永磁伺服变频空压机应用方案

一、方案：

1、普通变频控制系统

配置汇川空压机专用一体机（HOU控制器），可实现普通变频驱动和永磁变频驱动，

●主机变频驱动，风机工频驱动

●主机变频驱动，风机变频驱动

●主机工变频切换驱动，风机工变频切换方案

2、永磁变频控制系统

采用汇川HMI+汇川MD380+PLC编程卡：

•        主机变频驱动，风机工频驱动

•        主机变频驱动，风机变频驱动

二、机型主要优势

1、外形尺寸小，整机结构紧凑，占地空间小。

2、节能/效率高。电机直接驱动，无转速滑差，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；二是永磁同步电动机的励磁部分采用了永磁体,使得电动机本身无励磁损耗,比传统电动机更节能。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。

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、变频软件弱磁自动计算处理技术，保证输出电压和电流稳定。

5、电网适应能力强，不会影响电机的输出转矩，而且在瞬间欠压状态下不停机功能。

6、空压机系统一体化，实现具有前馈的PID调节功能，更快更稳的控制压力变化， 兼有恒功率控制功能，实现在不同压力下排气量最大，满足不同客户需求

7、整机可靠性高、维护保养简单方便。

8、控制器采用计算机网络远程监控系统，用户可以实现远程监控空压机的运行状态等引领产业升级

三、       结构与配置特点：

1、采用直联传动或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。另外重点介绍的是正在进行样机实验测试的22kW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。

2、高效率的永磁伺服电机（IPM－内嵌永磁体结构）：

    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。

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。

电机的效率始终保持在0.95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。

体积小，仅为异步电机的1/3，维护方便。

低温升设计，温升＜60K，使用寿命与使用系数大大提高；电机自带的小型轴流风机根据温升自动控制，开启的时间很短，进一步降低能耗。

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。

响应时间＜50ms，可在瞬间大范围调节产气量，使气压真正恒定。

设有高精度传感器，将HPM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，

3、运行控制优点：

（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±0.02bar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）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％。

（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。

（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。

（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。

四、永磁伺服变频机的节能分析

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。

         6.91                7.47

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：

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

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

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。

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。

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、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％。

    <, /SPAN>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。

五、下步发展方案——空压机物联网技术

“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。

物联网在空压机行业应用的意义：通过无线3G网络长距离通讯，使在客户终端的每台空压机通过互联网与生产厂家进行实时通讯，在互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、等管理和服务功能，实现对空压机的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。使空压机生产厂家从设备制造商向设备营运商的伟大转变。