變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用分析

    1、空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。
    空壓機(jī)的種類有很多，有活塞式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)、離心式空壓機(jī)，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。該供氣控制方式雖然原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，但存在能耗高，進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，高效低耗的技術(shù)已愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。在空壓機(jī)供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)省電能同時(shí)改善空壓機(jī)性能，提高供氣品質(zhì)就成為我們關(guān)心的一個(gè)話題。

    2、空壓機(jī)工作原理目前空壓機(jī)上都采用兩點(diǎn)式控制（上、下限控制）或啟停式控制（小型空氣壓縮機(jī)），也就是當(dāng)壓縮氣體氣缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)本身氣壓或油壓關(guān)閉進(jìn)氣閥，小型空氣壓縮機(jī)則停機(jī)。
    當(dāng)壓力下降到設(shè)定值下限時(shí)，空壓機(jī)打開(kāi)進(jìn)氣閥，小型空壓機(jī)則又啟動(dòng)。傳統(tǒng)的控制方式容易對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，對(duì)空壓機(jī)本身也有一定的損害，當(dāng)用氣量頻繁波動(dòng)時(shí)，尤其明顯。
    正常工作情況下，空氣被壓縮到儲(chǔ)氣罐?？諌簷C(jī)各點(diǎn)的檢測(cè)（包括壓縮空氣溫度、壓力，鏍桿溫度、冷卻水壓力、溫度和油壓、油溫等等）和整體控制由主控制單板機(jī)控制。
    當(dāng)空壓機(jī)出口壓力達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)，通過(guò)油壓分路閥關(guān)閉進(jìn)氣口，同時(shí)打開(kāi)內(nèi)循環(huán)管路，作自循環(huán)運(yùn)行。此時(shí)用氣單位繼續(xù)用氣。
    當(dāng)壓力下降到設(shè)定值下限時(shí)，油壓分路閥關(guān)閉循環(huán)管路，打開(kāi)空氣進(jìn)口，空氣又由過(guò)濾器經(jīng)壓縮到儲(chǔ)氣罐中。在靜態(tài)，原起動(dòng)方式（Y-△），及加載、卸載時(shí)對(duì)電網(wǎng)供配電設(shè)備及鏍桿都會(huì)造成極大的沖擊。尤其是能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。
    主電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，軸功率將下降很多。節(jié)能潛力相當(dāng)大。）變頻節(jié)能的效果是十分顯著的，特別是調(diào)節(jié)范圍大的系統(tǒng)及設(shè)備，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用可以直觀的看出在流量變化時(shí)只要對(duì)轉(zhuǎn)速（頻率）稍作改變就會(huì)使軸功率有更大程度上的改變，就因有此特點(diǎn)使得變頻調(diào)速（節(jié)能）方式成為一種趨勢(shì)并且不斷深入的應(yīng)用于各行業(yè)及其各種調(diào)整領(lǐng)域。

    3、加、卸載供氣控制方式存在的問(wèn)題
    3.1耗能分析我們知道，加、載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來(lái)回變化。Pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmin、Pmax之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示：CPmax=（1+δ）Pmin是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣壓力上，即Pmin附近。由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分：
    （1）壓縮空氣壓力超過(guò)Pmin所消耗的能量在壓力達(dá)到Pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升（直到Pmax）。這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。
    （2）卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到Pmax時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)如下方法來(lái)降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。
    3.2其它不足之處
    （1）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無(wú)法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。
    （2）頻繁采用打開(kāi)和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。

    4、恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)
    針對(duì)原有供氣控制方式存在的諸多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)上述分析，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣。通過(guò)壓力變送器采集實(shí)際壓力P送給PID智能調(diào)速器，與壓力設(shè)定值P0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)送變頻調(diào)速器VVVF，通過(guò)變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力P0。
    同時(shí)，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來(lái)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。

    5、技術(shù)指標(biāo)和配置
    磁場(chǎng)定向矢量控制，電機(jī)變量完全解耦，電流閉環(huán)。采用美國(guó)TI公司最新款高性能32位電機(jī)控制專用DSP，高速完成復(fù)雜準(zhǔn)確的控制算法，國(guó)內(nèi)首家產(chǎn)品化應(yīng)用。
    調(diào)速精度：0.01HZ
    調(diào)速范圍：0.5-600.00HZ
    沖擊負(fù)載：180%電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，2秒內(nèi)不跳脫。
    低頻轉(zhuǎn)矩：0.5Hz，150%額定轉(zhuǎn)矩輸出。
    150%額定轉(zhuǎn)矩加速和減速。
    內(nèi)置多功能組合數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。
    內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)485數(shù)據(jù)接口。
    可編程開(kāi)關(guān)量輸入端口：8位，輸出端口：2位，。
    可編程繼電器輸出端口：1路，常開(kāi)/常閉可選。
    可編程模擬量輸入端口：4通道，輸出端口：1通道。
    電壓可設(shè)定電源：1路。
    端子控制電源：1路。
    獨(dú)立風(fēng)道、無(wú)觸點(diǎn)軟啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、低電感直流母線排高可靠性設(shè)計(jì)。

    6、改造效果
    （1）整套改造裝置并不改變空壓機(jī)原有控制原理，也就是說(shuō)原空壓機(jī)系統(tǒng)保護(hù)裝置依然有效。并且工頻/變頻切換采用了電氣及機(jī)械雙重聯(lián)鎖，從而大大的提高了系統(tǒng)的安全、可靠性。
    （2）空壓機(jī)改造工程安裝完畢后，一次試車成功，運(yùn)行穩(wěn)定，空壓機(jī)振動(dòng)和噪聲大減低。
    （3）除緩沖缸壓力在部分頻率時(shí)增大0.2公斤外，油壓、油溫及各點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)均在安全數(shù)值內(nèi)被優(yōu)化。
    （4）變頻改造后，起動(dòng)為軟起動(dòng)，運(yùn)行時(shí)無(wú)卸載和加載沖擊電流現(xiàn)象，空壓機(jī)本身的機(jī)械性沖擊大大減小。
    （5）在保證管網(wǎng)供氣的情況下，電流大大降低，基本不出現(xiàn)滿載現(xiàn)象，一般在40Hz左右，和以前相比，節(jié)電率在30%以上，約10個(gè)月可以收回投資。
    （6）空壓機(jī)、供配電設(shè)備及機(jī)械設(shè)備因供氣穩(wěn)定，維修量大大減小，綜合效益明顯。
    （7）改造后空壓機(jī)的運(yùn)行安全、可靠，同時(shí)達(dá)到了用氣的工藝要求。