电动机效率降低、温升增高,长期运行严重损害消费者利益,浪费能源;如果铝代铜要保持同等效率,则需增加导线截面积、放大定子槽形、增加铁心长度,从而导致硅钢片的用量增加,还有可能铝线电动机的许多规格与铜线电动机的机座不能通用。
其次,铝的表面易氧化,在工艺上存在致命缺陷,直接影响到电动机的质量、电动机运行的可靠性和电动机的使用寿命。
另外,用铜作为电动机绕组材料在国际上已有上百年的历史,在我国也有几十年的历史,生产工艺及绝缘系统几经验证,十分成熟。假如以铝代铜,除在生产工艺上需进行大量的试验验证工作外,还需对绝缘系统进行评价,否则难以保证铝线电动机的质量和电动机使用者的人身安全。
在产品的国家标准中,一般都不会对产品的使用材料进行过多的限定,其目的就是鼓励原材料升级换代,要求在保证产品质量、性能、可靠性等不变的前提下,使用更少的、更便宜的材料。目前来看,铜线电机在可靠性、性能方面仍然占有明显的优势,铜线电机仍然是最可靠的选择,尤其是在工业领域。
铝就做电机而言,是无法与铜相比的,在家电领域的铝代铜现象明显,但是也要充分考虑对于核心部件的原材料替代及替代将产生的后果,企业应该尊重消费者的知情权,让消费者根据自己的需要和自身条件选择应用铜线电机和铝线电机,让不同档次的产品都找到自己的市场。