新型節(jié)能制冷壓縮機
家用制冷機的節(jié)能措施有多種:變頻冷庫壓縮機、雙轉(zhuǎn)子壓縮機、模糊邏輯控制、微孔發(fā)泡、節(jié)能差壓閥等。其中采用變頻控制實現(xiàn)節(jié)能的方案正在得到廣泛應(yīng)用。由于采用變頻壓縮機,要解決低速運轉(zhuǎn)時的振動問題和潤滑油供給問題,高速運轉(zhuǎn)時的軸承負荷問題、摩擦和磨損問題,因此對壓縮機的設(shè)計和制造提出了更高的要求,控制系統(tǒng)也比較復(fù)雜,增加了成本。而直線電機驅(qū)動的活塞式壓縮機具有優(yōu)良的控制性能,采用簡單的控制環(huán)路可以通過調(diào)節(jié)掃氣容積來直接實現(xiàn)能量調(diào)節(jié),從而達到節(jié)能的目的。目前發(fā)達國家均采用微型低溫制冷機作為紅外探測器件以及高溫超導器件的冷源(通常提供液氮至液氫溫區(qū)(約-200℃直至-150℃)的制冷溫度),因為它更容易做到微型化、更高的可靠性和不受放置方向的限制等。低溫制冷機由低溫制冷器和壓力波發(fā)生器組成。其中壓力波發(fā)生器是一種無閥型活塞-電機-體化設(shè)計的特種直線壓縮機,其電功轉(zhuǎn)換效率可高達90%以上。美國宇航局及歐洲航天局從八十年代末至今發(fā)射的十余顆衛(wèi)星均采用了這種壓縮機驅(qū)動的斯特林制冷機,它是提高衛(wèi)星有效載荷和延長衛(wèi)星使用壽命的有效手段。目前,國外正在進行將這一高技術(shù)成果推向民用的研究。美國正在開發(fā)用于冷庫制冷設(shè)備的直線馬達制冷壓縮機。這一項目由美國環(huán)保署(U.S.Environmental Protection Agency ,簡稱EPA)發(fā)起并啟動研發(fā),美國環(huán)保署、美國宇航局、投資公司等相繼投入資金推動進一步的研究。
我們知道直線電機利用電能直接產(chǎn)生直線運動,它有突出的優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單:在需要直線運動的地方,采用直線電機可以實現(xiàn)直接傳動,不需要一套將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊本€往復(fù)運動的中間轉(zhuǎn)換機構(gòu),因而使機器設(shè)備總體結(jié)構(gòu)大大簡化,體積大大縮小。
反應(yīng)速度快,隨動性好:直線電機容易做到無刷無接觸運行,動子在運動中毫無機械阻力,這是其它傳統(tǒng)驅(qū)動裝置無法競爭的優(yōu)點。
容易密封,隨動性好:直線電機容易做到無刷無接觸運行,動子在運動中毫無機械阻力,這是其它傳統(tǒng)驅(qū)動裝置無法競爭的優(yōu)點。
容易密封,適用性強:由于電機本身結(jié)構(gòu)簡單,又可做到無接觸運行,因此容易密封,經(jīng)過適當浸漬、涂封,它可在各種特殊環(huán)境中使用(包括液態(tài)物質(zhì)中)。穩(wěn)定可靠,壽命長:直線電機是一種直接傳動的特種電機,可實現(xiàn)無接觸傳遞力,沒有什么機械損耗,故障少,幾乎不需要維修,不怕震動和沖擊,因此穩(wěn)定可靠,壽命長。
此外,它還有控制方便、額定值高、精密定位和自鎖等獨特的優(yōu)勢。
直線電機早在1845年就有人提出,但直到最近二、三十年才得到開發(fā)和應(yīng)用。直線電動機的設(shè)計和研制要緊密結(jié)合它所在系統(tǒng)的技術(shù)要求,進行機電控制系統(tǒng)一體化設(shè)計。直線電機的發(fā)展和應(yīng)用表明它只有向著其他驅(qū)動裝置所不能滿足的或使用旋轉(zhuǎn)電機受到限制的領(lǐng)域發(fā)展,才能找到直線電機獨特的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)秀的應(yīng)用機型。目前用于紅外探測器件和高溫超導器件的低溫制冷機使用一種微型、高效、高可靠性的直線往復(fù)振蕩電動機來驅(qū)動活塞式超凈氣體壓縮機。直線振蕩電機有感應(yīng)型直線振電機、推斥感應(yīng)型直線振蕩電機、直線同步振蕩電機等。其中前兩款直線振蕩電機由于始終處于啟動和制動狀態(tài),能量損耗大、效率低、發(fā)熱利害,而且漏磁大、功率因數(shù)低。而采用直線同步振蕩電機驅(qū)動的微型、高效、高可靠性的超凈氣體壓縮機得到廣泛的使用,激磁方式采用永磁式。這樣既利用了直線電機可實現(xiàn)直線直接傳動、無接觸運行帶來的結(jié)構(gòu)簡單、隨動性好、適應(yīng)性強、穩(wěn)定可靠、控制性好等特點,又發(fā)揮了永磁式電機由于沒有激磁繞組和對應(yīng)的銅損而減少了電機體積和重量、提高了效率和成本等經(jīng)濟技術(shù)指標的優(yōu)勢。直線電機的主要缺點除了研究較少,掌握不夠外,主要是沒有很好的直線運動支承、動子和定子間氣隙比旋轉(zhuǎn)式電機大,使得功率因數(shù)及效率降低。
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