เมื่อวันที่ 22 เมษายน ณ การประชุมอุตสาหกรรมทองแดงและงานแสดงสินค้าอุตสาหกรรมทองแดง CCIE 2025 SMM (ครั้งที่ 20) - ฟอรั่มอุตสาหกรรมส่งกำลังไฟฟ้าและจำหน่ายไฟฟ้า ซึ่งจัดโดย บริษัท เอสเอ็มเอ็ม อินฟอร์เมชั่น แอนด์ เทคโนโลยี จำกัด, ศูนย์การค้าโลหะเอสเอ็มเอ็ม และ บริษัท ซานตง อ้ายซื่อ อินฟอร์เมชั่น เทคโนโลยี จำกัด โดยมี บริษัท เจียงซี คอปเปอร์ คอร์ปอเรชั่น และ บริษัท หยิงถาน แลนด์พอร์ต โฮลดิ้งส์ จำกัด เป็นผู้สนับสนุนหลัก บริษัท ซานตง ฮูมง สเมลติ้ง จำกัด เป็นผู้ร่วมจัดงานพิเศษ และกลุ่มซินหวง และกลุ่มบริษัทจงเทียวซาน โลหะไม่มีธาตุเหล็ก จำกัด เป็นผู้ร่วมจัดงาน คุณหลิ่ง ตง ผู้แทนใหญ่ของ สำนักงานปักกิ่ง สมาคมทองแดงนานาชาติ และหัวหน้าโครงการ Low-Carbon Drive / วิศวกรอาวุโส ได้กล่าวปาฐกถาในหัวข้อ "แนวโน้มการพัฒนาของวัสดุม้วนทองแดงในอุตสาหกรรมมอเตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้า"
แนะนำการประยุกต์ใช้ทองแดงในมอเตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้า
การจำแนกประเภทและพื้นที่การใช้งานของผลิตภัณฑ์ลวดและสายเคเบิล
พื้นที่การใช้งานของลวดม้วน
แนวโน้มการวิจัยลวดม้วนโลหะผสมทองแดง
ตัวนําที่มีประสิทธิภาพสูง: ตัวนําที่มีปริมาณออกซิเจนต่ำ ความยืดหยุ่นสูง ความแข็งแรงสูง และความนําไฟฟ้าสูง
การประยุกต์ใช้ทองแดงในมอเตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้า
เขาได้ยกตัวอย่างการประยุกต์ใช้ทองแดงในมอเตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่ออธิบายประเด็นของเขา
แนวโน้มการพัฒนาของมอเตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้า
แนวโน้มโลกาภิวัตน์เพื่อลดการปล่อยคาร์บอน
• สหภาพยุโรป: ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกลง 55% เมื่อเทียบกับระดับปี 1990 ภายในปี 2030 และบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี 2050
• ญี่ปุ่น: บรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี 2050
• สหราชอาณาจักร: บรรลุการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ภายในปี 2045 และความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี 2050
• แคนาดา: บรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี 2050
• จีน: ปล่อยคาร์บอนสูงสุดภายในปี 2030 และบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี 2060
• ณ เดือนกันยายน 2023 มีประเทศกว่า 150 ประเทศที่มุ่งมั่นที่จะบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอน ครอบคลุมการปล่อย CO2 มากกว่า 80% ของโลก GDP และประชากร
กระบวนการปล่อยคาร์บอนสูงสุดและบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนเป็นกระบวนการไฟฟ้าและไฟฟ้าใหม่ทั่วสังคม
การไฟฟ้าใหม่ต้องการการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานเพิ่มเติมในด้านความต้องการ
กระบวนการปล่อยคาร์บอนสูงสุดและบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนเป็นกระบวนการไฟฟ้าและไฟฟ้าใหม่ทั่วสังคม ไฟฟ้าหมายถึงการเปลี่ยนจากแหล่งพลังงานดั้งเดิม (เช่น ถ่านหินและน้ำมัน) เป็นไฟฟ้า ไฟฟ้าใหม่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติม เช่น การใช้พลังงานหมุนเวียนในการผลิตไฟฟ้าหรือการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า
ประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนที่แตกต่างกัน
ประสิทธิภาพความร้อนโดยประมาณของเครื่องจักรไอน้ำในปี 1840 อยู่ที่ประมาณ 3% ในขณะที่เครื่องจักรไอน้ำควบแน่นในภายหลังบรรลุ 8% โดยประสิทธิภาพความร้อนสูงสุดของเครื่องจักรไอน้ำไม่เกิน 20% ⇒ ประสิทธิภาพความร้อนของเครื่องยนต์เบนซินในรถโดยสารโดยทั่วไปต่ำกว่า 40% ในขณะที่เครื่องยนต์ดีเซลสามารถบรรลุ 40-46%
ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงสุด โดยทั่วไปอยู่ที่ 90% ขึ้นไป และสามารถเกิน 95%
ประสิทธิภาพความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
• ขีดจํากัดสูงสุดของประสิทธิภาพความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายในคือวงจรคาร์โน ซึ่งหมายความว่ายิ่งอุณหภูมิระหว่างแหล่งความร้อนสูงและแหล่งความร้อนต่ําแตกต่างกันมากเท่าไหร่ ประสิทธิภาพความร้อนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
• เพื่อให้เครื่องยนต์บรรลุประสิทธิภาพวงจรคาร์โน 95% แหล่งความร้อนสูงจะต้องอยู่ที่ 23,000°C
• วงจรคาร์โนเป็นกระบวนการที่สมบูรณ์แบบ และในความเป็นจริง ยิ่งอุณหภูมิสูงเท่าไหร่ การบรรลุเงื่อนไข adiabatic ก็จะยากขึ้นเท่านั้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพจริงต่ํากว่าวงจรคาร์โนมาก
• วิธีการขับเคลื่อนเพียงวิธีเดียวที่มีประสิทธิภาพพลังงานเกิน 95% ในทางปฏิบัติคือระบบมอเตอร์ไฟฟ้า
ทิศทางการพัฒนาของมอเตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง
➢ "ความเห็นชี้นําเกี่ยวกับการประสานงานการอนุรักษ์พลังงาน ลดการปล่อยคาร์บอน และการรีไซเคิลเพื่อเร่งการปรับปรุงและการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ผลิตภัณฑ์หลัก": ภายในปี 2025 อัตราส่วนของมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงานที่ใช้งานอยู่ (ระดับประสิทธิภาพ 2 ขึ้นไป) จะเพิ่มขึ้นมากกว่า 5 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับปี 2021 และอัตราส่วนของมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงานที่เพิ่มขึ้นใหม่จะเพิ่มขึ้น 15 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับปี 2021 โดยอัตราส่วนของหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงานจะเพิ่มขึ้นมากกว่า 10 เปอร์เซ็นต์
➢ "แผนปฏิบัติการเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานในอุตสาหกรรม": เน้นที่อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานทั่วไป เช่น มอเตอร์ หม้อแปลงไฟฟ้า และหม้อไอน้ำ และดําเนินการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานอย่างต่อเนื่อง เพิ่มการใช้อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง
➢ "แผนปฏิบัติการเพื่ออนุรักษ์พลังงานและลดการปล่อยคาร์บอน 2024-2025": ภายในปี 2025 อัตราส่วนของมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงานและหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงานที่ใช้งานอยู่จะเพิ่มขึ้นมากกว่า 5 และ 10 เปอร์เซ็นต์ ตามลําดับ
