Vào ngày 22 tháng 4, tại Hội nghị Công nghiệp Đồng và Triển lãm Công nghiệp Đồng CCIE 2025 SMM (lần thứ 20) - Diễn đàn Công nghiệp Truyền tải và Phân phối Điện, do Công ty TNHH Công nghệ và Thông tin SMM, Trung tâm Giao dịch Kim loại SMM và Công ty TNHH Công nghệ Thông tin Aisi Sơn Đông tổ chức, với Tập đoàn Đồng Giang Tây và Công ty TNHH Cảng Đất liền Yingtan làm nhà tài trợ chính, Công ty TNHH Luyện kim Humon Sơn Đông làm đồng tổ chức đặc biệt, và Tập đoàn Xinhuang và Tập đoàn Kim loại màu Trung Thiên Sơn làm đồng tổ chức, ông Liang Dong, Trưởng đại diện Văn phòng Bắc Kinh của Hiệp hội Đồng Quốc tế và Trưởng dự án Ứng dụng công nghệ thấp carbon/Kỹ sư cao cấp, đã có bài phát biểu với chủ đề "Xu hướng phát triển của vật liệu cuộn dây dựa trên đồng trong ngành công nghiệp động cơ và máy biến áp".
Giới thiệu về ứng dụng đồng trong động cơ và máy biến áp
Phân loại và lĩnh vực ứng dụng của các sản phẩm dây và cáp điện
Lĩnh vực ứng dụng của dây cuộn dây
Xu hướng nghiên cứu về dây cuộn dây hợp kim đồng
Dây dẫn hiệu suất cao: Dây dẫn có hàm lượng oxy thấp, độ linh hoạt cao, độ bền cao và độ dẫn điện cao.
Ứng dụng đồng trong động cơ và máy biến áp
Ông đã đưa ra các ví dụ về ứng dụng đồng trong động cơ và máy biến áp để minh họa cho các quan điểm của mình.
Xu hướng phát triển của động cơ và máy biến áp
Xu hướng toàn cầu hướng tới giảm phát thải carbon
• Liên minh Châu Âu: Giảm 55% lượng khí thải nhà kính so với mức năm 1990 vào năm 2030 và đạt trung hòa carbon vào năm 2050
• Nhật Bản: Đạt trung hòa carbon vào năm 2050
• Vương quốc Anh: Đạt phát thải ròng bằng không vào năm 2045 và trung hòa carbon vào năm 2050
• Canada: Đạt trung hòa carbon vào năm 2050
• Trung Quốc: Đạt đỉnh phát thải carbon vào năm 2030 và đạt trung hòa carbon vào năm 2060
• Tính đến tháng 9 năm 2023, hơn 150 quốc gia đã cam kết trung hòa carbon, bao phủ hơn 80% lượng phát thải CO2, GDP và dân số toàn cầu.
Quá trình đạt đỉnh phát thải carbon và đạt trung hòa carbon là quá trình điện khí hóa và tái điện khí hóa trên toàn xã hội.
Tái điện khí hóa đòi hỏi phải cải thiện hơn nữa hiệu quả năng lượng ở phía cầu.
Quá trình đạt đỉnh phát thải carbon và đạt trung hòa carbon là quá trình điện khí hóa và tái điện khí hóa trên toàn xã hội; điện khí hóa đề cập đến quá trình chuyển đổi từ các nguồn năng lượng truyền thống (như than và dầu) sang điện; tái điện khí hóa liên quan đến tối ưu hóa hơn nữa, chẳng hạn như sử dụng năng lượng tái tạo để phát điện hoặc cải thiện hiệu quả của hệ thống điện.
Hiệu quả của các hệ thống truyền động khác nhau
Hiệu suất nhiệt ước tính của máy hơi nước vào năm 1840 là khoảng 3%, trong khi các máy hơi nước ngưng tụ sau đó đạt 8%, với hiệu suất nhiệt cao nhất của máy hơi nước không vượt quá 20%. ⇒ Hiệu suất nhiệt của động cơ xăng trong xe du lịch thường dưới 40%, trong khi động cơ diesel có thể đạt 40-46%.
Hệ thống truyền động điện có hiệu suất cao nhất, thường trên 90% và có thể vượt quá 95%.
Hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong
• Giới hạn trên của hiệu suất nhiệt đối với động cơ đốt trong là chu trình Carnot, có nghĩa là chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt cao và nguồn nhiệt thấp càng lớn thì hiệu suất nhiệt càng cao;
• Để động cơ đạt được hiệu suất chu trình Carnot 95%, nguồn nhiệt cao cần đạt 23.000°C;
• Chu trình Carnot là một quá trình lý tưởng, và trong thực tế, nhiệt độ càng cao thì càng khó đạt được điều kiện bảo ôn, dẫn đến hiệu suất thực tế thấp hơn nhiều so với chu trình Carnot;
• Phương pháp truyền động duy nhất có hiệu suất năng lượng vượt quá 95% trong thực tế là hệ thống động cơ điện.
