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壓縮空氣因其具有易儲存，易控制，流動性好及安全，環保等特點，成為工業領域中應用最廣泛的動力源之一，被廣泛地應用于電力、紡織、化工、制藥、電子、 臺金及機械制造等許多領域。由于空壓機能源運行成本高，逐漸引起企業的重視，例如一臺容積流量為 20m~／min額定排氣壓 力為 0．8MPa的空壓機，每年的電費高達 90萬元，整個壽命周期以 5年計算 ，則電費成本將高達 450萬元，再加上平時的維修保養費用，生命周期里的費用將高達 500 多萬元；而設備購買成本為 8～20萬元，僅
占使用成本的 2％ ～5％?。因此，提高空壓機運行能效不僅可以為企業節省大量能源運行費用，還能實現節能減排。
1空壓機運行現狀
根據上海 1000家年耗 電量 500萬 kWh以上的重點用電企業調研，空壓機所消耗的電能平均占企業電能總消耗的 12％ (見圖 1)，部分企業高達 30％ 以上，其中螺桿式空壓機運用最為廣泛。大部分在用壓縮空氣系統運行效率都很低，存在著設備不匹配，管路損失大，系統泄漏，系統控制不合理等問題。
目前通過政府的大力推進以及企業的不斷創新，空壓機節能技術改造已經初見成效。節能改造主要包括變頻調速、余熱回收、聯動控制、壓力控制和管路優化等幾個方面，大部分使用者在尋求空壓機節能量最大化的過程中必須通過多種節能方式的綜合運用才能實現 [2】。雖然空壓機節能改造的技術較多，但針對空壓機本身能效的提升改造案例較少。隨著國內電動機能效的不斷提升，通過對空壓機的配套電動機進行改造，從而提升空壓機運行能效不失為一種有效的途徑 [3】。
根據美國能源部 2002年的調研報告 ，各國空壓機使用的負載率幾乎不可能超過 90％，因此，空壓機除了滿載時要具有較高的能效，在部分負載和無負載時節能更加重要 H]。據行業調查數據顯示，國內空壓機平均負載率約為 57％ 左右，基于這種使用工況，市場上的直驅電機螺桿空壓機非常耗能，而采用變頻器來驅動電機，通過調節電機轉速的方式來實現氣量的調節，是空壓機行業的一大進步。這種方法雖然節約了一部分電能，但是由于普通的三相異步變頻電機是基于額定功率點設計的，在電機轉速下降時，會引起電機功率因素和效率的急劇下降，因此，它還不是變頻式空壓機電機的最優匹配電機。
2永磁空壓機的優勢
近年來，隨著稀土永磁材料的快速發展，永磁同步電動機得以迅速的推廣應用，它具有體積小、損耗低、效率高等優點，在很多行業得到了廣泛應用。永磁同步電機與普通異步變頻調速電機相比，具有以下優勢：
(1)效率高
這里所說的效率高不僅僅指額定功率點的效率高于普通三相異步調頻電機，而是指其在整個調速范圍內的平均效率。永磁同步電機的勵磁磁
場由永磁提供，轉子不需要勵磁電流，電機效率提高，與異步變頻調速相比，任意轉速點均節約電能，尤其在轉速較低的時候這種優勢更為明顯。
(2)啟動電流小，啟動轉矩大
根據變頻器 v／F特性 ，在低頻啟動時，異步變頻調速電機中主磁場低、功率因數低、啟動電流雖然很大、啟動轉矩卻很小；稀土永磁同步變頻調速電機的主磁場恒定，定子電流幾乎全部為有功電流，啟動電流小、啟動轉矩大。
(3)力能指標好
電機的力能指標是指電機效率與功率因數的乘積。異步變頻調速電機在 60％的負荷下工作時 ，其效率下降 15％，功率 因數下降 30％，力能指標下降 40％。而稀 土永磁變頻電機的效率和功率因數近似一條水平曲線，即使電機只有 20％負荷時 ，稀土永磁電機的力能指標仍為滿負荷的80％以上，這進一步提高了電能的使用效率和電網的品質因數。
(4)體積小、重量輕
由于使用了高性能的永磁材料提供磁場，使得永磁電機的氣隙磁場較感應電機大為增強，永磁電機的體積和重量較感應電機可以大大縮小。
例如 11kW 的異步電機重量為 220kg，而永磁 電機僅為 92 ，相當于異步電機重量的 45．8％。
圖2是5.5KW普能三相異步電機與永磁同步電機在不同負載率的效率值對比，從圖上可以看出，三相異步電機與永磁同步電機效率差異約為5%，這種優勢在低速運行區間還要更加的明顯。
基于以上對比優勢，目前，永磁電機是變頻螺桿空壓機驅動的最佳選擇，它比普通三相異步主頻電機更高效，更節能。
3 永磁空壓機應用案例分析
我們以同步的160KW螺桿空壓機為例來計算，永磁電機效率大約為97%，普通電機效率大約為90%；按照永磁電機效率節能7%及平均用氣量90%進行計算，考慮1.15的服務系數，那么在90%出氣量狀況下的電機每小時耗功節約量為：160KW*1.15*90%*7%=11.592KW
按照每天工16hr,每年運行300天，工業用電平均1元/KWH計算，每年可節約的電費大約為：16*300*11.592*1=55641.6元。
4 結論
空壓機系統作為電機系統中的能源消耗大戶，將成為我國今后工業節能的重點領域，節能空壓機2013年已被 國家列為節能產品惠民工程進行推廣，說明使用高效的空壓機已是發展趨勢。隨著永磁電機價格的逐漸降低，憑借著其優勢的性能，永磁驅動的螺桿空壓機必將成為空壓行業的節能新亮點。
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發表于 2017-9-22 14:24:12
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