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永磁電機在螺桿空壓主機上的應用
編輯:薩曼機械(上海)有限公司  時間:2016-03-15

隨著我國經濟的高速發展,節能減排已經成為擺在我們面前的一個刻不容緩的問題。據不完全統計,我國電能的60%是被各行各業中廣泛使用的風機、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最為廣泛,因此,降低螺桿空壓機的功耗,提高空壓機運行效率,對節能減排具有重要意義。

 

         螺桿壓縮機運用現狀

在螺桿空壓機行業,目前市場上普遍使用的仍然是電網直驅電機方式,空壓機主要依靠進氣閥的閥門關閉程度來實現氣量的調節,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,能量被大量浪費。

          據行業的調查數據顯示,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,市場上的直驅電機螺桿空壓機,非常耗能。隨著國家環保節能政策的倡導,變頻螺桿空壓機應運而生,采用變頻器來驅動調頻電機,通過調節電機轉速的方式來實現氣量的調節,是空壓機行業的一大進步。

為此,人們想到了使用三相異步變頻電機來取代現在大量使用的直驅電機,這種方法雖然節約了一部分電能,但是由于普通的三相異步變頻電機是基于額定點設計的,在電機轉速下降時,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最優匹配電機。

 

永磁同步電機的優勢

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

 

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頻電機,而是指其在整個調速范圍內德平均效率。永磁同步電機的勵磁磁場由永磁提供,轉子不需要勵磁電流,電機效率提高,與異步變頻調速相比,任意轉速點均節約電能,尤其在轉速較低的時候這種優勢尤其明顯。

 

2、啟動電流小,啟動轉矩大

根據變頻器V/F特性,在低頻啟動時,異步變頻調速電機中主磁場低、功率因數低、啟動電流雖然很大、啟動轉矩卻很小;稀土永磁同步變頻調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、啟動轉矩大。

 

3、力能指標好            

電機的力能指標是指電機效率與功率因數的乘積,代表電機的力能指標。異步變頻調速電機在60%的負荷下工作時,其效率下降15%,功率因數下降30%,力能指標下降40%。而稀土永磁變頻電機的效率和功率因數近似一條水平曲線,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的品質因數。

 

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電機大為增強,永磁電機的體積和重量較感應電機可以大大縮小。例如11KW的異步電機重量為220kg,而永磁電機僅為92kg,相當于異步電機重量的45.8%。

基于以上對比優勢,目前,永磁電機是變頻螺桿空壓機驅動電機的最佳選擇,它比普通三相異步變頻電機更高效,更節能!

 


?永磁電機轉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、聯軸器軸套、軸承,使得結構更加簡單緊湊,同傳統的軸連式壓縮機相比,體積可以減小40%~50%;

?采用一體式結構,永磁電機無軸承,電機無易損件,電機無需維護費用;

?永磁電機與傳統異步調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,個別規格可達到1級能耗指標。

該系列永磁電機驅動空壓主機,按照主機規格分為5個系列,如果按照電機功率劃分為10個系列規格,具體規格見表一:

 

永磁同步電機驅動空氣壓縮機的節能

對于永磁調頻空壓機的節能幅度,已經有很多資料都進行了詳細的描述和解讀。但總體歸納起來,其節能分兩部分討論,一部分是電網直驅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。

 

目前市場上的電網直驅螺桿空壓機,很多都進行了技術改造,通過改造,使其成為可調節轉速的異步調頻空壓機,行業內很多專業人士也對其節能效果進行了跟蹤對比。據資料顯示,某工廠的空壓機進行調頻改造后,節電率達到了40%。

 

如果對不同功率規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。

 

我們以同樣的160kw螺桿空壓機為例來計算,永磁電機效率大約為97%,普通電機效率大約為90%;按照永磁電機效率節能7%及平均用氣量90%進行計算,考慮1.15的服務系數,那么在90%出氣量狀況下的電機每小時耗功節約為:

160×1.15×90%×7%=11.592kw

按照每天工作16小時,每年300天工作日,工業用電每度1.2元計算,每年可節約的電費大約為:

16×300×11.592×1.2=66769.92元

通常狀況下,不到一年就可以回收永磁電機的成本價。

 

永磁同步電機驅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

永磁電機驅動螺桿空壓主機設計為變頻啟動,必須使用專用的變頻器才可以運行,才能將其電機性能發揮到極致。在實際生產應用中,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,但其中也發現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速較高,為減小客戶的維護成本,提高系統的可靠性,讓需要控制的變頻器配置具有開環永磁電機控制功能,同時為避免電壓壓降引起的系統不穩定,變頻器還需要具備有弱磁功能;

 

變頻器效率。使用變頻系統可以節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的能耗,空壓機要實現更好的能效等級,需要每個部件環節都考慮高效率,變頻器也不例外,效率高低成為它的首要考慮指標,目前市場上的變頻器效率大約為96%;

 

電網電壓和變頻器壓降:電網電壓和變頻器的壓降都是比較重要的指標,永磁電機選擇變頻器主要依據是電流,永磁某款確定功率的永磁電機,電壓的限制會導致其運行在弱磁區,電機電流的上升,從而導致變頻器的選擇跨更大的檔位。

 

2、 關于選型

   一般的空壓整機廠,其產品是按照功率進行標定區別,再根據不同的壓力,選擇對應的機頭,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,購買一款永磁驅動空壓主機,應該可以適用到任意壓力狀況下,這種理解對于永磁驅動的螺桿空壓機主機是不正確的。永磁電機的設計是基于設定轉距,對于空壓主機,一個壓力就對應一個整體,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。

 

   國家十二五提倡高效節能環保,節能空壓機勢在必行,永磁驅動的螺桿空壓機順應了國家的號召,必將成為空壓行業的節能新亮點!


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