Hướng phát triển của động cơ và máy biến áp hiệu suất cao
➢ "Ý kiến chỉ đạo về điều phối tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải carbon và tái chế để đẩy nhanh việc cập nhật và chuyển đổi thiết bị sản phẩm chính": Đến năm 2025, tỷ lệ động cơ tiết kiệm năng lượng hiệu suất cao đang hoạt động (cấp hiệu suất 2 trở lên) sẽ tăng hơn 5 điểm phần trăm so với năm 2021, và tỷ lệ động cơ tiết kiệm năng lượng hiệu suất cao mới được bổ sung sẽ tăng 15 điểm phần trăm so với năm 2021, với tỷ lệ máy biến áp tiết kiệm năng lượng hiệu suất cao tăng hơn 10 điểm phần trăm.
➢ "Kế hoạch hành động cải thiện hiệu quả năng lượng công nghiệp": Tập trung vào các thiết bị tiêu thụ năng lượng chung như động cơ, máy biến áp và lò hơi, và liên tục thực hiện các hành động cải thiện hiệu quả năng lượng, tăng cường ứng dụng các thiết bị tiêu thụ năng lượng hiệu suất cao.
➢ "Kế hoạch hành động tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải carbon giai đoạn 2024-2025": Đến năm 2025, tỷ lệ động cơ tiết kiệm năng lượng hiệu suất cao và máy biến áp tiết kiệm năng lượng hiệu suất cao đang hoạt động sẽ tăng lần lượt hơn 5 và 10 điểm phần trăm.
➢ "Hướng dẫn thực hiện cập nhật, chuyển đổi và tái chế động cơ (Phiên bản 2023)": Khuyến khích các nhà sản xuất động cơ tăng cường đổi mới và cải thiện hiệu quả năng lượng, và thúc đẩy các doanh nghiệp ngành công nghiệp chủ chốt kiểm tra hiệu quả năng lượng và tình trạng bảo trì thiết bị của mình, cập nhật và chuyển đổi các động cơ có hiệu suất năng lượng dưới cấp nhập cảnh (cấp hiệu suất 3).
Xu hướng toàn cầu về động cơ điện hiệu suất cao
Ông đã giới thiệu chi tiết về xu hướng phát triển của động cơ điện hiệu suất cao ở nhiều quốc gia trên toàn cầu.
Cách thức nâng cao hiệu quả động cơ điện
Tăng cường sử dụng vật liệu hiệu quả, giảm tổn thất cuộn dây và sắt; sử dụng vật liệu từ tính tốt hơn và các biện pháp công nghệ để giảm tổn thất sắt; giảm kích thước quạt để giảm tổn thất thông gió; giảm tổn thất phân tán thông qua các biện pháp thiết kế và công nghệ; áp dụng thiết kế tối ưu hóa bằng máy tính để giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả; sử dụng rotor nam châm vĩnh cửu và rotor đồng để giảm tổn thất rotor; kết hợp công nghệ thông tin và điện tử công suất để nâng cao hiệu quả hệ thống.
Động cơ điện loại mới – Động cơ điện hai rotor
Stator của động cơ hai rotor nằm ở giữa, với một rotor bên trong stator và một rotor bên ngoài stator.
• Các rotor trong và ngoài quay đồng bộ.
• Dây điện từ được lắp đặt trên stator trung tâm để tạo ra từ trường.
• Lợi thế chính của động cơ hai rotor là hiệu suất đáng kể và giảm đáng kể lượng vật liệu tiêu thụ (chủ yếu là thép điện).
Động cơ điện cốc rỗng
• Động cơ cốc rỗng được đặt tên theo thiết kế rotor của nó. Rotor của động cơ cốc rỗng tách khỏi cấu trúc động cơ truyền thống, sử dụng rotor không lõi, là một cấu trúc hình cốc rỗng với các cuộn dây và nam châm bên trong.
• Cấu trúc rotor này loại bỏ hoàn toàn tổn thất dòng Focault do lõi gây ra, giảm đáng kể trọng lượng và quán tính quay, do đó giảm tổn thất năng lượng cơ học trong chính rotor.
• Năm 1958, DFFaumhaber ở Đức đã phát triển công nghệ cuộn dây xiên, và sau khi liên tục phát triển và cải tiến, đã nhận được bằng sáng chế cho công nghệ cuộn dây xiên của rotor động cơ cốc rỗng vào năm 1965, đánh dấu sự ra đời của động cơ cốc rỗng.
