永磁電機(jī)在螺桿空壓主機(jī)上的應(yīng)用

訪問次數(shù): 42850

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，節(jié)能減排已經(jīng)成為擺在我們面前的一個(gè)刻不容緩的問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電能的60%是被各行各業(yè)中廣泛使用的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、水泵所消耗，而空壓機(jī)則占了60%中的15%左右。其中又以螺桿式運(yùn)用較為廣泛，因此，降低螺桿空壓機(jī)的功耗，提高空壓機(jī)運(yùn)行效率，對(duì)節(jié)能減排具有重要意義。

螺桿壓縮機(jī)運(yùn)用現(xiàn)狀
       在螺桿空壓機(jī)行業(yè)，目前市場(chǎng)上普遍使用的仍然是電網(wǎng)直驅(qū)電機(jī)方式，空壓機(jī)主要依靠進(jìn)氣閥的閥門關(guān)閉程度來實(shí)現(xiàn)氣量的調(diào)節(jié)，即使在用氣量很低或者不用氣的情況下，電機(jī)仍然是滿速運(yùn)轉(zhuǎn)，能量被大量浪費(fèi)。據(jù)行業(yè)的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，螺桿空壓機(jī)的使用工況，時(shí)間上為100%工作制，但就負(fù)載率用氣量來講，并非100%。國(guó)內(nèi)空壓機(jī)平均負(fù)載率也就是用氣量大約為57%左右，基于這種使用工況，市場(chǎng)上的直驅(qū)電機(jī)螺桿空壓機(jī)，非常耗能。為此，人們想到了使用三相異步變頻電機(jī)來取代現(xiàn)在大量使用的直驅(qū)電機(jī)，這種方法雖然節(jié)約了一部分電能，但是由于普通的三相異步變頻電機(jī)是基于額定點(diǎn)設(shè)計(jì)的，在電機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，會(huì)引起電機(jī)功率因素和效率的急劇下降，因此，它還不是變頻式空壓機(jī)電機(jī)的較優(yōu)匹配電機(jī)。

       近年來隨著電力電子技術(shù)、新型電機(jī)控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)得以迅速的推廣應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)具有體積小、損耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)日益受到重視的今天，在很多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。永磁同步電機(jī)與普通異步變頻調(diào)速電機(jī)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、效率高

這里所說的效率高不僅僅指額定功率點(diǎn)的效率高于普通三相異步調(diào)頻電機(jī)，而是指其在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)德平均效率。永磁同步電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)由永磁提供，轉(zhuǎn)子不需要?jiǎng)?lì)磁電流，電機(jī)效率提高，與異步變頻調(diào)速相比，任意轉(zhuǎn)速點(diǎn)均節(jié)約電能，尤其在轉(zhuǎn)速較低的時(shí)候這種優(yōu)勢(shì)尤其明顯。

2、啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大
根據(jù)變頻器V/F特性，在低頻啟動(dòng)時(shí)，異步變頻調(diào)速電機(jī)中主磁場(chǎng)低、功率因數(shù)低、啟動(dòng)電流雖然很大、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻很?。幌⊥劣来磐阶冾l調(diào)速電機(jī)的主磁場(chǎng)恒定，定子電流幾乎全部為有功電流，啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。

3、力能指標(biāo)好

電機(jī)的力能指標(biāo)是指電機(jī)效率與功率因數(shù)的乘積，代表電機(jī)的力能指標(biāo)。異步變頻調(diào)速電機(jī)在60%的負(fù)荷下工作時(shí)，其效率下降15%，功率因數(shù)下降30%，力能指標(biāo)下降40%。而稀土永磁變頻電機(jī)的效率和功率因數(shù)近似一條水平曲線，即使電機(jī)只有20%負(fù)荷時(shí)，稀土永磁電機(jī)的力能指標(biāo)仍為滿負(fù)荷的80%以上，這進(jìn)一步提高了電能的使用效率和電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)。

4、體積小、重量輕

由于使用了高性能的永磁材料提供磁場(chǎng)，使得永磁電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)較感應(yīng)電機(jī)大為增強(qiáng)，永磁電機(jī)的體積和重量較感應(yīng)電機(jī)可以大大縮小。例如11KW的異步電機(jī)重量為220kg，而永磁電機(jī)僅為92kg，相當(dāng)于異步電機(jī)重量的45.8%。

永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿壓縮機(jī)研發(fā)案例

2011年上半年，臺(tái)灣通潤(rùn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備股份有限公司攜手德國(guó)WDFG，成功推出了TRL系列永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿空壓主機(jī)，該主機(jī)是螺桿空壓主機(jī)與永磁電機(jī)的結(jié)合體。在技術(shù)上，主機(jī)很好地結(jié)合了該公司在永磁電機(jī)方面的優(yōu)勢(shì)和WDFG的壓縮機(jī)型線優(yōu)勢(shì)，在結(jié)構(gòu)和性能上有如下特點(diǎn)：

