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永磁电机在螺杆空压主机上的应用
编辑:萨曼机械(上海)有限公司  时间:2016-03-15

随着我国经济的高速发展,节能减排已经成为摆在我们面前的一个刻不容缓的问题。据不完全统计,我国电能的60%是被各行各业中广泛使用的风机、压缩机、水泵所消耗,而空压机则占了60%中的15%左右。其中又以螺杆式运用最为广泛,因此,降低螺杆空压机的功耗,提高空压机运行效率,对节能减排具有重要意义。

 

         螺杆压缩机运用现状

在螺杆空压机行业,目前市场上普遍使用的仍然是电网直驱电机方式,空压机主要依靠进气阀的阀门关闭程度来实现气量的调节,即使在用气量很低或者不用气的情况下,电机仍然是满速运转,能量被大量浪费。

          据行业的调查数据显示,螺杆空压机的使用工况,时间上为100%工作制,但就负载率用气量来讲,并非100%。国内空压机平均负载率也就是用气量大约为57%左右,基于这种使用工况,市场上的直驱电机螺杆空压机,非常耗能。随着国家环保节能政策的倡导,变频螺杆空压机应运而生,采用变频器来驱动调频电机,通过调节电机转速的方式来实现气量的调节,是空压机行业的一大进步。

为此,人们想到了使用三相异步变频电机来取代现在大量使用的直驱电机,这种方法虽然节约了一部分电能,但是由于普通的三相异步变频电机是基于额定点设计的,在电机转速下降时,会引起电机功率因素和效率的急剧下降,因此,它还不是变频式空压机电机的最优匹配电机。

 

永磁同步电机的优势

近年来,随着电力电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展,永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小、损耗低、效率高等优点,在节约能源和环境保护日益受到重视的今天,在很多行业得到了广泛应用。永磁同步电机与普通异步变频调速电机相比,具有以下优势:

 

1、效率高

这里所说的效率高不仅仅指额定功率点的效率高于普通三相异步调频电机,而是指其在整个调速范围内德平均效率。永磁同步电机的励磁磁场由永磁提供,转子不需要励磁电流,电机效率提高,与异步变频调速相比,任意转速点均节约电能,尤其在转速较低的时候这种优势尤其明显。

 

2、启动电流小,启动转矩大

根据变频器V/F特性,在低频启动时,异步变频调速电机中主磁场低、功率因数低、启动电流虽然很大、启动转矩却很小;稀土永磁同步变频调速电机的主磁场恒定,定子电流几乎全部为有功电流,启动电流小、启动转矩大。

 

3、力能指标好            

电机的力能指标是指电机效率与功率因数的乘积,代表电机的力能指标。异步变频调速电机在60%的负荷下工作时,其效率下降15%,功率因数下降30%,力能指标下降40%。而稀土永磁变频电机的效率和功率因数近似一条水平曲线,即使电机只有20%负荷时,稀土永磁电机的力能指标仍为满负荷的80%以上,这进一步提高了电能的使用效率和电网的品质因数。

 

4、体积小、重量轻

由于使用了高性能的永磁材料提供磁场,使得永磁电机的气隙磁场较感应电机大为增强,永磁电机的体积和重量较感应电机可以大大缩小。例如11KW的异步电机重量为220kg,而永磁电机仅为92kg,相当于异步电机重量的45.8%。

基于以上对比优势,目前,永磁电机是变频螺杆空压机驱动电机的最佳选择,它比普通三相异步变频电机更高效,更节能!

 


•永磁电机转子直接安装在螺杆空压主机的伸轴上,取消了原有电机的前盖、联轴器轴套、轴承,使得结构更加简单紧凑,同传统的轴连式压缩机相比,体积可以减小40%~50%;

•采用一体式结构,永磁电机无轴承,电机无易损件,电机无需维护费用;

•永磁电机与传统异步调频电机相比体积和重量减小了一半,易于安装维护;

•用该主机组装的空压机整机,性能可满足GB 19153-2009《容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》2级能耗指标,个别规格可达到1级能耗指标。

该系列永磁电机驱动空压主机,按照主机规格分为5个系列,如果按照电机功率划分为10个系列规格,具体规格见表一:

 

永磁同步电机驱动空气压缩机的节能

对于永磁调频空压机的节能幅度,已经有很多资料都进行了详细的描述和解读。但总体归纳起来,其节能分两部分讨论,一部分是电网直驱螺杆空压机到异步变频螺杆空压机;一部分是异步变频螺杆空压机到永磁变频螺杆空压机。

 

目前市场上的电网直驱螺杆空压机,很多都进行了技术改造,通过改造,使其成为可调节转速的异步调频空压机,行业内很多专业人士也对其节能效果进行了跟踪对比。据资料显示,某工厂的空压机进行调频改造后,节电率达到了40%。

 

如果对不同功率规格的异步变频电机与永磁同步电机的效率进行测试对比,从实际操作过程来看功率越小,两种电机的效率差异越大。

 

我们以同样的160kw螺杆空压机为例来计算,永磁电机效率大约为97%,普通电机效率大约为90%;按照永磁电机效率节能7%及平均用气量90%进行计算,考虑1.15的服务系数,那么在90%出气量状况下的电机每小时耗功节约为:

160×1.15×90%×7%=11.592kw

按照每天工作16小时,每年300天工作日,工业用电每度1.2元计算,每年可节约的电费大约为:

16×300×11.592×1.2=66769.92元

通常状况下,不到一年就可以回收永磁电机的成本价。

 

永磁同步电机驱动空气压缩机的使用

永磁螺杆空压机与普通变频螺杆空压机相比在很多方面存在其特殊性,如下所列:

1、  配套变频器

永磁电机驱动螺杆空压主机设计为变频启动,必须使用专用的变频器才可以运行,才能将其电机性能发挥到极致。在实际生产应用中,永磁电机分别与多个品牌的变频器进行了匹配测试,运行性能良好,但其中也发现了很多相互制约的因素:

 

变频器控制方式:由于空压机电机需要的额定转速较高,为减小客户的维护成本,提高系统的可靠性,让需要控制的变频器配置具有开环永磁电机控制功能,同时为避免电压压降引起的系统不稳定,变频器还需要具备有弱磁功能;

 

变频器效率。使用变频系统可以节约电能已为大家普遍认可,但变频器的引入同时增加了系统的能耗,空压机要实现更好的能效等级,需要每个部件环节都考虑高效率,变频器也不例外,效率高低成为它的首要考虑指标,目前市场上的变频器效率大约为96%;

 

电网电压和变频器压降:电网电压和变频器的压降都是比较重要的指标,永磁电机选择变频器主要依据是电流,永磁某款确定功率的永磁电机,电压的限制会导致其运行在弱磁区,电机电流的上升,从而导致变频器的选择跨更大的档位。

 

2、 关于选型

   一般的空压整机厂,其产品是按照功率进行标定区别,再根据不同的压力,选择对应的机头,也就是同一个功率的电机可以匹配不同机头。所以很多空压机厂认为,购买一款永磁驱动空压主机,应该可以适用到任意压力状况下,这种理解对于永磁驱动的螺杆空压机主机是不正确的。永磁电机的设计是基于设定转距,对于空压主机,一个压力就对应一个整体,无法进行分开组合,所以在压力的适用范围上,必须进行取舍匹配。

 

   国家十二五提倡高效节能环保,节能空压机势在必行,永磁驱动的螺杆空压机顺应了国家的号召,必将成为空压行业的节能新亮点!


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