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永磁一体螺杆空压主机技术应用分析

发布时间:2015-04-15 06:53 信息来源:中国空压机网 作者:复盛空压机


  摘要:针对永磁一体螺杆空压主机在市场应用中,遇到的问题和大家一致关心的技术问题进行探讨。

  关键词:空压 螺杆 永磁 温升

  引言

  近几年,永磁电机驱动的螺杆空压主机,已经在市场上普遍得到应用,特别是一体式的永磁驱动螺杆主机,更是以其节能显著、体积小易于布置等优点得到客户的普遍认可。随着永磁一体螺杆机的广泛应用,更多的永磁电机厂家也先后进入这个市场,对于永磁一体机与永磁驱动两体联轴方式的适宜性讨论,持久而热烈。通润作为国内永磁一体主机的首个生产厂家,针对大家关心的诸多问题,提供我们自己的观点,供大家讨论与参考。

  正文

  1、一体机设计中的电机温升问题

  目前的一体式螺杆主机,电机直接安装在螺杆机头的吸气伸轴端。业内很多人,提出了一体机电机温升的质疑,认为电机直接与螺杆机头做成一体,螺杆机头的温度会传递到电机侧,导致电机散热差、温升高。对于此类观点,依据本公司实际的设计与应用状况,做如下几点说明:

  首先,电机温升主要依赖于特定工况下的电机设计,笔者所在公司的一体式螺杆主机用永磁电机,是针对一体式结构和空压行业的运行工况进行的特殊设计,如充裕的服务系数考虑,并经过了详细的测试确认,不同于市场上运用的通用型永磁电机设计,实际运行时电机温升状况良好。对于直接将市场上通用型永磁电机的定、转子直接安装在螺杆机头端部的组装方式,建议进行比较详尽的测试,以确认该永磁电机是否适合空压机特定的结构和工况。图1为一台一体式螺杆主机在温升平衡情况下的温度分布。由图可见,即使在温度平衡条件下,电机端的外壳温度也不过在40℃左右。

永磁一体螺杆空压主机技术应用分析

永磁一体螺杆空压主机技术应用分析
 

  其次,对于螺杆主机本身,其压缩空气从吸气端到排气端,是一个压力逐步增大的过程,相应的温度也是一个逐步递增的过程。通常状况下,吸气口的温度接近气温,而控制排气温度的风机一般设定在大约85℃开启,所以排气端的油气混合物温度限定在85℃左右,所以电机端的温度不应超过此值。

  图3为一台螺杆单机头产品在温升平衡情况下的温度分布情况,排气端最高温度74.8℃,而电机端的最高温度也仅有60℃左右。

  综合以上分析可以看出,永磁电机直接安装在螺杆机器的吸气伸轴端,螺杆自身的温升对电机的温度影响并不大。所以,业内某些电机公司对该结构提出温升高及永磁体的退磁问题,只是自己的臆断,根本是没有依据的讨论。

永磁一体螺杆空压主机技术应用分析

  2、防护等级问题


  螺杆压缩机应用于比较广泛的场合,有些应用场合环境比较差,环境中粉尘、杂质比较多。如果螺杆空压机自身的防护做的不到位,对于IP23防护等级的一体式螺杆主机,在吸风冷却时,粉尘、杂质等容易随着冷却风进入电机内部,带磁性的粉尘或杂质会吸附在永磁电机的转子表面,累积到一定程度,会堵塞气隙,最终导致电机无法运行。所以,针对特定的使用场合,本公司也设计了相应的产品,推出IP54防护等级的一体式螺杆主机,如图4所示。

 永磁一体螺杆空压主机技术应用分析

  该结构完全将冷却风道移至电机外部,与市场上的IP54电机冷却方式类同,但同时又秉承了本公司一体式螺杆主机无轴承结构的特点优势。

  3、永磁一体机的维修保养问题

  对于永磁同步驱动的螺杆主机,其电机没有轴承,在节约了2个点的效率损失的同时,结构上更加简单。

  对于一台常规结构的电机,产生维修概率最高的通常是电机轴承。从这一点分析看,永磁电机驱动的一体式螺杆机,没有此类问题的维修考虑,趋于免维护,更加的绿色环保。对于永磁电机定转子的更换,在一体式螺杆主机设计时,进行了充分考虑,拆卸方式非常简单,易于操作,如图5图6所示。

