永磁變頻空壓機(jī)到底可不可靠？

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(qián)買(mǎi)的空壓機(jī)”作廣告宣傳詞來(lái)吸引用戶(hù)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(mǎn)足用戶(hù)的需求，減少無(wú)用功的損耗。但還有20%的場(chǎng)合是滿(mǎn)壓滿(mǎn)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(mǎn)壓滿(mǎn)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)空壓極的能效水平。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(xiāo)的一體機(jī)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(jī)與電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理是將螺桿機(jī)頭的陽(yáng)轉(zhuǎn)子的軸伸出機(jī)頭跟電機(jī)的轉(zhuǎn)子形成同軸連接。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(hù)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(zhuān)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(mǎn)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：

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%;

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%。

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(zhuān)用工具，且人員要求專(zhuān)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。

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

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的要求越來(lái)越迫切，磁鋼的技術(shù)相對(duì)成熟，永磁電機(jī)國(guó)內(nèi)是近幾年發(fā)展起來(lái)的，目前市場(chǎng)上分幾種永磁同步電機(jī)：

這款開(kāi)發(fā)的電機(jī)比早，主要用于紡織機(jī)械、石油磕頭機(jī)、水泵等，特點(diǎn)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(shí)與永磁同步有切換過(guò)程，大慣量負(fù)載難以切入同步，大電流時(shí)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(jī)，將原來(lái)的齒輪箱取代，達(dá)到提高系統(tǒng)效率、減小噪聲、降低機(jī)械故障率的目的。特殊外形不能用于常規(guī)設(shè)備，且相對(duì)效率水平低。

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

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

以上永磁同步電機(jī)目前主要應(yīng)用在電梯、注塑機(jī)、壓縮機(jī)、磕頭抽油機(jī)及家電等行業(yè)。由于永磁電機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)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(hù)以為所有永磁電機(jī)都是超高效。經(jīng)電機(jī)歸口部門(mén)監(jiān)督抽查表明50%左右的永磁電機(jī)還未達(dá)到異步電機(jī)(GB18613-2012標(biāo)準(zhǔn))中規(guī)定的3級(jí)能效，所以亂象百出。

基于此現(xiàn)象，國(guó)家出臺(tái)了《永磁同步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》GB30253-2013的標(biāo)準(zhǔn)：