直線電機(jī)活塞式壓縮機(jī)的技術(shù)剖析

　　1概述

　　傳統(tǒng)的活塞式空氣壓縮機(jī)主要有旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動和電磁振動式兩種，目前國內(nèi)外生產(chǎn)，使用的絕大部分活塞式壓縮機(jī)是旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動的。這類壓縮機(jī)主要優(yōu)點是技術(shù)成熟，性能可靠，壽命長。不好的地方是活塞行程較短，活塞往復(fù)頻率高，結(jié)構(gòu)(復(fù)雜，能量傳遞環(huán)節(jié)多，機(jī)械效率低（整機(jī)效率一般為0.30～0.40），運行噪聲大。電磁振動式壓縮機(jī)是利用電磁力及機(jī)械共振原理驅(qū)動，直接推動活塞往復(fù)振動進(jìn)行工作的。優(yōu)點是：體積小，重量(weight)輕，機(jī)械效率高，具有超壓保護(hù)(bǎo hù )功能，易實現(xiàn)無油潤(Oily)滑。缺點是：整機(jī)效率低（主要是電磁系統(tǒng)效率低），行程短，頻率高，排氣(Exhaust)壓力低，難以實現(xiàn)較大功率（指物體在單位時間內(nèi)所做的功的多少）(High-power)。
　　直線電機(jī)驅(qū)動的活塞式壓縮機(jī)，電機(jī)次級直接帶動壓縮機(jī)活塞作往復(fù)直線運動，不需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動系統(tǒng)(system)具有以下特點：（1）用直線感應(yīng)電機(jī)代替電磁式壓縮機(jī)的電磁彈簧（huáng）共振動力系統(tǒng)，使活塞壓縮機(jī)在性能和機(jī)構(gòu)上產(chǎn)生了很大進(jìn)步。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。
　　（2）圓筒型復(fù)合次級直線電機(jī)效率(efficiency)略低于旋轉(zhuǎn)(Rotating)異步電動(electric)機(jī)，但壓縮機(jī)整機(jī)效率比電磁振動式壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動機(jī)驅(qū)動的活塞壓縮機(jī)效率高
　　（3）活塞行程長。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件，空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個小時或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時間間隔要縮短。濾清器維修時必須停機(jī)，檢查壓縮機(jī)所有部件，排除壓縮機(jī)所有故障。直線電機(jī)次級行程不受限制，所以壓縮機(jī)可選取較長的活塞行程（為目前同缸徑壓縮機(jī)行程的2～3倍以上）。這也就降低了對活塞往復(fù)頻率的要求（活塞頻率可降低2～3倍），從而增加了機(jī)械壽命(lifetime)，且大大降低了運行噪聲。
　　（4）活塞速度可按要求設(shè)計
　　2基本結(jié)構(gòu)
　　組合式直線電動(electric)活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中次級和活塞做成一個整體。這類壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點：兩個氣缸對稱安裝在直線電機(jī)次級的兩端，活塞往復(fù)一次，兩個氣缸各完成一次壓縮循環(huán)（continue)。電機(jī)為長次級結(jié)構(gòu)，無傳動系統(tǒng)，機(jī)械(machinery)損失僅為活塞與氣缸壁間的摩擦阻力損耗。具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低，噪聲(noise)低，效率高等特點。
　　分體式直線電動活塞式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)(原理圖。結(jié)構(gòu)上與組合式基本相同。只是電機(jī)初級與氣缸(壓縮空氣)分離。這樣次級在氣缸外的部分直徑不受氣缸內(nèi)徑的限制（limit），可優(yōu)化（optimalize）電機(jī)的結(jié)構(gòu)，使電機(jī)的性能(property)更好。同時次級，活塞，氣缸的散熱效果也較好。缺點是直線電機(jī)與氣缸的安裝精度（精確度）要求高。
