直线电机活塞式压缩机的技术剖析

　　1概述

　　传统的活塞式空气压缩机主要有旋转电机驱动和电磁振动式两种，目前国内外生产，使用的绝大部分活塞式压缩机是旋转电机驱动的。这类压缩机主要优点是技术成熟，性能可靠，寿命长。不好的地方是活塞行程较短，活塞往复频率高，结构(复杂，能量传递环节多，机械效率低（整机效率一般为0.30～0.40），运行噪声大。电磁振动式压缩机是利用电磁力及机械共振原理驱动，直接推动活塞往复振动进行工作的。优点是：体积小，重量(weight)轻，机械效率高，具有超压保护(bǎo hù )功能，易实现无油润(Oily)滑。缺点是：整机效率低（主要是电磁系统效率低），行程短，频率高，排气(Exhaust)压力低，难以实现较大功率（指物体在单位时间内所做的功的多少）(High-power)。
　　直线电机驱动的活塞式压缩机，电机次级直接带动压缩机活塞作往复直线运动，不需要曲柄连杆机构和机械传动系统(system)具有以下特点：（1）用直线感应电机代替电磁式压缩机的电磁弹簧（huáng）共振动力系统，使活塞压缩机在性能和机构上产生了很大进步。昆山空压机保养冷却水通过管道进入空压机中间冷却器对一级压缩排出的气体进行冷却降温，再进入后冷器对排气进行冷却，另一路冷却水进水管道经过主电机上部的两组换热器冷却电机绕组，还有一路对油冷却器进行冷却。
　　（2）圆筒型复合次级直线电机效率(efficiency)略低于旋转(Rotating)异步电动(electric)机，但压缩机整机效率比电磁振动式压缩机和旋转电动机驱动的活塞压缩机效率高
　　（3）活塞行程长。昆山空压机维修是更换全部磨损的零件，空压机转1000个小时或一年后，要更换滤芯，在多灰尘地区，则更换时间间隔要缩短。滤清器维修时必须停机，检查压缩机所有部件，排除压缩机所有故障。直线电机次级行程不受限制，所以压缩机可选取较长的活塞行程（为目前同缸径压缩机行程的2～3倍以上）。这也就降低了对活塞往复频率的要求（活塞频率可降低2～3倍），从而增加了机械寿命(lifetime)，且大大降低了运行噪声。
　　（4）活塞速度可按要求设计
　　2基本结构
　　组合式直线电动(electric)活塞式压缩机结构中次级和活塞做成一个整体。这类压缩机的结构特点：两个气缸对称安装在直线电机次级的两端，活塞往复一次，两个气缸各完成一次压缩循环（continue)。电机为长次级结构，无传动系统，机械(machinery)损失仅为活塞与气缸壁间的摩擦阻力损耗。具有结构简单，体积小，成本低，噪声(noise)低，效率高等特点。
　　分体式直线电动活塞式空气压缩机结构(原理图。结构上与组合式基本相同。只是电机初级与气缸(压缩空气)分离。这样次级在气缸外的部分直径不受气缸内径的限制（limit），可优化（optimalize）电机的结构，使电机的性能(property)更好。同时次级，活塞，气缸的散热效果也较好。缺点是直线电机与气缸的安装精度（精确度）要求高。
　　3供电及控制（control)系统
　　当双向晶闸管TV4，TV5，TV6处于开断状态，TV1，TV2，TV3被触发导通时，活塞(piston)向左边运行；TV1，TV2，TV3处于断开状态，TV4，TV5，TV6被触发导通时，活塞向右边运行。晶闸管反复通断，活塞作往复运动。晶闸管的通断由信号检测(检查并测试)电路，触发电路控制完成。
　　为确保电机电源的安全换相，采用"延时通电"换相方式，即一组晶体闸流管断电后延时一定时间，另一组晶闸管再触发导通。昆山空压机保养冷却水通过管道进入空压机中间冷却器对一级压缩排出的气体进行冷却降温，再进入后冷器对排气进行冷却，另一路冷却水进水管道经过主电机上部的两组换热器冷却电机绕组，还有一路对油冷却器进行冷却。这样既可保证安全换相，同时合理的延时时间可以大大降低换相时电机产生的起动电流冲击。
　　当活塞(piston)向左运行至K1所在的位置时，K1发出断电信号(signal)，TV1，TV2，TV3得不到触发脉冲，由于马达为电阻电感性负载，TV1，TV2，TV3经过延时后断开。电机断电后在经过一段延时，确保TV1，TV2，TV3已完全断开，TV4，TV5，TV6再触发导通，活塞受到向右方向的电磁力(magnetic force)作用。活塞向右到达K2位置时，K2发出信号，TV4，TV5，TV6延时断开，在经一延时TV1，TV2，TV3被触发导通，活塞受到向左的电磁力作用。
　　位置传感器K3，K4为安全保护(bǎo hù )开关，该开关动作时，强行正向断电，反向通电。
　　控制系统还具有缺相自动保护，SSR保护，短路（电流不经用电器，直接连电源两极）和过载保护。当活塞运行频率比较高时，采用单套绕组马达易发生换相失败故障，可采用双绕组电机，即电机定子有两套绕组，次级向一个方向(direction)运行时一套绕组通电，次级反向运行时，另一套定子绕组通电，这样可较好地解决换相问题，但电机的体积变大，成本增加。
　　两套绕组的布置有两种形式一种结构的电机定子（组成：定子铁芯、定子绕组和机座）直径较大，需用较多的电磁线。两套绕组之间互感太大，影响换相。槽较深，影响电机的效率。电机定子铁心较长，且利用率(availability)不高。
　　4试验样机与测试结果(result)
　　试验(test)样机：排气压力：样机1为0.4MPa，样机2为0.1MPa；活塞频率：5Hz左右；电源：三相交流电，额定电压220/380V，频率50Hz；电机同步速度：3.0m/s；排气量：0.1-0.3m 3 /min；控制（control)方式：手动调节(adjust)换相延时时间(time)；两台样机中直线电机次级均为铝铁复合结构。昆山空压机是回转容积式压缩机，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合，使两个转子啮合处体积由大变小，从而将气体压缩并排出。昆山空压机维修轴承跑外圈一般是因为配合的精度不够以及外圈定位方式设计不合理造成的。并非所有机头都按这个时间进行，如果保养好的可以延后，保养差的则需要提前。 
　　5结论
　　直线电机活塞式压缩机的研制在国内(guó nèi)外尚属首次。和传统的活塞式压缩机相比，具有突出的优点。在一些合适的情况(Condition)下，将显示(display)出独具的优势（解释:能压倒对方的有利形势)。如：结构简单，成本低，噪声(noise)低，整机效率(efficiency)高，活塞行程长等。