• Động cơ cốc rỗng chủ yếu được sử dụng trong các khớp tay khéo léo.
Yêu cầu đối với vật liệu đồng trong hệ thống động cơ điện loại mới
► Động cơ điện cốc rỗng
• Yêu cầu về độ dẫn điện: Các cuộn dây của động cơ cốc rỗng thường sử dụng dây đồng có độ dẫn điện cao để giảm điện trở và tổn thất năng lượng, nâng cao hiệu suất và hiệu suất của động cơ.
• Yêu cầu về độ bền: Mặc dù các cuộn dây của động cơ cốc rỗng chủ yếu nhấn mạnh độ dẫn điện, dây đồng cũng cần có một mức độ bền cơ học nhất định để chịu được lực điện từ và lực ly tâm trong quá trình hoạt động của động cơ. Ngoài ra, các thành phần như bộ chỉnh lưu và bàn chải có thể sử dụng hợp kim đồng, chẳng hạn như đồng bạc và đồng crôm-zirconium, duy trì độ dẫn điện cao trong khi cung cấp độ bền và khả năng chống mài mòn tốt hơn, phù hợp cho tiếp xúc bàn chải thường xuyên và truyền tải dòng điện.
► Động cơ điện hai rotor
• Yêu cầu về độ dẫn điện: Các cuộn dây rotor của động cơ hai rotor thường sử dụng vật liệu đồng có độ dẫn điện cao để giảm điện trở cuộn dây, giảm thiểu tổn thất năng lượng và nâng cao hiệu suất và mật độ công suất của động cơ. Độ dẫn điện tuyệt vời của đồng dẫn điện hiệu quả, đảm bảo hoạt động bình thường của động cơ.
• Yêu cầu về độ bền: Cấu trúc rotor của động cơ hai rotor tương đối phức tạp và phải chịu được áp lực cơ học và lực điện từ cao. Do đó, vật liệu đồng cần có độ bền và độ dẻo dai đủ để đảm bảo sự ổn định và độ tin cậy của rotor trong điều kiện quay tốc độ cao và biến đổi tải. Một số động cơ hai rotor hiệu suất cao có thể sử dụng hợp kim đồng, cung cấp độ bền và độ cứng cao hơn trong khi duy trì một mức độ dẫn điện nhất định.
Xu hướng phát triển của vật liệu dựa trên đồng
Động cơ hiệu suất cao - Dây đồng phẳng
Trong lĩnh vực động cơ truyền động EV, động cơ dây phẳng hiện là hình thức cuộn dây động cơ chính.
So với dây tròn, dây phẳng tạo điều kiện tăng hệ số lấp đầy rãnh của động cơ. Thông thường, hệ số lấp đầy rãnh của động cơ dây tròn là khoảng 50%, trong khi của động cơ dây phẳng có thể vượt quá 70%.
Việc sử dụng dây phẳng cho phép lấp đầy nhiều dây đồng hơn trong cùng không gian rãnh stator, cho phép dòng điện chảy cao hơn, tạo ra từ trường mạnh hơn và do đó nâng cao mật độ công suất.
Nó cũng cung cấp một ví dụ so sánh hiệu suất của dây tròn và dây phẳng trong một động cơ truyền động nhất định.
Động cơ hiệu suất cao - Rotor đồng
Nâng cao hiệu suất, giảm nhiệt độ tăng, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy, giảm kích thước và trọng lượng và giảm chi phí động cơ.
Ông so sánh một động cơ 75KW-2 với rotor đồng và một động cơ 75KW-2 với rotor nhôm.
Rotor đồng cũng phải đối mặt với các vấn đề như nhiều điểm hàn, quy trình phức tạp, độ bền không ổn định, khó kiểm soát chất lượng, tính đồng nhất kém, cần phải gia công riêng các vòng đầu và thanh dẫn (dẫn đến chi phí cao), hiệu suất sản xuất thấp và khó sản xuất quy mô lớn.
Ông cũng giới thiệu các hợp kim đồng đúc khuôn đất hiếm và các hợp kim đồng có độ bền cao, độ dẫn điện cao (thường đề cập đến các hợp kim có σb ≥ 600MPa và độ dẫn điện ≥80% IACS).
Giải pháp đồng hiệu quả cao - Cải thiện độ dẫn điện
"Siêu đồng" được tạo ra bằng cách xếp chồng các tấm graphene (nổi tiếng với tính dẫn điện và tính chất cơ học của nó) với các tấm đồng, đạt được lợi thế bổ sung của graphene và đồng. Hiện tại, độ dẫn điện của siêu đồng có thể được tăng lên 106-108% IACS.
