直线电机活塞式压缩机的技术剖析

　　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。缺点是活塞行程较短，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，重量轻，机械效率高，具有超压保护功能，易实现无油润滑。缺点是：整机效率低（主要是电磁系统效率低），行程短，频率高，排气压力低，难以实现较大功率。

　　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。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。

　　（2）圆筒型复合次级直线电机效率略低于旋转异步电动机，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。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），从而延长了机械寿命，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。电机为长次级结构，无传动系统，机械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分离。这样次级在气缸外的部分直径不受气缸内径的限制，可优化电机的结构，使电机的性能更好。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要求高。

　　3供电及控制系统

　　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，即一组晶闸管断电后延时一定时间，另一组晶闸管再触发导通。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。

　　当活塞向左运行至K1所在的位置时，K1发出断电信号，TV1，TV2，TV3得不到触发脉冲，由于电机为电阻电感性负载，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，短路和过载保护。当活塞运行频率比较高时，采用单套绕组电机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，且利用率不高。

　　4试验样机与测试结果

　　试验样机：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；控制方式：手动调节换相延时时间；两台样机中直线电机次级均为铝铁复合结构。

　　5结论

　　直线电机活塞式压缩机的研制在国内外尚属首次。和传统的活塞式压缩机相比，具有突出的优点。在一些合适的情况下，将显示出独具的优势。如：结构简单，成本低，噪声低，整机效率高，活塞行程长等。