Pada 22 April, dalam Konferensi Industri Tembaga CCIE 2025 SMM (ke-20) & Pameran Industri Tembaga - Forum Industri Transmisi dan Distribusi Tenaga Listrik, yang diselenggarakan oleh SMM Information & Technology Co., Ltd., SMM Metal Trading Center, dan Shandong Aisi Information Technology Co., Ltd., dengan Jiangxi Copper Corporation dan Yingtan Land Port Holdings Co., Ltd. sebagai sponsor utama, Shandong Humon Smelting Co., Ltd. sebagai ko-penyelenggara khusus, serta Xinhuang Group dan Zhongtiaoshan Nonferrous Metals Group Co., Ltd. sebagai ko-penyelenggara, Liang Dong, Perwakilan Utama Kantor Beijing Asosiasi Tembaga Internasional dan Pemimpin Proyek untuk Low-Carbon Drive/Insinyur Senior, menyampaikan pidato dengan tema "Tren Pengembangan Bahan Gulungan Berbasis Tembaga dalam Industri Motor dan Transformator."
Pengenalan Aplikasi Tembaga dalam Motor dan Transformator
Klasifikasi dan Area Aplikasi Produk Kabel dan Kawat
Area Aplikasi Kawat Gulungan
Tren Penelitian Kawat Gulungan Paduan Tembaga
Konduktor Berkinerja Tinggi: Konduktor dengan Kandungan Oksigen Rendah, Fleksibilitas Tinggi, Kekuatan Tinggi, dan Konduktivitas Tinggi.
Aplikasi Tembaga dalam Motor dan Transformator
Ia mengutip contoh aplikasi tembaga dalam motor dan transformator untuk mengilustrasikan poin-poinnya.
Tren Pengembangan Motor dan Transformator
Tren Global Menuju Dekarbonisasi
• UE: Mengurangi emisi gas rumah kaca sebesar 55% dibandingkan dengan tingkat 1990 pada tahun 2030, dan mencapai netralitas karbon pada tahun 2050
• Jepang: Mencapai netralitas karbon pada tahun 2050
• Inggris: Mencapai emisi nol bersih pada tahun 2045, dan netralitas karbon pada tahun 2050
• Kanada: Mencapai netralitas karbon pada tahun 2050
• Cina: Mencapai puncak emisi karbon pada tahun 2030, dan mencapai netralitas karbon pada tahun 2060
• Pada September 2023, lebih dari 150 negara telah berkomitmen untuk mencapai netralitas karbon, mencakup lebih dari 80% emisi CO2 global, PDB, dan populasi.
Proses mencapai puncak emisi karbon dan netralitas karbon adalah proses elektrifikasi dan reelektrifikasi di seluruh masyarakat.
Reelektrifikasi memerlukan peningkatan lebih lanjut dalam efisiensi energi di sisi permintaan.
Proses mencapai puncak emisi karbon dan netralitas karbon adalah proses elektrifikasi dan reelektrifikasi di seluruh masyarakat; elektrifikasi mengacu pada transisi dari sumber energi tradisional (seperti batu bara dan minyak) ke tenaga listrik; reelektrifikasi melibatkan optimasi lebih lanjut, seperti menggunakan energi terbarukan untuk pembangkit listrik atau meningkatkan efisiensi sistem tenaga listrik.
Efisiensi Sistem Penggerak yang Berbeda
Efisiensi termal mesin uap yang diperkirakan pada tahun 1840 adalah sekitar 3%, sedangkan mesin uap kondensasi kemudian mencapai 8%, dengan efisiensi termal tertinggi mesin uap tidak melebihi 20%. ⇒ Efisiensi termal mesin bensin dalam mobil penumpang umumnya di bawah 40%, sedangkan mesin diesel dapat mencapai 40-46%.
Sistem penggerak listrik memiliki efisiensi tertinggi, biasanya di atas 90%, dan dapat melebihi 95%.
Efisiensi Termal Mesin Pembakaran Dalam
• Batas atas efisiensi termal untuk mesin pembakaran dalam adalah siklus Carnot, yang berarti bahwa semakin besar perbedaan suhu antara sumber panas suhu tinggi dan sumber panas suhu rendah, semakin tinggi efisiensi termalnya;
• Untuk mencapai efisiensi siklus Carnot 95% pada mesin, sumber panas suhu tinggi harus mencapai 23.000°C;
• Siklus Carnot adalah proses ideal, dan dalam kenyataannya, semakin tinggi suhu, semakin sulit untuk mencapai kondisi adiabatik, sehingga efisiensi aktual jauh lebih rendah daripada siklus Carnot;
• Satu-satunya metode penggerak dengan efisiensi energi yang melebihi 95% dalam praktik adalah sistem motor listrik.