 永磁一体螺杆空压主机技术应用分析

 永磁一体螺杆空压主机技术应用分析
 

  本公司的永磁驱动一体式螺杆主机,其后端盖子为一种专利结构。在设计时,考虑了两种因素,其一是采用隔磁材料制作,在转子通过时,与转子不产生磁力影响;其二是尺寸设计,控制在转子脱离配合主轴时,该后盖充分起到导向保持作用。在以上两种考虑下,永磁转子的拆装非常简单方便。

  4、永磁一体机与控制的匹配问题

  永磁驱动一体式螺杆主机,在使用过程中,与控制的匹配经历了选择、磨合及相互调整,最终达到了比较理想的匹配。当前的市场是一个性能与成本同等竞争的环境,单一的追求性能或单一的追求低价,是无法俘获用户的青睐。基于笔者所在公司的使用经验,做以下两方面的话题探讨。

  其一是转速的选择:对于一体式螺杆主机,基于其调频的控制因素、电机的无轴承结构因素,在电机转速的设计上具备了更宽的选择,各大厂家对于设计转速高和设计转速低,各执一词。复盛空压机|http://www.fsair.cn设计高转速,从电机设计角度,可以获得更高的电机效率,从使用角度,采用直驱联接替代目前市场上的皮带机,避免了皮带结构带来的一系列缺陷,如效率损失,节能约1-2%、皮带寿命差,皮带结构带来的轴向力等。虽然螺杆一体机运行噪音相对于低速略高,但只要空压机系统能做良好的隔音措施,影响并不大。设计低转速,从电机的震动与噪音角度,应该比较低,但其缺陷主要是需要较大的机头实现同等排气量;

  其二是控制系统的选择:目前空压机行业竞争日趋激烈,对于永磁电机用变频器功率选择,希望也能实现与电机同档。对于这样的要求,变频器厂家也在努力调整应对,但就这样的要求,我们认为存在以下问题需要考虑。假设,一台37kW的永磁电机驱动的空压机,依据如下公式分析。在设计时,假设电压取值为340V,设计的额定电流为74A,小于37kW变频器的电流允许值,实现了同档匹配的目的,但该机器安装到客户使用现场后,可能会出现如下情况。一种状况:如该使用企业在用电高峰期,电网出现下差浮动,电机输入电压降低,要继续维持37kW的输出,只能采用提升电流来满足,电流的长时间增加,最终导致变频器保护,空压机不能正常工作;另外一种状况:当该空压机使用了较长时间后,滤网压差变大,提供同等空气用量的情况下,电机功率增大,由于电压没有上升空间,只能通过电流的增加来实现,也会出现变频器保护情况。在这里需要说明的一点,空压机的使用是压力恒定,而压力体现在电机驱动上,为恒转矩输出。对于永磁电机,转矩大致可以线性地对应到电流,所以当出现滤网的压差过高时,对于同档配置变频器的情况,可能会出现因电流过高出现变频器保护,而该故障是无法通过降低转速来解决的。

永磁一体螺杆空压主机技术应用分析

  其中P——额定功率;37kW;

  U——电机输入线电压,由于变频器存在压降,依据变频器不同,在电网电压为380V时,该电压通常在340V-350V。该值不是恒定值,还受电网浮动的影响,按照国家电网标准,电网允许下浮动7%,可能该电压值会更低;

  I——额定电流,A;

  cosψ——功率因数,永磁电机的功率因数较高,通常在0.95-1;

  η——电机效率。

  5、期望

  永磁电机驱动的一体式螺杆主机,绿色、环保、节能,顺应市场客户的需要,是一种产品发展的进步。在其进入市场的过程中,大家应给予其更多的理解和期待,使其得到更好发展,走的更远。


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