永磁一体螺杆空压主机技术应用分析
 

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。

　　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。

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。

　　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。

　　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。

　　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。