Исследователи Фраунгофера разрабатывают технологию производства алюминиевых обмоток для двигателей – Green Car Congress

Автомобильные и энергетические компании экономят миллионы, обменивая медь на алюминий

ЛОНДОН/ТОКИО/ДЖУБЕЙЛ (Рейтер) – Производители отказываются от меди в пользу более легкого и дешевого алюминиевого конкурента после десятилетия технологических инноваций, которые сэкономили некоторым компаниям сотни миллионов долларов.

Рабочий считает медные провода на заводе PT Voksel Electric в районе Цибубур на окраине Джакарты 23 августа 2013 года. REUTERS/Beawiharta

Японский автогигант Toyota 7203.T и саудовская энергетическая компания входят в число тех, кто делает переход, в то время как Sapa, поставщик алюминиевых компонентов, заявила, что наблюдала рост спроса.

Некоторым секторам, включая судостроение, строительство зданий и электрические схемы, по-прежнему будут нужны медь с высокой проводимостью, гибкостью и долговечностью.

Но разработки в области алюминиевой проводки, которые компенсируют более низкую проводимость и меньшую гибкость, новые способы предотвращения коррозии и более эффективные проводники, означают, что есть больше возможностей для замены меди в кабелях электросетей, автомобильной проводке, системах кондиционирования и охлаждения.

Компания Saudi Electricity Co. заявила, что уже сэкономила 2.4 миллиарда риалов (640.09 миллиона долларов) за счет перехода от меди к алюминию в своей распределительной сети среднего напряжения.

«Мы начали более года назад и планируем продолжать», — сказал Reuters исполнительный директор SEC Зияд Альшиха.

Стремление к инновациям для преодоления препятствий на пути замены двух металлов набрало обороты в 2011 году, когда цены на медь подскочили до 10,000 2,525 долларов за тонну, а алюминий, страдающий от избытка предложения, стоил XNUMX XNUMX долларов.

Разрыв в цене сократился более чем вдвое, но алюминий по-прежнему примерно на 3,400 долларов дешевле, чем его конкурент.

«Десять лет высоких (медных) цен побудили многих игроков, участвующих в цепочке поставок, инвестировать в исследования и разработки и сделать возможным большее замещение», — сказал аналитик Патрик Джонс из Nomura в Лондоне.

«Теперь мы начинаем видеть некоторые результаты на этом фронте».

ЭЛЕКТРОСЕТИ, АВТОПРОВОДА

Наибольший потенциал для перехода с меди имеется в энергетическом секторе, где алюминий уже широко используется в воздушных высоковольтных кабелях от электростанций, но теперь он привлекателен для проводки, ответвляющейся от подстанций.

Читайте также:
На что обратить внимание при выборе напольного покрытия для дома

Японская компания Kansai Electric Power 9503.T в прошлом году начала замену 50-летней давности медных распределительных кабелей в префектуре Осака на алюминиевые. Представитель компании заявил, что ее планы по замене около 140,000 30 км медных кабелей в течение XNUMX лет сэкономят десятки миллиардов иен.

Их новые алюминиевые провода компенсировали недостаток большей толщины за счет конструкции с ямочками, которая снижает давление ветра и помогает отталкивать снег, а это означает, что они могут использовать существующие электрические столбы и снижают риск обрыва кабелей, сказал представитель.

Автомобильный сектор также извлек выгоду из инноваций, повышающих потенциал для дальнейшего использования легкого алюминия, чтобы помочь отрасли снизить вес автомобилей, чтобы соответствовать более строгим стандартам выбросов.

Уже перейдя на алюминиевые радиаторы с меди, компания опасалась расширять использование проводки, отчасти потому, что алюминий более подвержен коррозии.

Но японская компания Furukawa Automotive Systems, подразделение Furukawa Electric Co 5801.T, разработала новые коррозионностойкие клеммы для алюминиевых проводов в жгуте проводов, который является основой электрической системы автомобиля, сообщил представитель.

Furukawa поставляет алюминиевые жгуты проводов для легковых автомобилей Honda 7267.T и роскошных автомобилей Toyota.