➢ "แนวทางปฏิบัติในการปรับปรุงมอเตอร์ การเปลี่ยนแปลง และการรีไซเคิล (ฉบับปี 2023)": ส่งเสริมให้ผู้ผลิตมอเตอร์เพิ่มนวัตกรรมและปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงาน และส่งเสริมให้ผู้ประกอบการในอุตสาหกรรมหลักตรวจสอบสถานะประสิทธิภาพพลังงานและการบํารุงรักษาอุปกรณ์ของตนเอง ปรับปรุงและเปลี่ยนแปลงมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพพลังงานต่ํากว่าระดับเริ่มต้น (ระดับประสิทธิภาพ 3)
แนวโน้มโลกาภิวัตน์ของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง
เขาได้ให้การแนะนําโดยละเอียดเกี่ยวกับแนวโน้มการพัฒนาของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงในหลายประเทศทั่วโลก
วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้า
เพิ่มการใช้วัสดุที่มีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสียจากการม้วนและเหล็ก ใช้วัสดุแม่เหล็กที่ดีขึ้นและมาตรการทางกระบวนการเพื่อลดการสูญเสียจากเหล็ก ลดขนาดพัดลมเพื่อลดการสูญเสียจากการระบายอากาศ ลดการสูญเสียจากการกระจายตัวผ่านการออกแบบและมาตรการทางกระบวนการ ใช้การออกแบบที่ปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยความช่วยเหลือของคอมพิวเตอร์เพื่อลดการสูญเสียและปรับปรุงประสิทธิภาพ ใช้โรเตอร์แม่เหล็กถาวรและโรเตอร์ทองแดงเพื่อลดการสูญเสียจากโรเตอร์ รวมเทคโนโลยีสารสนเทศและอิเล็กทรอนิกส์พลังงานเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ
มอเตอร์ไฟฟ้าประเภทใหม่ – มอเตอร์ไฟฟ้าโรเตอร์คู่
สเตเตอร์ของมอเตอร์โรเตอร์คู่ตั้งอยู่ตรงกลาง โดยมีโรเตอร์ภายในสเตเตอร์และโรเตอร์ภายนอกสเตเตอร์
• โรเตอร์ภายในและภายนอกหมุนพร้อมกัน
• ลวดแม่เหล็กไฟฟ้าติดตั้งบนสเตเตอร์กลางเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก
• ข้อได้เปรียบหลักของมอเตอร์โรเตอร์คู่คือประสิทธิภาพที่สําคัญและการลดการใช้วัสดุอย่างมาก (โดยหลักแล้วเป็นเหล็กไฟฟ้า)
มอเตอร์ไฟฟ้าถ้วยกลวง
• มอเตอร์ถ้วยกลวงได้รับชื่อจากการออกแบบโรเตอร์ของมัน โรเตอร์ของมอเตอร์ถ้วยกลวงแยกตัวออกจากโครงสร้างมอเตอร์ดั้งเดิม โดยใช้โรเตอร์ที่ไม่มีแกน ซึ่งเป็นโครงสร้างรูปถ้วยกลวงที่มีขดลวดและแม่เหล็กภายใน
• โครงสร้างโรเตอร์นี้กําจัดการสูญเสียกระแสวนอย่างสมบูรณ์ที่เกิดจากแกน ลดน้ําหนักและความเฉื่อยในการหมุนอย่างมาก ลดการสูญเสียพลังงานเชิงกลในโรเตอร์เอง
• ในปี 1958 DFFaumhaber ในเยอรมนีได้พัฒนาเทคโนโลยีขดลวดม้วนเอียง และหลังจากการพัฒนาและการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ได้รับสิทธิบัตรสําหรับเทคโนโลยีขดลวดม้วนเอียงของโรเตอร์มอเตอร์ถ้วยกลวงในปี 1965 ซึ่งเป็นเครื่องหมายการเกิดของมอเตอร์ถ้วยกลวง
• มอเตอร์ถ้วยกลวงส่วนใหญ่ใช้ในข้อต่อมือที่คล่องแคล่ว
ข้อกําหนดสําหรับวัสดุทองแดงในระบบมอเตอร์ไฟฟ้าประเภทใหม่
► มอเตอร์ไฟฟ้าถ้วยกลวง
• ข้อกําหนดการนําไฟฟ้า: ขดลวดของมอเตอร์ถ้วยกลวงโดยทั่วไปใช้ลวดทองแดงที่มีความนําไฟฟ้าสูงเพื่อลดความต้านทานและการสูญเสียพลังงาน ปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของมอเตอร์
• ข้อกําหนดความแข็งแรง: แม้ว่าขดลวดของมอเตอร์ถ้วยกลวงจะเน้นการนําไฟฟ้าเป็นหลัก แต่ลวดทองแดงก็ต้องการความแข็งแรงทางกลในระดับหนึ่งเพื่อทนต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงเหวี่ยงระหว่างการทํางานของมอเตอร์ นอกจากนี้ ส่วนประกอบต่างๆ เช่น คอมมิวเตเตอร์และแปรงอาจใช้โลหะผสมทองแดง เช่น ทองแดงเงินและทองแดงโครเมียม-ซิรคอนเนียม ซึ่งรักษาความนําไฟฟ้าสูงในขณะที่ให้ความแข็งแรงและความทนทานต่อการสึกหรอที่ดีขึ้น เหมาะสําหรับการสัมผัสแปรงบ่อยครั้งและการส่งกระแสไฟฟ้า
