永磁電機在螺桿空壓主機上的應(yīng)用

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

螺桿壓縮機運用現(xiàn)狀
       在螺桿空壓機行業(yè)，目前市場上普遍使用的仍然是電網(wǎng)直驅(qū)電機方式，空壓機主要依靠進氣閥的閥門關(guān)閉程度來實現(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，電機仍然是滿速運轉(zhuǎn)，能量被大量浪費。據(jù)行業(yè)的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，螺桿空壓機的使用工況，時間上為100%工作制，但就負載率用氣量來講，并非100%。國內(nèi)空壓機平均負載率也就是用氣量大約為57%左右，基于這種使用工況，市場上的直驅(qū)電機螺桿空壓機，非常耗能。為此，人們想到了使用三相異步變頻電機來取代現(xiàn)在大量使用的直驅(qū)電機，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是基于額定點設(shè)計的，在電機轉(zhuǎn)速下降時，會引起電機功率因素和效率的急劇下降，因此，它還不是變頻式空壓機電機的較優(yōu)匹配電機。

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

1、效率高

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

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

3、力能指標(biāo)好

電機的力能指標(biāo)是指電機效率與功率因數(shù)的乘積，代表電機的力能指標(biāo)。異步變頻調(diào)速電機在60%的負荷下工作時，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的效率和功率因數(shù)近似一條水平曲線，即使電機只有20%負荷時，稀土永磁電機的力能指標(biāo)仍為滿負荷的80%以上，這進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，使得永磁電機的氣隙磁場較感應(yīng)電機大為增強，永磁電機的體積和重量較感應(yīng)電機可以大大縮小。例如11KW的異步電機重量為220kg，而永磁電機僅為92kg，相當(dāng)于異步電機重量的45.8%。

永磁電機驅(qū)動螺桿壓縮機研發(fā)案例

2011年上半年，臺灣通潤驅(qū)動設(shè)備股份有限公司攜手德國WDFG，成功推出了TRL系列永磁電機驅(qū)動的螺桿空壓主機，該主機是螺桿空壓主機與永磁電機的結(jié)合體。在技術(shù)上，主機很好地結(jié)合了該公司在永磁電機方面的優(yōu)勢和WDFG的壓縮機型線優(yōu)勢，在結(jié)構(gòu)和性能上有如下特點：

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

• 采用一體式結(jié)構(gòu)，永磁電機無軸承，電機無易損件，電機無需維護費用；

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

• 用該主機組裝的空壓機整機，性能可滿足GB 19153-2009《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》2級能耗指標(biāo)，個別規(guī)格可達到1級能耗指標(biāo)。

  
  

       該系列永磁電機驅(qū)動空壓主機，按照主機規(guī)格分為5個系列，如果按照電機功率劃分為10個系列規(guī)格：永磁同步電機驅(qū)動空氣壓縮機的節(jié)能對于永磁調(diào)頻空壓機的節(jié)能幅度，已經(jīng)有很多資料都進行了詳細的描述和解讀。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)螺桿空壓機到異步變頻螺桿空壓機；一部分是異步變頻螺桿空壓機到永磁變頻螺桿空壓機。

      目前市場上的電網(wǎng)直驅(qū)螺桿空壓機，很多都進行了技術(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，行業(yè)內(nèi)很多專業(yè)人士也對其節(jié)能效果進行了跟蹤對比。據(jù)資料顯示，某工廠的空壓機進行調(diào)頻改造后，節(jié)電率達到了40%。如果對不同功率規(guī)格的異步變頻電機與永磁同步電機的效率進行測試對比，從實際操作過程來看功率越小，兩種電機的效率差異越大。

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

1、 配套變頻器

永磁電機驅(qū)動螺桿空壓主機設(shè)計為變頻啟動，必須使用專用的變頻器才可以運行，才能將其電機性能發(fā)揮到較高水平。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，永磁電機分別與多個品牌的變頻器進行了匹配測試，運行性能良好，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：由于空壓機電機需要的額定轉(zhuǎn)速較高，為減小客戶的維護成本，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)永磁電機控制功能，同時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可，但變頻器的引入同時增加了系統(tǒng)的能耗，空壓機要實現(xiàn)更好的能效等級，需要每個部件環(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，電壓的限制會導(dǎo)致其運行在弱磁區(qū)，電機電流的上升，從而導(dǎo)致變頻器的選擇跨更大的檔位。

2、關(guān)于選型
一般的空壓整機廠，其產(chǎn)品是按照功率進行標(biāo)定區(qū)別，再根據(jù)不同的壓力，選擇對應(yīng)的機頭，也就是同一個功率的電機可以匹配不同機頭。所以很多空壓機廠認為，購買一款永磁驅(qū)動空壓主機，應(yīng)該可以適用到任意壓力狀況下，這種理解對于永磁驅(qū)動的螺桿空壓機主機是不正確的。永磁電機的設(shè)計是基于設(shè)定轉(zhuǎn)距，對于空壓主機，一個壓力就對應(yīng)一個整體，無法進行分開組合，所以在壓力的適用范圍上，必須進行取舍匹配。