«Мы ожидаем, что алюминиевые жгуты проводов для использования в транспортных средствах вырастут и к 30 году составят около 2025 процентов рынка Японии, по сравнению с лишь несколькими процентами сейчас», — сказал он.

Представитель Toyota Motor Corp, крупнейшего в мире автопроизводителя, подтвердил использование алюминиевых ремней безопасности в своем Land Cruiser, но отказался раскрыть планы относительно других моделей.

Немецкая компания Leoni LEOGn.DE начала поставлять алюминиевые тросы для роскошных автомобилей около пяти лет назад и, по словам представителя Свена Шмидта, планирует выйти на массовый рынок.

По его словам, автомобиль может быть примерно на 1 кг легче, если использовать алюминиевые кабели вместо медных, и ожидается, что эта разница вырастет до 4 кг в течение пяти лет.

Кондиционирование воздуха и охлаждение – еще одна область конкуренции двух металлов. Sapa поставляет алюминиевые компоненты производителям кондиционеров и заявила в презентации, что ожидает роста продаж после того, как улучшения в алюминиевых трубках сделали их более конкурентоспособными в качестве замены медным трубкам.

Читайте также:
Современный дизайн офиса: особенности и тренды на 2022 год

РЫНОК МЕДИ

По мере того, как все больше компаний совершат переход, влияние на рынки меди и алюминия может быть существенным.

Ориентировочные цены на медь CMCU3 на Лондонской бирже металлов в прошлом году упали примерно на четверть из-за опасений, что замедление экономики может привести к снижению спроса со стороны Китая, крупнейшего в мире потребителя металлов.

По оценкам Goldman Sachs, в этом году Китаю потребуется на 100,000 250,000–XNUMX XNUMX тонн меньше меди, поскольку власти выпустили стандарты качества для низковольтных силовых кабелей из алюминиевого сплава, что дает промышленным пользователям больше уверенности в замене медных кабелей.

«Замещение может представлять серьезную угрозу спросу на медь в течение следующего десятилетия, что может составить до 2-3 миллионов тонн в год общего снижения спроса», — сказал Джонс из Nomura в заметке.

Медная промышленность преуменьшает угрозу, заявляя, что многие промышленные пользователи все еще опасаются переключения. Согласно данным Thomson Reuters, мировой спрос на медь вырастет до 22.2 млн тонн в этом году с 21.9 млн тонн в 2015 году.

«В автомобильном секторе существует риск возможного технического сбоя, претензий по гарантии и неизвестного аспекта использования алюминия со всеми его техническими проблемами», — сказал Колин Беннетт, аналитик глобального рынка из Европейского института меди.

«В целом по рынку фактические потери от замещения на самом деле ничтожно малы, потому что рынок меди растет».

Замена алюминиевого провода на медный при ремонте электродвигателей

Исследователи Fraunhofer IFAM разработали метод литья, который можно использовать для производства легких алюминиевых обмоток с более высоким коэффициентом заполнения канавок для замены медных обмоток в электродвигателях. В одном исследовании они обнаружили, что алюминиевые катушки увеличивают непрерывную мощность электрических машин по сравнению с медными обмотками, снижают рабочую температуру и в то же время снижают вес и затраты на сырье.

После успешного производства алюминиевых рулонов в прецизионном литье в последние годы перед отделом литейных технологий и легких конструкций Института производственных технологий и прикладных материалов им. Фраунгофера IFAM было очевидной целью также производить рулоны для серийного производства методом литья под давлением.

Читайте также:
14 лучших матрасов, проверенных экспертами нашей лаборатории

Литые катушки характеризуются плоским расположением проводников, что приводит к более высокому коэффициенту заполнения паза и, таким образом, к лучшему использованию доступного монтажного пространства.

Литая под давлением алюминиевая катушка с семью витками и высотой проводника ок. 1.5 миллиметра. © ИФАМ Фраунгофера

Хотя литые алюминиевые катушки имеют более высокое электрическое сопротивление по сравнению с намотанными медными катушками, большее поперечное сечение приводит к меньшему сопротивлению по отношению ко всей катушке.

