Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре и составляет 7,45% ее массы. Содержание алюминия в руде достигает 40-60%.

Для сравнения следует отметить, что меди в земной коре содержится лишь 0,0001 % ее массы.

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева алюминий является тринадцатым элементом, находится в третьем периоде, третьем ряду и в третьей группе. Атомный вес алюминия - 26,9815.

Несмотря на широкое распространение в природе алюминий удалось получить в количестве, необходимом для определения его основных свойств, только в 1845 г. В 1910 г. во всем мире было произведено 10 тыс. т алюминии, в 1938 - 567 тыс. т, а в настоящее время производство алюминия достигло нескольких миллионов тонн в год.

При изготовлении электродвигателей алюминий первоначально нашел применение для литых короткозамкнутых обмоток роторов (беличьих клеток). Вначале алюминием заливались роторы электродвигателей малой мощности. Сейчас алюминиевые обмотки широко применяются для роторов электрических машин мощностью 100 кВт и выше; изготовлены опытные электродвигатели серии ВАО 12-15-го габаритов, в которых алюминиевая беличья клетка ротора весит более 120 кг. Несомненно, что в ближайшие годы короткозамкнутые роторы асинхронных электродвигателей почти всех мощностей будут выполняться с алюминиевой литой обмоткой.

Результаты сравнительных испытаний асинхронных электродвигателей мощностью до 100 кВт показали, что по энергетическим, пусковым, перегрузочным и тепловым параметрам электродвигатели с алюминиевой литой обмоткой ротора не уступают электродвигателям с обмоткой ротора, выполненной из медных проводников.

Для электродвигателя А101-4 экономия мели на каждом роторе составляет 46 кг, а экономия в стоимости материалов - 35 руб. 89 коп.

В связи с опережением темпа выпуска электрических машин по сравнению с темпом выплавки меди, годовой прирост производства которой составляет 5-6%, помимо применения алюминия для обмоток роторов разработаны конструкции и изготовляются электродвигатели, в которых и обмотка статора выполнена алюминиевым проводом. В настоящее время наша электропромышленность выпускает электродвигатели мощностью от 0,6 до 100 кВт, являющиеся самыми распространенными электрическими машинами, потребляющими до 40% всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране, в виде единой серии А2 и АО2, темп роста выпуска составляет около 10% в год. Серия состоит из девяти габаритов, различающихся между собой наружным диаметром сердечника стали, а каждый габарит имеет две длины сердечника. Таким образом, серия состоит из 18 типоразмеров. Шкала мощности твердая с повторяющимися значениями мощности для различных частот вращения: 0,6-0,8-1,1-1,5-2,2-3,0-4,0-5,5-7,5-10-13-17-22-30-40-55-75 и 100 мВт.

Электродвигатели 1-5-го габаритов имеют закрытое обдуваемое исполнение (обозначение АО2), а 6-9-го - защищенное (обозначение А2) и закрытое исполнение.

Помимо основного исполнения с медной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором серия имеет различные модификации; с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, с фазным ротором и др. Одной из модификаций является выполнение обмотки статора из алюминиевого провода. Электродвигатели с обмоткой статора из алюминиевого провода предусмотрены для всех девяти габаритов серии, но только по одной большей длине в каждом габарите, причем электродвигатели на мощность первой длины каждого габарита выполняются в размерах электродвигателя второй (большей) длины этого же габарита, что вызывается разницей в удельных сопротивлениях меди и алюминия.

Шкала номинальных мощностей и диапазоны частот вращения электродвигателей с алюминиевой обмоткой статора такие же, как у электродвигателей А2 и АО2 основного исполнения, но номинальные мощности на одну ступень ниже, чем для соответствующих по типоразмеру электродвигателей основного исполнения и относятся только к электродвигателям вторых длин каждого габарита.

Однако даже учитывая, что электродвигатели первых длин каждого габарита с алюминиевой обмоткой не производятся, перевод на алюминиевую обмотку электродвигателей вторых длин в каждом габарите позволяет высвободить до 50% общего количества меди, расходуемой на изготовление электродвигателей серии А2 и АО2. Если бы удалось перевести на алюминиевую обмотку все электродвигатели этой серии, то это могло бы высвободить до 20% общей потребности обмоточной меди для электродвигателей. К сожалению, полная замена меди алюминием в обмотках статоров электродвигателей невозможна.

Поскольку у электродвигателей первой и второй длины каждого габарита совпадают установочные размеры (за исключением расстояния между отверстиями вдоль оси вращения электродвигателя, что не имеет существенного значения для монтажа), сохраняется взаимозаменяемость электродвигателей с медными и алюминиевыми обмотками.

Значение cosφ электродвигателей с алюминиевой обмоткой статора практически находится на уровне значений у двигателей с медной обмоткой, а значение к. п. д. ниже в среднем на 1,2%. Отношения начального пускового, максимального и минимального моментов вращения к номинальному, а также начального пускового тока к номинальному практически соответствуют значениям для электродвигателей основного исполнения равной мощности и частоты вращения. Значение махового момента соответствует значениям, относящимся к электродвигателям основного исполнения данного габарита второй длины.

По конструктивному исполнению электродвигатели с алюминиевой обмоткой статора отличаются от электродвигателей серии А2 и АО2 основного исполнения только обмоточными данными при полном совпадении геометрических размеров.

Для сохранения уровня допустимых значений превышения температуры обмотки статора, а также скорости нарастания температуры обмотки статора при пуске небольшая часть электродвигателей с алюминиевой обмоткой отличается от электродвигателей основного исполнения (с медной обмоткой статора) не только обмоточными данными, но и размерами паза.

Предельное превышение температуры обмотки статора, замеренное методом сопротивления, при продолжительном режиме работы для электродвигателей с алюминиевой обмоткой статора составляет: 75°С - для электродвигателей АО2 1-5-го габаритов и А2 6-9-го габаритов, что соответствует классу нагревостойкости изоляции Е по ГОСТ 183-66; 90°С -для электродвигателей АО2 6-9-го габаритов, что соответствует классу нагревостойкости изоляции F по ГОСТ 183-66.

Хотя алюминий уступает меди как материал для изготовления обмотки статора и переход на алюминий является вынужденным решением, все же следует отметить, что замена медных проводов алюминиевыми при ремонте электродвигателей более рентабельна и технически целесообразна, чем применение перекодированных круглых медных обмоточных проводов, демонтированных из пазов электродвигателя. Это объясняется следующими обстоятельствами:

Рассмотрение вопроса замены при капитальном ремонте асинхронных электродвигателей медных обмоточных проводов алюминиевыми не может считаться достаточно полным без технико-экономического анализа.

При этом необходимо сравнить не только себестоимость капитального ремонта одних и тех же электродвигателей при обмотках из медного и алюминиевого провода, но и расходы предприятий по их эксплуатации.

Себестоимость капитального ремонта асинхронного электродвигателя слагается из стоимости материалов, заработной платы и накладных расходов.

При сравнении стоимости материалов будем рассматривать только стоимость обмоточных материалов и изоляции, а также припоя и флюса, так как расход остальных материалов практически не изменяется. Кроме того, учтем стоимость возвращаемого лома цветных металлов.

При сравнении стоимости заработной платы будем принимать во внимание только стоимость операций по соединению и пайке схемы. Стоимость остальных операций практически остается неизменной…