永磁變頻空壓機可靠性及能效分析

1、IIS LiUTECH永磁變頻空壓機可靠性及能效分析永磁變頻空壓機近兩年來在空壓機行業(yè)成為節(jié)能先鋒的代名詞，甚至有些空壓機廠家以 “不用錢買的空壓機”作廣告宣傳詞來吸引用戶的眼球。當(dāng)然，永磁電機節(jié)能相對意義來講， 用同樣的控制方法肯定比傳統(tǒng)的異步電機高。正在節(jié)能的要點是80%的空壓機處于變量負載 狀態(tài)，根據(jù)用氣量的多少用變頻調(diào)速來自動滿足用戶的需求，減少無用功的損耗。但還有 20%的場合是滿壓滿負載，這種場合采用變頻控制異步電機比直接啟動還要耗能，因為變頻 器本身是IGBT以開關(guān)方式控制頻率的高低，它本身有額定功率23%需損耗的。所以這種 情況采用變頻控制即使采用永磁電機節(jié)能效果也不會很明顯。

2、而目前國家標準考核空壓機的 能效等級還是以滿壓滿負載時的比功率來執(zhí)行的，只有高精度的螺桿機頭配高效的電機及空 壓機合理的布局設(shè)計才能達到1級能效的比功率。所以很多采用變頻控制的螺桿機很難達到 1級能效等級（即使是一體機也沒有一家公司能承諾）。因此空壓機節(jié)能評估應(yīng)該因工況而定，而且考核依據(jù)尚未齊全，至少在變量工況考核概 念較淺，很少企業(yè)有制定變頻（變量）空壓機技術(shù)條件的標準來定性變頻（永磁）空壓極的 能效水平。而目前市場上永磁空壓機有兩種方式選擇，一種是比較熱銷的一體機式，一種是 分體直連式。下面介紹下它們的利與弊?？諌簷C一體的利與弊：定子：定子：轉(zhuǎn)子：陽轉(zhuǎn)子：陰轉(zhuǎn)子按圖所示，螺桿空壓機與電機的

3、結(jié)構(gòu)原理是將螺桿機頭的陽轉(zhuǎn)子的軸伸出機頭跟電機 的轉(zhuǎn)子形成同軸連接。然后電機的定子與機殼固定在螺桿機頭的殼體上，形成電機與機頭 的一體化。通過轉(zhuǎn)子上的自帶風(fēng)葉經(jīng)電機繞組與機殼的通風(fēng)槽冷卻定子。這種結(jié)構(gòu)在很多機 電設(shè)備場合是一種創(chuàng)新和發(fā)展的趨勢，比如空調(diào)壓縮機、電梯曳引機、電動葫蘆等，所以受JaUUTECHhtt 、 HYPERLINK 到很多用戶的好評與青睞?？諌簷C螺桿一體機由于體積小、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)效率高、價格較 低等優(yōu)點在市場上開始盛行。但從電機專業(yè)角度看此設(shè)計弊端很多，潛在風(fēng)險較大。主要問 題如下：電機溫度過高：由于油冷機頭特點工作溫度要到達6580度之間，所以電機與機頭 直聯(lián)軸的溫度傳

4、遞給電機永磁轉(zhuǎn)子，機體溫度傳遞給電機機殼，這樣實際電機工作環(huán)境溫度 達到了 65度左右。一般電機設(shè)計合理溫升最高為80K，那么最高電機繞組溫度可能在145 度，按38UH的磁鋼退磁（開發(fā)式可逆退磁）實驗證明，80度時退磁率為2%;100度5%;120度 為7%;150度為12%。說明溫度越高磁通越低，而磁鋼的磁通量與電機效率相關(guān)，也就是電 機溫度越高效率越低，反電動勢越小，變頻器給定電壓越低。電機電流越大，繞組溫升越高 電阻越大，定子銅損耗越大。效率再次下降，所以一體機在滿壓大流量時實際效率達不到設(shè) 計值。舉具體例說明一體機效率的下降：1、假設(shè)一體機工作環(huán)境溫度為70度，分體機電機環(huán)境溫度為3