Благодаря лучшему соединению с ламинированным сердечником и более эффективному использованию монтажного пространства достигается гораздо лучшее тепловое и электромагнитное поведение. По этой причине можно заменить намотанные медные катушки катушками из литого алюминия для повышения производительности и снижения затрат на материалы.

Чтобы показать это в прямом сравнении, команда Фраунгофера использовала коммерческие двигатели для педалей мощностью 250 Вт. Восстановленные двигатели с различными комбинациями многослойных сердечников и катушек были испытаны на стенде.

Расположение катушек в двигателе pedelec с медными катушками (слева) и идентичный двигатель с катушками из литого алюминия (справа). © ИФАМ Фраунгофера

Среди результатов с алюминиевыми обмотками:

Коэффициент заполнения канавки может быть увеличен с 32 до 60%.

При этом экономия веса составила 10%.

Крутящий момент увеличился на 30%.

Благодаря лучшему тепловому поведению катушек длительная мощность при рабочей температуре увеличилась почти на 20%.

Алюминиевый змеевик может лучше отдавать полученное тепло многослойному сердечнику и, таким образом, в окружающую среду. Это приводит к улучшению длительной работы, поскольку катушки достигают допустимой продолжительной рабочей температуры только при более высоких токах.

Еще более полезными оказались результаты измерений многослойного сердечника, оптимизированного для литых катушек, в другом модифицированном двигателе pedelec. При меньшем весе крутящий момент увеличился почти на 80%, а постоянная мощность — на 25% по сравнению с исходным двигателем. Изменения конструкции могут еще больше повысить производительность двигателей с алюминиевыми катушками.

Комментарии

Я знаю, что медь дороже и тяжелее, чем алюминий, но, в принципе, эти катушки можно отлить и из меди. Это снизит сопротивление катушек и даст те же преимущества оптимизации доступного пространства и еще больше повысит эффективность.

Читайте также:
Калькулятор веса металла - Калькулятор веса стали

Квадратный провод уже используется в некоторых двигателях именно для улучшения коэффициента уплотнения. Это было предметом предыдущих сообщений GCC.

Если вы зайдете на веб-сайт Fraunhofer IFAM (https://www.ifam.fraunhofer.de/content/dam/ifam/en/documents/Shaping_Functional_Materials/casting_technology/castings-for-electric-drives-fraunhofer-ifam.pdf), ясно, что они уже разработали процесс литья медных катушек. Предположительно эти катушки имеют более высокие характеристики, чем алюминиевые, но могут быть экономические причины для предпочтения алюминиевой разновидности.

Обладает ли литой металл более низким сопротивлением, чем тянутый или прокатанный металл? Я знаю, что структура зерен может быть кардинально разной, а в прокате она анизотропна.

«Имеет ли литой металл более низкое сопротивление, чем тянутый или катаный металл?»
Не то, что я знаю о. Единственное известное мне отклонение относится к ВЧ-волноводам. На высоких частотах возникает «скин-эффект»; плотность электронов движется к поверхности проводника. Вот почему волноводы полые, как трубы.

4 причины заменить старую алюминиевую проводку на медную

Замена алюминиевой проводки на медную

Алюминиевая проводка в домах имеет несколько интересную и несколько противоречивую историю. Здесь в МК Электрический Человек, у нас есть ряд клиентов, которые обращались к нам на протяжении многих лет, спрашивая нас, безопасно ли хранить их старую алюминиевую проводку в их домах, или было бы более безопасным решением для них пойти дальше и заменить ее. Самый простой ответ на этот вопрос: да, старая алюминиевая проводка технически безопасна для хранения в вашем доме, если за ней правильно ухаживают на протяжении всего срока службы вашего дома. Хотя это может быть безопасно, но при надлежащем обслуживании медная проводка в конечном итоге будет лучше служить вашему дому по ряду различных причин. Если у вас дома алюминиевая проводка и нет явных проблем с электричеством, вы, вероятно, сможете отложить ремонт. алюминиевая проводка заменена на медную по крайней мере, на некоторое время, но поскольку качество алюминиевой проводки довольно быстро ухудшается, вам не захочется делать это долго. Если в вашем доме есть алюминиевая проводка, вопрос в конечном итоге станет вопросом не о том, нужно ли вам модернизировать проводку, а о том, насколько срочно вам нужно это сделать. Чтобы помочь вам принять решение о том, следует ли вам заменить алюминиевую проводку вашего дома на медную, наши электрики в Новом Орлеане нашли время, чтобы собрать некоторую информацию, которая, как мы надеемся, окажется вам полезной в процессе принятия решения.

