永磁變頻空壓機(jī)節(jié)能及故障對(duì)比分析

國(guó)家節(jié)能減排政策的推出，每個(gè)行業(yè)都在想著怎么節(jié)能，而空壓機(jī)作為工廠生產(chǎn)的電老虎，又做出了何種改變呢，下面我們就共同探討一下最近幾年空壓機(jī)行業(yè)越來(lái)越多人提倡用永磁變頻空壓機(jī)的緣由。

永磁變頻空壓機(jī)近兩年來(lái)在空壓機(jī)行業(yè)成為節(jié)能先鋒的代名詞，甚至有些空壓機(jī)廠家以“不用錢買的空壓機(jī)”作廣告宣傳詞來(lái)吸引用戶的眼球。

當(dāng)然，永磁電機(jī)節(jié)能相對(duì)意義來(lái)講，用同樣的控制方法肯定比傳統(tǒng)的異步電機(jī)高。正在節(jié)能的要點(diǎn)是80%的空壓機(jī)處于變量負(fù)載狀態(tài)，根據(jù)用氣量的多少用變頻調(diào)速來(lái)自動(dòng)滿足用戶的需求，減少無(wú)用功的損耗。但還有20%的場(chǎng)合是滿壓滿負(fù)載，這種場(chǎng)合采用變頻控制異步電機(jī)比直接啟動(dòng)還要耗能，因?yàn)樽冾l器本身是IGBT以開(kāi)關(guān)方式控制頻率的高低，它本身有額定功率2～3%需損耗的。所以這種情況采用變頻控制即使采用永磁電機(jī)節(jié)能效果也不會(huì)很明顯。

而目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)考核空壓機(jī)的能效等級(jí)還是以滿壓滿負(fù)載時(shí)的比功率來(lái)執(zhí)行的，只有高精度的螺桿機(jī)頭配高效的電機(jī)及空壓機(jī)合理的布局設(shè)計(jì)才能達(dá)到1級(jí)能效的比功率。所以很多采用變頻控制的螺桿機(jī)很難達(dá)到1級(jí)能效等級(jí)(即使是一體機(jī)也沒(méi)有一家公司能承諾)。

因此空壓機(jī)節(jié)能評(píng)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(jī)技術(shù)條件》的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定性變頻(永磁)空壓機(jī)的能效水平。而目前市場(chǎng)上永磁空壓機(jī)有兩種方式選擇，一種是比較熱銷的一體機(jī)式，一種是分體直連式。

空壓機(jī)一體的利與弊

螺桿空壓機(jī)與電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理是將螺桿機(jī)頭的陽(yáng)轉(zhuǎn)子③的軸伸出機(jī)頭跟電機(jī)的轉(zhuǎn)子②形成同軸連接。然后電機(jī)的定子與機(jī)殼固定在螺桿機(jī)頭的殼體上，形成電機(jī)與機(jī)頭的一體化。通過(guò)轉(zhuǎn)子上的自帶風(fēng)葉經(jīng)電機(jī)繞組與機(jī)殼的通風(fēng)槽冷卻定子。這種結(jié)構(gòu)在很多機(jī)電設(shè)備場(chǎng)合是一種創(chuàng)新和發(fā)展的趨勢(shì)，比如空調(diào)壓縮機(jī)、電梯曳引機(jī)、電動(dòng)葫蘆等，所以受到很多用戶的好評(píng)與青睞。空壓機(jī)螺桿一體機(jī)由于體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)效率高、價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)在市場(chǎng)上開(kāi)始盛行。但從電機(jī)專業(yè)角度看此設(shè)計(jì)弊端很多，潛在風(fēng)險(xiǎn)較大。