► มอเตอร์ไฟฟ้าโรเตอร์คู่
• ข้อกําหนดการนําไฟฟ้า: ขดลวดโรเตอร์ของมอเตอร์โรเตอร์คู่โดยทั่วไปใช้วัสดุทองแดงที่มีความนําไฟฟ้าสูงเพื่อลดความต้านทานของขดลวด ลดการสูญเสียพลังงานให้เหลือน้อยที่สุด และเพิ่มประสิทธิภาพและความหนาแน่นพลังงานของมอเตอร์ การนําไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมของทองแดงสามารถนํากระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ มั่นใจในการทํางานปกติของมอเตอร์
• ข้อกําหนดความแข็งแรง: โครงสร้างโรเตอร์ของมอเตอร์โรเตอร์คู่ค่อนข้างซับซ้อนและต้องทนต่อความเครียดทางกลและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าสูง ดังนั้นวัสดุทองแดงจึงต้องมีความแข็งแรงและความเหนียวเพียงพอเพื่อให้มั่นใจในความมั่นคงและความน่าเชื่อถือของโรเตอร์ภายใต้การหมุนความเร็วสูงและการเปลี่ยนแปลงของโหลด มอเตอร์โรเตอร์คู่ที่มีประสิทธิภาพสูงบางรุ่นอาจใช้วัสดุโลหะผสมทองแดง ซึ่งให้ความแข็งแรงและความแข็งสูงขึ้นในขณะที่รักษาระดับความนําไฟฟ้าไว้
แนวโน้มการพัฒนาของวัสดุที่มีรากฐานมาจากทองแดง
มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง - ลวดแบนทองแดง
ในด้านมอเตอร์ขับเคลื่อน EV มอเตอร์ลวดแบนเป็นรูปแบบหลักของขดลวดมอเตอร์ในปัจจุบัน
เมื่อเทียบกับลวดกลม ลวดแบนช่วยให้สามารถเพิ่มอัตราส่วนการเติมช่องของมอเตอร์ได้ โดยทั่วไป อัตราส่วนการเติมช่องของมอเตอร์ลวดกลมอยู่ที่ประมาณ 50% ในขณะที่ของมอเตอร์ลวดแบนสามารถเกิน 70%
การใช้ลวดแบนช่วยให้สามารถเติมลวดทองแดงได้มากขึ้นภายในพื้นที่ช่องสเตเตอร์เดียวกัน ช่วยให้มีกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น สร้างสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งขึ้น และเพิ่มความหนาแน่นพลังงาน
ยังให้ตัวอย่างเปรียบเทียบประสิทธิภาพของลวดกลมและลวดแบนในมอเตอร์ขับเคลื่อนบางรุ่น
มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง - โรเตอร์ทองแดง
ปรับปรุงประสิทธิภาพ ลดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ มั่นใจในการทํางานที่เชื่อถือได้ ลดขนาดและน้ําหนัก และลดต้นทุนมอเตอร์
เขาเปรียบเทียบมอเตอร์ 75 กิโลวัตต์-2 ที่มีโรเตอร์ทองแดงและโรเตอร์อลูมิเนียม
โรเตอร์ทองแดงยังมีปัญหา เช่น จุดเชื่อมจำนวนมาก กระบวนการซับซ้อน ความแข็งแรงไม่เสถียร การควบคุมคุณภาพยาก ความสม่ำเสมอไม่ดี ความจำเป็นในการแปรรูปวงแหวนปลายและแท่งแยกต่างหาก (นำไปสู่ต้นทุนสูง) ประสิทธิภาพการผลิตต่ำ และความยากลำบากในการผลิตในปริมาณมาก
เขายังแนะนำโลหะผสมทองแดงหล่อแบบแม่พิมพ์ธาตุหายากและโลหะผสมทองแดงที่มีความแข็งแรงสูงและความนําไฟฟ้าสูง (โดยทั่วไปหมายถึงโลหะผสมที่มี σb ≥ 600 เมกะปาสกาล และความนําไฟฟ้า ≥80% IACS)
โซลูชันทองแดงประสิทธิภาพสูง - การปรับปรุงความนําไฟฟ้า
"ซูเปอร์ทองแดง" ผลิตขึ้นโดยการซ้อนแผ่นกราฟีน (ที่รู้จักกันดีในเรื่องความนําไฟฟ้าและคุณสมบัติเชิงกล) กับแผ่นทองแดง ทำให้เกิดข้อได้เปรียบที่เสริมกันระหว่างกราฟีนและทองแดง ปัจจุบัน ความนําไฟฟ้าของซูเปอร์ทองแดงสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 106-108% IACS
