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。
螺杆空压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,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,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。
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,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。