永磁變頻空壓機到底可不可靠？

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

當(dāng)然，永磁電機節(jié)能相對意義來講，用同樣的控制方法肯定比傳統(tǒng)的異步電機高。正在節(jié)能的要點是80%的空壓機處于變量負(fù)載狀態(tài)，根據(jù)用氣量的多少用變頻調(diào)速來自動滿足用戶的需求，減少無用功的損耗。但還有20%的場合是滿壓滿負(fù)載，這種場合采用變頻控制異步電機比直接啟動還要耗能，因為變頻器本身是IGBT以開關(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節(jié)能效果也不會很明顯。而目前國家標(biāo)準(zhǔn)考核空壓機的能效等級還是以滿壓滿負(fù)載時的比功率來執(zhí)行的，只有高精度的螺桿機頭配高效的電機及空壓機合理的布局設(shè)計才能達(dá)到1級能效的比功率。所以很多采用變頻控制的螺桿機很難達(dá)到1級能效等級(即使是一體機也沒有一家公司能承諾)。

因此，空壓機節(jié)能評估應(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)空壓機技術(shù)條件》的標(biāo)準(zhǔn)來定性變頻(永磁)空壓極的能效水平。而目前市場上永磁空壓機有兩種方式選擇，一種是比較熱銷的一體機式，一種是分體直連式。下面介紹下它們的利與弊。

螺桿空壓機與電機的結(jié)構(gòu)原理是將螺桿機頭的陽轉(zhuǎn)子的軸伸出機頭跟電機的轉(zhuǎn)子形成同軸連接。然后電機的定子與機殼固定在螺桿機頭的殼體上，形成電機與機頭的一體化。通過轉(zhuǎn)子上的自帶風(fēng)葉經(jīng)電機繞組與機殼的通風(fēng)槽冷卻定子。

這種結(jié)構(gòu)在很多機電設(shè)備場合是一種創(chuàng)新和發(fā)展的趨勢，比如空調(diào)壓縮機、電梯曳引機、電動葫蘆等，所以受到很多用戶的好評與青睞?？諌簷C螺桿一體機由于體積小、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)效率高、價格較低等優(yōu)點在市場上開始盛行。但從電機專業(yè)角度看此設(shè)計弊端很多，潛在風(fēng)險較大。主要問題如下：

* 電機溫度過高：由于油冷機頭特點工作溫度要到達(dá)65～80度之間，所以電機與機頭直聯(lián)軸的溫度傳遞給電機永磁轉(zhuǎn)子，機體溫度傳遞給電機機殼，這樣實際電機工作環(huán)境溫度達(dá)到了65度左右。一般電機設(shè)計合理溫升最高為80K，那么最高電機繞組溫度可能在145度，按38UH的磁鋼退磁(開發(fā)式可逆退磁)實驗證明，80度時退磁率為2%;100度5%;120度為7%;150度為12%。

說明溫度越高磁通越低，而磁鋼的磁通量與電機效率相關(guān)，也就是電機溫度越高效率越低，反電動勢越小，變頻器給定電壓越低。電機電流越大，繞組溫升越高電阻越大，定子銅損耗越大。效率再次下降，所以一體機在滿壓大流量時實際效率達(dá)不到設(shè)計值。舉具體例說明一體機效率的下降：

假設(shè)一體機工作環(huán)境溫度為70度，分體機電機環(huán)境溫度為30度，并且假設(shè)兩種情況下電機實際運行時的溫升均為50度，電機有相同的電磁設(shè)計方案，電機的負(fù)載相同。一體機的工作溫度為120度，分體機為80度。則前者工作時的電阻將比后者高出約12.7%，銅損耗亦高出約12.7%;

分體機的工作溫度為假設(shè)電機按直軸電流為零的控制方式;120度與80度時磁鋼退磁率分別為7%和2%。為此，電機拖動相同的負(fù)載時前者的定子電流將比后者高出約5.38%，為此電機的銅損耗將高出11.0%。

合計銅損耗一體機將比分體機高出約25.1%。以永磁同步電機中銅損耗占三分之一計，一般一體機設(shè)計效率為94%左右，在120度工作時效率約下降為93.5%左右，(TYB系列在97%左右)所以相對效率相差3.5%。

另外，永磁電機最怕的是退磁，而退磁是磁鋼決定的，磁鋼最怕的是溫度高，在長時間高溫下頑固性退磁(不可逆)風(fēng)險越大，常規(guī)設(shè)計值在15年退磁率是不大于3%。由于我國釹鐵硼技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的，對長期高溫下的壽命無從驗證，在電機行業(yè)磁鋼退磁而失效的案例很多，油田、紡機等等。

* 防護(hù)等級IP23：由于溫度關(guān)系所以只能設(shè)計成開式電機，空壓機很多使用場合比較差，風(fēng)塵、潮氣、鹽霧等腐蝕性氣體導(dǎo)致其使用壽命低。

* 機體故障率高：由于一體機轉(zhuǎn)子直接安裝在螺桿轉(zhuǎn)子上，螺桿電機轉(zhuǎn)子側(cè)的軸承要承受力比原來大2倍以上的負(fù)荷，所以電機側(cè)的軸承及油封比原來壽命降低2倍以上。

* 維修保養(yǎng)麻煩：因為永磁電機轉(zhuǎn)子是永磁體，在機頭維修保養(yǎng)時一定要先拆電機才能拆機頭，而永磁轉(zhuǎn)子具有強大的吸引力，取出需專用工具，且人員要求專業(yè)性很強，不然很容易造成事故。

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

以上五大劣勢使得螺桿一體機存在很大的潛在風(fēng)險，須待改進(jìn)。所以傳統(tǒng)機頭與單電機直聯(lián)才是最可靠的方案，但需要有可靠的永磁電機。

隨著國家對節(jié)能減排的要求越來越迫切，磁鋼的技術(shù)相對成熟，永磁電機國內(nèi)是近幾年發(fā)展起來的，目前市場上分幾種永磁同步電機：

這款開發(fā)的電機比早，主要用于紡織機械、石油磕頭機、水泵等，特點是一般電源直起就可以，所以控制成本低使用方便。但它在直起時與永磁同步有切換過程，大慣量負(fù)載難以切入同步，大電流時容易失磁，負(fù)載有局限性，且體積較大。

是變頻控制的多極數(shù)電機，將原來的齒輪箱取代，達(dá)到提高系統(tǒng)效率、減小噪聲、降低機械故障率的目的。特殊外形不能用于常規(guī)設(shè)備，且相對效率水平低。

此電機最早是歐洲，引進(jìn)生產(chǎn)基地在寧波，主要用于注塑機的液壓系統(tǒng)。優(yōu)點：響應(yīng)速度快，可以根據(jù)注塑機工藝的需要靈活高低速多可以滿足，效率在94～95%左右，所以它在注塑機改造時可以達(dá)到30%以上。外形比較美觀，體積較小。

缺點：由于伺服電機的特點是定位、速度、力矩，所以以S3～4間斷工作制為設(shè)計特點。

以上永磁同步電機目前主要應(yīng)用在電梯、注塑機、壓縮機、磕頭抽油機及家電等行業(yè)。由于永磁電機是近年因節(jié)能產(chǎn)業(yè)而興起的產(chǎn)品，其控制技術(shù)及電機設(shè)計方面水平較低，使用的材料參差不齊，造成能效差異極大，而用戶以為所有永磁電機都是超高效。經(jīng)電機歸口部門監(jiān)督抽查表明50%左右的永磁電機還未達(dá)到異步電機(GB18613-2012標(biāo)準(zhǔn))中規(guī)定的3級能效，所以亂象百出。

基于此現(xiàn)象，國家出臺了《永磁同步電動機能效限定值及能效等級》GB30253-2013的標(biāo)準(zhǔn)：