主要問(wèn)題如下：

電機(jī)溫度過(guò)高：由于油冷機(jī)頭特點(diǎn)工作溫度要到達(dá)65～80度之間，所以電機(jī)與機(jī)頭直聯(lián)軸的溫度傳遞給電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子，機(jī)體溫度傳遞給電機(jī)機(jī)殼，這樣實(shí)際電機(jī)工作環(huán)境溫度達(dá)到了65度左右。一般電機(jī)設(shè)計(jì)合理溫升最高為80K，那么最高電機(jī)繞組溫度可能在145度，按38UH的磁鋼退磁(開(kāi)發(fā)式可逆退磁)實(shí)驗(yàn)證明，80度時(shí)退磁率為2%;100度5%;120度為7%;150度為12%。說(shuō)明溫度越高磁通越低，而磁鋼的磁通量與電機(jī)效率相關(guān)，也就是電機(jī)溫度越高效率越低，反電動(dòng)勢(shì)越小，變頻器給定電壓越低。電機(jī)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(jī)在滿壓大流量時(shí)實(shí)際效率達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

舉具體例說(shuō)明一體機(jī)效率的下降

1、假設(shè)一體機(jī)工作環(huán)境溫度為70度，分體機(jī)電機(jī)環(huán)境溫度為30度，并且假設(shè)兩種情況下電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的溫升均為50度，電機(jī)有相同的電磁設(shè)計(jì)方案，電機(jī)的負(fù)載相同。一體機(jī)的工作溫度為120度，分體機(jī)為80度。則前者工作時(shí)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(jī)的工作溫度為假設(shè)電機(jī)按直軸電流為零的控制方式;120度與80度時(shí)磁鋼退磁率分別為7%和2%。為此，電機(jī)拖動(dòng)相同的負(fù)載時(shí)前者的定子電流將比后者高出約5.38%，為此電機(jī)的銅損耗將高出11.0%。

3、合計(jì)銅損耗一體機(jī)將比分體機(jī)高出約25.1%。以永磁同步電機(jī)中銅損耗占三分之一計(jì)，一般一體機(jī)設(shè)計(jì)效率為94%左右，在120度工作時(shí)效率約下降為93.5%左右，(TYB系列在97%左右)所以相對(duì)效率相差3.5%。

另外，永磁電機(jī)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(zhǎng)時(shí)間高溫下頑固性退磁(不可逆)風(fēng)險(xiǎn)越大，常規(guī)設(shè)計(jì)值在15年退磁率是不大于3%。由于我國(guó)釹鐵硼技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的，對(duì)長(zhǎng)期高溫下的壽命無(wú)從驗(yàn)證，在電機(jī)行業(yè)磁鋼退磁而失效的案例很多，油田、紡機(jī)等等。

●防護(hù)等級(jí)IP23：由于溫度關(guān)系所以只能設(shè)計(jì)成開(kāi)式電機(jī)，空壓機(jī)很多使用場(chǎng)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(jī)體故障率高：由于一體機(jī)轉(zhuǎn)子直接安裝在螺桿轉(zhuǎn)子上，螺桿電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承要承受力比原來(lái)大2倍以上的負(fù)荷，所以電機(jī)側(cè)的軸承及油封比原來(lái)壽命降低2倍以上。

●維修保養(yǎng)麻煩：因?yàn)橛来烹姍C(jī)轉(zhuǎn)子是永磁體，在機(jī)頭維修保養(yǎng)時(shí)一定要先拆電機(jī)才能拆機(jī)頭，而永磁轉(zhuǎn)子具有強(qiáng)大的吸引力，取出需專用工具，且人員要求專業(yè)性很強(qiáng)，不然很容易造成事故。

●束縛制造商的選擇：由于螺桿機(jī)頭的質(zhì)量好壞、比功率的大小及機(jī)頭的選型多存在很大的差異，所以機(jī)頭是空壓機(jī)的核心，選擇優(yōu)質(zhì)的機(jī)頭及高效的電機(jī)才能達(dá)到優(yōu)秀的比功率及可靠性，所以任何一家品牌空壓機(jī)制造商都以選擇優(yōu)質(zhì)零部件來(lái)打造自己的產(chǎn)品，這樣才會(huì)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。