Читайте также:
20 лайфхаков по маркировке, которые должен знать каждый домашний мастер | Семейный Разнорабочий

Проводимость

Алюминиевая проводка обычно имеет объемную проводимость на 38.2% меньше, чем у стандартной медной проводки. В основном это означает, что алюминиевая проводка просто не способна выдерживать столько электричества, сколько медная проводка. Фактически, электротехническая промышленность изменила стандарт электропроводки с алюминиевой проводки на медную в значительной степени потому, что знала об этой разнице. Чтобы алюминиевая проводка могла пропускать такое же количество тока, которое может безопасно проходить по медной проводке, алюминиевая проводка должна быть как минимум на один калибр больше.

Долговечность

Алюминий менее плотный материал, чем медь, поэтому алюминиевая проводка менее прочная и менее гибкая, чем медная. При отсутствии у электрика должного уровня навыков при работе с алюминиевой электропроводкой, особенно при ее изгибе или скручивании, алюминиевая жила внутри изоляции может достаточно легко порваться. Кроме того, при скручивании проводника на крепежном винте существует серьезная вероятность расщепления проводника, что приведет к возникновению дуги и серьезному потенциалу электрического возгорания.

Таяние

Алюминий как металл имеет очень низкую температуру плавления, и поэтому, если алюминиевая проводка в вашем доме подвергается какому-либо перегреву, это может необратимо и сильно повлиять на проводник. В дополнение к более низкой температуре плавления, чем у меди, алюминий также плавится с большей скоростью, и когда алюминий превращается в расплавленную ванну, он имеет серьезный потенциал для воспламенения всего горючего, которое оказывается под рукой.

Коррозия

Алюминиевая проводка более подвержена коррозии и атмосферным воздействиям, чем медная. В течение длительного периода времени алюминиевая проводка имеет тенденцию к коррозии, которая начинает проникать между любыми соединениями между алюминием и любым другим типом металла. Кроме того, там, где медь имеет тенденцию к коррозии до более зеленого цвета, эта коррозия фактически не влияет на проводимость проводки, в отличие от белой коррозии на алюминиевой проводке.

Температура

Алюминиевая проводка также имеет тенденцию изменять плотность при воздействии высоких и низких температур, что приводит к выравниванию соединения любой клеммы алюминиевого электрического соединения. Как правило, это означает, что ваши алюминиевые соединения со временем ослабнут, и их должен будет подтянуть профессиональный электрик.

Читайте также:
Спальные диваны, спальные секционные диваны и спальные места | РОДЖЕР КРИС

Если вы хотите заменить алюминиевую проводку на медную, позвоните нашим электрикам в Новом Орлеане по телефону 504-899-5483 или заполните нашу онлайн-форму запроса.

Контакты

личная гарантия

Новостная рассылка

скидки

отзывы топ

Отличная компания. Отвечал на звонки, приехал вовремя, все сделал отлично. Мы будем продолжать использовать МК для всей дальнейшей работы. Спасибо, Майк!
– Лайонел Уорд
Узнать больше

Я несколько раз пользовался услугами MK Electricman и должен сказать, что это первоклассная профессиональная компания. Всегда вовремя и чисто!
НАСТОЯТЕЛЬНО РЕКОМЕНДУЕМ!
— Джо Дардис
Узнать больше

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: