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低压永磁变频空压机

低压永磁变频空压机

永磁伺服变频空压机介绍
上海盛怡公司自行研发的添运国际777平台,在国内率先研发出永磁伺服电机+专用驱动变频器驱动的螺杆式空气压缩机,实现了技术上的重大突破。这种机型具有以下几个优势:
1. 外形尺寸小,整机结构紧凑,占地空间小。
2. 高效率,节约每一份能量,整机效率较普通空压机高12%~18%以上,超过GB19153-2009之1级能效标准,多增加的购买成本一般在1年内即可收回。
3. 更高的智能控制,自动调节产气量的大小,自动调节系统的温度并恒温运行,使操作运行非常简单。
4. 设计合理、整机可靠性高、维护保养简单方便。
5 . 控制器可采用计算机网络远程监控系统。用户可以根据显示的数据远程发送相关的控制命令给空压机控制器,从而实现了空压机运行的远程控制。
之前此种机型由于技术上的难度,只有少数几个国外空压机品牌有相同的产品,而我们的产品研发成功,填补了国内品牌的空白。

1、 结构与配置特点:
1.1采用直联传动无轴承结构设计的电机,提高传动效率,避免经常性的皮带调整、更换等工作。
选用的联轴器径向刚性好,可满足同步电机快速响应的传动要求,传动效率在0.99以上,而皮带传动的效率一般为0.94~0.96。另外重点介绍的是永磁同步电机采用的特殊的无轴结构,就是将电机的转子与机头的轴直接联接在一起,电机没有了轴承、没有油封,电机与主机之间没有皮带、没有联轴器、没有齿轮,因此不存在任何的机械摩擦损失与传动损失,传动效率为1,同时也没有了轴承、油封或联轴器的定期维护保养的麻烦。
1.2 高效率的永磁伺服电机(IPM-内嵌永磁体结构):
1.2.1 与国内成熟的电机厂家合作,采用成熟的永磁伺服电机结构、制造技术、磁钢为钕(NdFeB)永磁体,被称为“永磁王”,是目前磁性最高的永磁材料,且磁钢经过特殊处理后可在较高的温度下长期工作而不会出现退磁的现象。无轴承的电机结构省却了轴承定期保养与更换的麻烦。
1.2.2 合理的磁场设计、磁密分布,工作频率范围更宽广,运行噪音低、运行更安静。
1.2.3电机的效率始终保持在0.96左右的水平,功率因数接近1,较同规格的异步电动机效率提升5%~10%,无论轻载与重载,电机的效率始终保持高效。
1.2.4体积小,仅为异步电机的1/3,维护方便。
1.2.5低温升设计,温升<60K,使用寿命与使用系数大大提高;电机自带风扇根据温升自动控制,开启的时间很短,进一步降低能耗。
1.2.6强大的起动与运行力矩,低频1Hz全力矩稳定输出,可以保证空压机产气范围在0~100%(若降低排气压力,最大可达120%),而无需卸载。
1.2.7响应时间<50ms,可在瞬间大范围调节产气量,使气压真正恒定。
1.2.8设有高精度传感器,将TPM电机转子的位置及时向空压机控制器反馈使得电机转速的调节达到最精确的效果,
1.3冷却系统:
采用大余量的冷却器,确保在环境温度在45℃时仍有很好的冷却效果。
1.4变频器的特殊换热方式:
利用变频器自身的风扇直接将变频器的热风排出到电控箱外,无需另外的轴流风扇接力排风,避免变频器的冷却风出现内部循环而出现变频器高温跳机的情况,可适应较高的环境温度。同时配以合理的进风通道设计成,可将大部分杂质及颗粒沉淀下来,减少变频器及其他电气元件灰尘清理的次数,防止变频器及其他电气元件在潮湿的环境中出现短路等故障。
2、运行控制优点:
2.1机组的排气量精确控制,真正的恒压运行,不管用气量如何波动,始终保持压力不变。对出气口压力的精确测量,使得用气量微小的变化也可被感知,电机响应速度快,快速启动、快速加载,在用气量突变时可快速响应,反应时间在50ms以内,可将系统压力精确稳定在±0.05bar以内,完全避免因压力波动而导致的用户设备损害及产品出现缺陷,且进一步减少压力波动导致的能量损失。
2.2排气量的调节范围大,最小为额定流量的10%,而且仍可保持很高的效率(参考电机效率的曲线图)。在设定的恒定压力低于机组的额定压力时,智能控制器可在不超过整机的额定功率的前提下自动提高电机转速的上限,即可提高机组的最大排气量,满足用户的用气需求,充分发掘机组的产气能力。最大可上浮空间约为15%。
2.3休眠与唤醒功能:利用电机强大的起动与运行力矩,可以保证空压机用户用气暂停时,控制器可快速停止电机的运转,进入休眠状态,而无需卸载释放系统内压,并且在用户恢复用气后快速唤醒启动恢复供气。
2.4变频软启动,降低了空压机启动能源消耗,将冲击电流限制在100%以下,启动电流的大幅度降低减小了最大用电负荷,可以节省大量的电费,允许无限次的启停,并不影响到电机寿命。
2.5系统温度的准确控制,防止冷凝水的产生。通过环境温度的监测,自动调整风机的转速来控制主机的排气温度高于当前压力的露点温度。
3、永磁伺服变频机的节能分析
3.1能效等级:
假设按额定功率为37kW的机型计算,转速同为4200rpm,排气压力为0.8MPa,排气量Qo=5.84m3/min
a.永磁同步变频机型的整机输入功率测得为Pi=40.36kW,则整机的输入比功率为:qi=Pi/Qo=40.36/5.84=6.91
b.而普通异步工频机型的输入功率测得为Pi=43.64kW,其整机的输入比功率为:qi=Pi/Qo=43.64/5.84=7.47
根据最新的《GB15193-2009容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》中螺杆空气压缩机的标准,1级能效为输入比功率qi<7.2,2级能效为输入比功率7.2≤qi<8.1,因此永磁同步机型为1级能效,普通异步工频机型只能达到2级能效。


3.2空压机几种气量调节方式的分析
为使空压机的排气量与用户用气量达到平衡,普通空压机常用的气量调节方式为进气节流调节、加载/卸载调节等方式,由于存在进气节流导致真空度过大、以及加卸载时的压差损失等原因,这些方式的节能效果却不理想。
后来由于电机变频控制技术的发展,出现了通过对电机转速进行控制的调节方式,这种方式可使空压机的耗电量与排气量接近成线性比例变化,目前正逐渐普及开来。但是这种控制方式有以下几个缺陷:
3.2.1普通异步电机的转速与负载小于设计的额定点时,电机的效率明显下降,而且差值越大其效率下降的越明显
3.2.2普通异步电机运行在较低的频率时,会出现输出转矩不足的问题,使得变频器出现“电机转矩过载”而跳机的故障
3.2.3普通异步电机在较低的频率下运行时还会出现转速不稳定、振动噪音增大、发热量增加等现象。
3.2.4即使采用电流矢量控制的方式也不能完全消除以上这些缺点。
3.2.5现在的新控制方式为采用永磁同步电机+专用变频驱动器的控制方式,具有效率高且始终能保持在很高的水平、任何转速下的恒转矩运行、转速稳定、转速变化的响应速度快(从0到额定转速的加速时间为50ms以内,且不存在冲击电流)、噪音低等优势。
3.3节能效果
同样按前面额定功率为37kW的两种机型,在负载率只有60%时,普通进气节流控制的工频机型的输入功率为38.2kW,而永磁同步变频机型的轴功率为23.6kW,节电率达到37.5%。
若果按每年工作4000小时计算,普通异步工频机型每年的电费开销为10.72万元,而如果改用永磁同步变频机型的话,每年的用电费用则为6.58万元,每年节省的电费为4.14万元。



5. 计算机网络远程监控系统
我公司针对空压机控制器专门研发了一套计算机网络控制软件。系统主体部分采用多文档界面。通过不同的设置,能适应不同的客户的需求。系统分为数据采集、自动控制、联网控制、数据存储、数据查询、报表生成和系统参数设置等多个功能部分。系统中计算机为主机,空压机控制器为从机。采用主机“轮询”,从机“应答”的点对点通信方式。计算机用RS232接口,外接通信接口转换器,完成RS232到RS485转换。具体模型件下图:


用户正确设置了系统参数后,程序自动生成用户所设置的下位机,相同的下位机运行情况显示控制窗口,可通过此窗口监控下位机的运行情况,并针对下位机发送各类控制命令。程序运行界面如下所示:


电脑网络监控系统中计算机为主机,空压机运行控制器为从机。计算机轮流查询各空压机的运行数据。分析计算得到空压机当前供气压力、排气温度、各相电流及空压机当前运行状态,将分析的结果显示到相应栏。用户可根据显示数据远程发送相关的控制命令给空压机控制器,从而实现了空压机运行的远程控制。用户还可以利用系统提供的从机参数查看设置界面,可非常方便的查阅及修改各从机参数。