• 永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子直接安裝在螺桿空壓主機(jī)的伸軸上，取消了原有電機(jī)的前蓋、聯(lián)軸器軸套、軸承，使得結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊，同傳統(tǒng)的軸連式壓縮機(jī)相比，體積可以減小40%~50%；

• 采用一體式結(jié)構(gòu)，永磁電機(jī)無軸承，電機(jī)無易損件，電機(jī)無需維護(hù)費(fèi)用；

• 永磁電機(jī)與傳統(tǒng)異步調(diào)頻電機(jī)相比體積和重量減小了一半，易于安裝維護(hù)；

• 用該主機(jī)組裝的空壓機(jī)整機(jī)，性能可滿足GB 19153-2009《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》2級(jí)能耗指標(biāo)，個(gè)別規(guī)格可達(dá)到1級(jí)能耗指標(biāo)。

  
  

       該系列永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)空壓主機(jī)，按照主機(jī)規(guī)格分為5個(gè)系列，如果按照電機(jī)功率劃分為10個(gè)系列規(guī)格：永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)的節(jié)能對(duì)于永磁調(diào)頻空壓機(jī)的節(jié)能幅度，已經(jīng)有很多資料都進(jìn)行了詳細(xì)的描述和解讀。但總體歸納起來，其節(jié)能分兩部分討論，一部分是電網(wǎng)直驅(qū)螺桿空壓機(jī)到異步變頻螺桿空壓機(jī)；一部分是異步變頻螺桿空壓機(jī)到永磁變頻螺桿空壓機(jī)。

      目前市場(chǎng)上的電網(wǎng)直驅(qū)螺桿空壓機(jī)，很多都進(jìn)行了技術(shù)改造，通過改造，使其成為可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的異步調(diào)頻空壓機(jī)，行業(yè)內(nèi)很多專業(yè)人士也對(duì)其節(jié)能效果進(jìn)行了跟蹤對(duì)比。據(jù)資料顯示，某工廠的空壓機(jī)進(jìn)行調(diào)頻改造后，節(jié)電率達(dá)到了40%。如果對(duì)不同功率規(guī)格的異步變頻電機(jī)與永磁同步電機(jī)的效率進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，從實(shí)際操作過程來看功率越小，兩種電機(jī)的效率差異越大。

永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)的使用
永磁螺桿空壓機(jī)與普通變頻螺桿空壓機(jī)相比在很多方面存在其特殊性，如下所列：

1、 配套變頻器

永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿空壓主機(jī)設(shè)計(jì)為變頻啟動(dòng)，必須使用專用的變頻器才可以運(yùn)行，才能將其電機(jī)性能發(fā)揮到較高水平。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，永磁電機(jī)分別與多個(gè)品牌的變頻器進(jìn)行了匹配測(cè)試，運(yùn)行性能良好，但其中也發(fā)現(xiàn)了很多相互制約的因素：

• 變頻器控制方式：由于空壓機(jī)電機(jī)需要的額定轉(zhuǎn)速較高，為減小客戶的維護(hù)成本，提高系統(tǒng)的可靠性，讓需要控制的變頻器配置具有開環(huán)永磁電機(jī)控制功能，同時(shí)為避免電壓壓降引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定，變頻器還需要具備有弱磁功能；

• 變頻器效率：使用變頻系統(tǒng)可以節(jié)約電能已為大家普遍認(rèn)可，但變頻器的引入同時(shí)增加了系統(tǒng)的能耗，空壓機(jī)要實(shí)現(xiàn)更好的能效等級(jí)，需要每個(gè)部件環(huán)節(jié)都考慮高效率，變頻器也不例外，效率高低成為它的首要考慮指標(biāo)，目前市場(chǎng)上的變頻器效率大約為96%；

• 電網(wǎng)電壓和變頻器壓降：電網(wǎng)電壓和變頻器的壓降都是比較重要的指標(biāo)，永磁電機(jī)選擇變頻器主要依據(jù)是電流，永磁某款確定功率的永磁電機(jī)，電壓的限制會(huì)導(dǎo)致其運(yùn)行在弱磁區(qū)，電機(jī)電流的上升，從而導(dǎo)致變頻器的選擇跨更大的檔位。

2、關(guān)于選型
一般的空壓整機(jī)廠，其產(chǎn)品是按照功率進(jìn)行標(biāo)定區(qū)別，再根據(jù)不同的壓力，選擇對(duì)應(yīng)的機(jī)頭，也就是同一個(gè)功率的電機(jī)可以匹配不同機(jī)頭。所以很多空壓機(jī)廠認(rèn)為，購(gòu)買一款永磁驅(qū)動(dòng)空壓主機(jī)，應(yīng)該可以適用到任意壓力狀況下，這種理解對(duì)于永磁驅(qū)動(dòng)的螺桿空壓機(jī)主機(jī)是不正確的。永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)是基于設(shè)定轉(zhuǎn)距，對(duì)于空壓主機(jī)，一個(gè)壓力就對(duì)應(yīng)一個(gè)整體，無法進(jìn)行分開組合，所以在壓力的適用范圍上，必須進(jìn)行取舍匹配。