Arah Pengembangan Motor dan Transformator Listrik Berkinerja Tinggi
➢ "Pendapat Panduan tentang Koordinasi Konservasi Energi, Pengurangan Karbon, dan Daur Ulang untuk Mempercepat Pembaruan dan Transformasi Peralatan Produk Utama": Pada tahun 2025, proporsi motor hemat energi berkinerja tinggi yang beroperasi (tingkat efisiensi 2 dan di atas) akan meningkat lebih dari 5 poin persentase dibandingkan dengan tahun 2021, dan proporsi motor hemat energi berkinerja tinggi yang baru ditambahkan akan meningkat 15 poin persentase dibandingkan dengan tahun 2021, dengan proporsi transformator hemat energi berkinerja tinggi meningkat lebih dari 10 poin persentase.
➢ "Rencana Aksi untuk Peningkatan Efisiensi Energi Industri": Fokus pada peralatan umum yang mengonsumsi energi seperti motor, transformator, dan boiler, dan terus melakukan tindakan peningkatan efisiensi energi, meningkatkan penerapan peralatan hemat energi yang efisien.
➢ "Rencana Aksi Konservasi Energi dan Pengurangan Karbon untuk 2024-2025": Pada tahun 2025, proporsi motor hemat energi berkinerja tinggi dan transformator hemat energi berkinerja tinggi yang beroperasi akan masing-masing meningkat lebih dari 5 dan 10 poin persentase.
➢ "Pedoman Implementasi untuk Pembaruan, Transformasi, dan Daur Ulang Motor (Edisi 2023)": Mendorong produsen motor untuk meningkatkan inovasi dan meningkatkan efisiensi energi, serta mendorong perusahaan industri utama untuk memeriksa efisiensi energi dan status pemeliharaan peralatan mereka, memperbarui dan mentransformasi motor dengan efisiensi energi di bawah tingkat masuk (tingkat efisiensi 3).
Tren Global dalam Motor Listrik Berkinerja Tinggi
Ia memberikan pengenalan rinci tentang tren pengembangan motor listrik berkinerja tinggi di berbagai negara di dunia.
Cara Meningkatkan Efisiensi Motor Listrik
Meningkatkan penggunaan bahan yang efektif, mengurangi kerugian gulungan dan besi; menggunakan bahan magnetik yang lebih baik dan langkah-langkah proses untuk mengurangi kerugian besi; mengurangi ukuran kipas untuk menurunkan kerugian ventilasi; mengurangi kerugian hamburan melalui langkah-langkah desain dan proses; menerapkan desain optimasi berbantuan komputer untuk mengurangi kerugian dan meningkatkan efisiensi; menggunakan rotor magnet permanen dan rotor tembaga untuk mengurangi kerugian rotor; menggabungkan teknologi informasi dan elektronika daya untuk meningkatkan efisiensi sistem.
Motor Listrik Tipe Baru – Motor Listrik Dual-Rotor
Stator motor dual-rotor terletak di tengah, dengan satu rotor di dalam stator dan satu rotor di luar stator.
• Rotor dalam dan luar berputar secara sinkron.
• Kawat elektromagnet dipasang pada stator tengah untuk menghasilkan medan magnet.
• Keuntungan utama motor dual-rotor adalah efisiensi yang signifikan dan pengurangan konsumsi bahan yang besar (terutama baja listrik).
Motor Listrik Hollow Cup
• Motor hollow cup dinamai sesuai dengan desain rotornya. Rotor motor hollow cup lepas dari struktur motor tradisional, menggunakan rotor tanpa inti, yang merupakan struktur berbentuk cangkir berongga dengan gulungan dan magnet di dalamnya.
• Struktur rotor ini sepenuhnya menghilangkan kerugian arus eddy yang disebabkan oleh inti, secara signifikan mengurangi berat dan inersia putar, sehingga mengurangi kerugian energi mekanik dalam rotor itu sendiri.
• Pada tahun 1958, DFFaumhaber di Jerman mengembangkan teknologi kumparan gulungan miring, dan setelah pengembangan dan perbaikan terus menerus, memperoleh paten untuk teknologi gulungan miring rotor motor hollow cup pada tahun 1965, menandai kelahiran motor hollow cup.