　　3供電及控制（control)系統(tǒng)
　　當(dāng)雙向晶閘管TV4，TV5，TV6處于開斷狀態(tài)，TV1，TV2，TV3被觸發(fā)導(dǎo)通時，活塞(piston)向左邊運行；TV1，TV2，TV3處于斷開狀態(tài)，TV4，TV5，TV6被觸發(fā)導(dǎo)通時，活塞向右邊運行。晶閘管反復(fù)通斷，活塞作往復(fù)運動。晶閘管的通斷由信號檢測(檢查并測試)電路，觸發(fā)電路控制完成。
　　為確保電機(jī)電源的安全換相，采用"延時通電"換相方式，即一組晶體閘流管斷電后延時一定時間，另一組晶閘管再觸發(fā)導(dǎo)通。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對油冷卻器進(jìn)行冷卻。這樣既可保證安全換相，同時合理的延時時間可以大大降低換相時電機(jī)產(chǎn)生的起動電流沖擊。
　　當(dāng)活塞(piston)向左運行至K1所在的位置時，K1發(fā)出斷電信號(signal)，TV1，TV2，TV3得不到觸發(fā)脈沖，由于馬達(dá)為電阻電感性負(fù)載，TV1，TV2，TV3經(jīng)過延時后斷開。電機(jī)斷電后在經(jīng)過一段延時，確保TV1，TV2，TV3已完全斷開，TV4，TV5，TV6再觸發(fā)導(dǎo)通，活塞受到向右方向的電磁力(magnetic force)作用。活塞向右到達(dá)K2位置時，K2發(fā)出信號，TV4，TV5，TV6延時斷開，在經(jīng)一延時TV1，TV2，TV3被觸發(fā)導(dǎo)通，活塞受到向左的電磁力作用。
　　位置傳感器K3，K4為安全保護(hù)(bǎo hù )開關(guān)，該開關(guān)動作時，強(qiáng)行正向斷電，反向通電。
　　控制系統(tǒng)還具有缺相自動保護(hù)，SSR保護(hù)，短路（電流不經(jīng)用電器，直接連電源兩極）和過載保護(hù)。當(dāng)活塞運行頻率比較高時，采用單套繞組馬達(dá)易發(fā)生換相失敗故障，可采用雙繞組電機(jī)，即電機(jī)定子有兩套繞組，次級向一個方向(direction)運行時一套繞組通電，次級反向運行時，另一套定子繞組通電，這樣可較好地解決換相問題，但電機(jī)的體積變大，成本增加。
　　兩套繞組的布置有兩種形式一種結(jié)構(gòu)的電機(jī)定子（組成：定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座）直徑較大，需用較多的電磁線。兩套繞組之間互感太大，影響換相。槽較深，影響電機(jī)的效率。電機(jī)定子鐵心較長，且利用率(availability)不高。
　　4試驗樣機(jī)與測試結(jié)果(result)
　　試驗(test)樣機(jī)：排氣壓力：樣機(jī)1為0.4MPa，樣機(jī)2為0.1MPa；活塞頻率：5Hz左右；電源：三相交流電，額定電壓220/380V，頻率50Hz；電機(jī)同步速度：3.0m/s；排氣量：0.1-0.3m 3 /min；控制（control)方式：手動調(diào)節(jié)(adjust)換相延時時間(time)；兩臺樣機(jī)中直線電機(jī)次級均為鋁鐵復(fù)合結(jié)構(gòu)。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設(shè)計不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個時間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 
　　5結(jié)論
　　直線電機(jī)活塞式壓縮機(jī)的研制在國內(nèi)(guó nèi)外尚屬首次。和傳統(tǒng)的活塞式壓縮機(jī)相比，具有突出的優(yōu)點。在一些合適的情況(Condition)下，將顯示(display)出獨具的優(yōu)勢（解釋:能壓倒對方的有利形勢)。如：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，噪聲(noise)低，整機(jī)效率(efficiency)高，活塞行程長等。