5、0度，并且假設(shè)兩種情 況下電機實際運行時的溫升均為50度，電機有相同的電磁設(shè)計方案，電機的負載相同。一 體機的工作溫度為120度，分體機為80度。則前者工作時的電阻將比后者高出約12.7%， 銅損耗亦高出約12.7%;2、分體機的工作溫度為假設(shè)電機按直軸電流為零的控制方式;120度與80度時磁鋼退 磁率分別為7%和2%。為此，電機拖動相同的負載時前者的定子電流將比后者高出約5.38%， 為此電機的銅損耗將高出11.0%。3、合計銅損耗一體機將比分體機高出約25.1%。以永磁同步電機中銅損耗占三分之一 計，一般一體機設(shè)計效率為94%左右，在120度工作時效率約下降為93.5%左右，（TYB系列

6、在97%左右）所以相對效率相差3.5%。另外，永磁電機最怕的是退磁，而退磁是磁鋼決定的，磁鋼最怕的是溫度高，在長時間 高溫下頑固性退磁（不可逆）風(fēng)險越大，常規(guī)設(shè)計值在15年退磁率是不大于3%。由于我國釹 鐵硼技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的，對長期高溫下的壽命無從驗證，在電機行業(yè)磁鋼退磁而失效 的案例很多，油田、紡機等等。防護等級IP23:由于溫度關(guān)系所以只能設(shè)計成開式電機，空壓機很多使用場合比較 差，風(fēng)塵、潮氣、鹽霧等腐蝕性氣體導(dǎo)致其使用壽命低。機體故障率高：由于一體機轉(zhuǎn)子直接安裝在螺桿轉(zhuǎn)子上，螺桿電機轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承要承 受力比原來大2倍以上的負荷，所以電機側(cè)的軸承及油封比原來壽命降低2倍以上。維修保養(yǎng)

7、麻煩：因為永磁電機轉(zhuǎn)子是永磁體，在機頭維修保養(yǎng)時一定要先拆電機才能 拆機頭，而永磁轉(zhuǎn)子具有強大的吸引力，取出需專用工具，且人員要求專業(yè)性很強，不然很 容易造成事故。束縛制造商的選擇：由于螺桿機頭的質(zhì)量好壞、比功率的大小及機頭的選型多存在很 大的差異，所以機頭是空壓機的核心，選擇優(yōu)質(zhì)的機頭及高效的電機才能達到優(yōu)秀的比功率auuncH HYPERLINK auuncH及可靠性，所以任何一家品牌空壓機制造商都以選擇優(yōu)質(zhì)零部件來打造自己的產(chǎn)品，這樣才 會體現(xiàn)制造商的質(zhì)量水平，提高產(chǎn)品可靠性打造企業(yè)品牌。以上五大劣勢使得螺桿一體機存在很大的潛在風(fēng)險，須待改進。所以傳統(tǒng)機頭與單電機 直聯(lián)才是最可靠的方案，

8、但需要有可靠的永磁電機。永磁電機的介紹與空壓機配套選型隨著國家對節(jié)能減排的要求越來越迫切，磁鋼的技術(shù)相對成熟，永磁電機國內(nèi)是近幾年 發(fā)展起來的，目前市場上分幾種永磁同步電機：1）異步啟動永磁電機這款開發(fā)的電機比早，主要用于紡織機械、石油磕頭機、水泵等，特點是一般電源直起 就可以，所以控制成本低使用方便。但它在直起時與永磁同步有切換過程，大慣量負載難以 切入同步，大電流時容易失磁，負載有局限性，且體積較大。2）專用電梯曳引機aLiUTECH是變頻控制的多極數(shù)電機，將原來的齒輪箱取代，達到提高系統(tǒng)效率、減小噪聲、降低 機械故障率的目的。特殊外形不能對效率水平低。3）油泵伺服電機對效率水平低。此電機最早是歐洲，引進生產(chǎn)基地在寧波，主要用于注塑機的液壓系統(tǒng)。優(yōu)點：響應(yīng)速 度快，可以根據(jù)注塑機工藝的需要靈活高低速多可以滿足，效率在9495%左右，所以它在JaLiUTECH注塑機改造時可以達到30%以上。夕卜形比較美觀，體積較小。缺點：由于伺服電機的特點是 定位、速度、力矩，所以以S34間斷工作制為設(shè)計特點。以上永磁同步電機目前主要應(yīng)用在電梯、注塑機、壓縮機、磕頭抽油機及家電等行業(yè)。 由于永磁電機是近年因節(jié)能產(chǎn)業(yè)而興起的產(chǎn)品，其控制技術(shù)及電機設(shè)計方面水平較低，使用 的材料參差不齊，造