• Motor hollow cup terutama digunakan dalam sendi tangan yang gesit.
Persyaratan untuk Bahan Tembaga dalam Sistem Motor Listrik Tipe Baru
► Motor Listrik Hollow Cup
• Persyaratan Konduktivitas: Gulungan motor hollow cup biasanya menggunakan kawat tembaga berkonduktivitas tinggi untuk mengurangi resistansi dan kerugian energi, meningkatkan efisiensi dan kinerja motor.
• Persyaratan Kekuatan: Meskipun gulungan motor hollow cup terutama menekankan konduktivitas, kawat tembaga juga membutuhkan tingkat kekuatan mekanik tertentu untuk menahan gaya elektromagnetik dan gaya sentrifugal selama operasi motor. Selain itu, komponen seperti komutator dan sikat dapat menggunakan paduan tembaga, seperti tembaga perak dan tembaga kromium-zirkonium, yang mempertahankan konduktivitas tinggi sambil menawarkan kekuatan dan ketahanan aus yang lebih baik, cocok untuk kontak sikat yang sering dan transmisi arus.
► Motor Listrik Dual-Rotor
• Persyaratan Konduktivitas: Gulungan rotor motor dual-rotor biasanya menggunakan bahan tembaga berkonduktivitas tinggi untuk mengurangi resistansi gulungan, meminimalkan kerugian energi, dan meningkatkan efisiensi dan kepadatan daya motor. Konduktivitas tembaga yang sangat baik secara efektif menghantarkan arus, memastikan operasi normal motor.
• Persyaratan Kekuatan: Struktur rotor motor dual-rotor relatif kompleks dan harus menahan tegangan mekanik dan gaya elektromagnetik yang tinggi. Oleh karena itu, bahan tembaga perlu memiliki kekuatan dan ketangguhan yang cukup untuk memastikan stabilitas dan keandalan rotor dalam putaran kecepatan tinggi dan variasi beban. Beberapa motor dual-rotor berkinerja tinggi mungkin menggunakan paduan tembaga, yang memberikan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi sambil mempertahankan tingkat konduktivitas tertentu.
Tren Pengembangan Bahan Berbasis Tembaga
Motor Berkinerja Tinggi - Kawat Datar Tembaga
Di bidang motor penggerak EV, motor kawat datar saat ini merupakan bentuk utama gulungan motor.
Dibandingkan dengan kawat bundar, kawat datar memfasilitasi peningkatan faktor pengisian slot motor. Umumnya, faktor pengisian slot motor kawat bundar adalah sekitar 50%, sedangkan motor kawat datar dapat melebihi 70%.
Penggunaan kawat datar memungkinkan lebih banyak kawat tembaga untuk diisi dalam ruang slot stator yang sama, memungkinkan arus yang lebih tinggi mengalir, menghasilkan medan magnet yang lebih kuat, dan dengan demikian meningkatkan kepadatan daya.
Ia juga memberikan contoh yang membandingkan kinerja kawat bundar dan datar dalam motor penggerak tertentu.
Motor Berkinerja Tinggi - Rotor Tembaga
Meningkatkan efisiensi, mengurangi kenaikan suhu, memastikan operasi yang andal, mengurangi ukuran dan berat, serta menurunkan biaya motor.
Ia membandingkan motor 75KW-2 dengan rotor tembaga dan rotor aluminium.
Rotor tembaga juga menghadapi masalah seperti banyaknya titik pengelasan, proses yang rumit, kekuatan yang tidak stabil, sulitnya pengendalian kualitas, konsistensi yang buruk, kebutuhan untuk pengolahan terpisah pada cincin ujung dan batang (yang menyebabkan biaya tinggi), efisiensi produksi yang rendah, dan kesulitan dalam produksi skala besar.
Ia juga memperkenalkan paduan tembaga die-cast logam langka dan paduan tembaga berkekuatan tinggi dan konduktivitas tinggi (umumnya mengacu pada paduan dengan σb ≥ 600MPa dan konduktivitas ≥80% IACS).
Solusi Tembaga Berkinerja Tinggi - Meningkatkan Konduktivitas
"Super Tembaga" dibuat dengan menumpuk grafen (dikenal karena konduktivitas dan sifat mekaniknya) dengan lembaran tembaga, sehingga mencapai keunggulan komplementer antara grafen dan tembaga. Saat ini, konduktivitas super tembaga dapat ditingkatkan hingga 106-108% IACS.
