變頻器在空氣壓縮機上的應用
空壓機在工礦企業中應用十分普遍，其配套電動機容量一般都較大，而且大多數是常年連續運行，但是其負載卻是一直變化的，故節能潛力很大。
在設計選用空壓機電動機容量時，通常是按空壓機滿負荷長時間運行來選擇的，故設計容量一般都偏大，在實際運行中輕載運行的時間所占的比例是非常高的，采用變頻調速，可大大提高轉載運行時工作效率。有些空壓機調節方式(調節閥門開度和改變葉片角度等)即使在需求量較小的情況下，電動機的運行功率減少也不多，空壓機運行在低效狀態。如采用變頻調速，根據需要來調節電動機的轉速，使之在高效狀態下減少電動機的運行功率，可在滿足生產要求的條件下達到節能的目的。從運行質量的角度看，空壓機系統大多不能根據負載的輕重連續地進行調整。而采用變頻調速后，則可以十分方便地進行連續調節，能保持壓力、流量等參數的穩定，從而大大提高壓縮機工作效率及性能。
2 在空壓機的使用中，有四大問題是用戶一直盼望解決的
(1) 如何有效提高供氣質量;
(2) 如何延長空壓機的壽命;
(3) 如何降低工作環境噪音;
(4) 如何節約高額的電費開支。
3 設備現場情況
某公司有空壓機四臺:功率分別為60kW、37kW、30kW、22kW;制氣量分別為10.3m3/h、6.3m3/h、 5.2m3/h、3.5m3/h。空壓機出口有氣壓罐，互相連通到總氣管上。氣壓罐上裝有自動放氣閥，在氣壓過高時可自動開啟放氣閥以保證安全。該公司現有4臺螺桿式空氣壓縮機氣管聯接方式為并聯，儲氣罐上的壓力為7kg，現運行一臺60kW的空氣壓縮就能滿足生產需要，由于企業擴大再生產，運行1臺機已經不能滿足生產需要，運行2臺就有可能供大于需求的氣量，使壓縮機工作在低效率狀態下，造成能源白白的浪費;而且自動化程度不高,需人工頻繁啟動，這時考慮變頻節能系統很有必要，根據以上情況分析，我們設計安裝一套75kW變頻恒壓供氣控制的節能系統就可以滿足供氣要求。變頻系統設有自動、手動運行狀態選擇。
4 原操作系統缺點
(1) 由于空壓機組的卸載和加載是控制進氣閥的開、關，當壓力到達上限時關閉進氣閥，當壓力低于上限時開閥，效率低，沖擊電流大，設備能耗大,功率因數低，無功損耗大;
(2) 系統排氣壓力太高，管徑的配置達不到壓縮機氣體的流速要求，造成管路壓降偏高，減荷能耗大;
(3) 機組頻繁加減負荷，沖擊電流大，啟動能耗高，對設備和電網沖擊大。電磁閥動作頻繁，損壞率高;
(4) 供氣壓力偏低時，不能滿足工藝要求;供氣壓力偏高時，電耗高;但為滿足工藝要求勢必要供氣壓力偏高，從而造成供氣成本高，能耗高;
(5) 由于運行轉速高，以及進氣閥門啟閉頻繁，造成機房噪音大;
(6) 每臺空壓機的啟停需人工頻繁操作，由于自動化程度不高，需投入大量的人工。
5 變頻恒壓供氣系統功能
(1) 通過對4臺空壓機進行自動變頻調速控制，能夠穩定總管網的氣壓，達到恒壓供氣之目的，實時監控總管網出口氣壓，確保機組正常運行;
(2) 把4臺空壓機全部納入變頻自動控制系統，進行自動切換，循環工作;
(3) 根據總管壓力，系統自動判斷開停空壓機的數量和大小，并自動開停機;
(4) 全部機組實現軟啟動，降低啟動電流和對電網及機械的沖擊，延長主設備的使用壽命;
(5) 具備自動和手動雙功能，故障情況下仍能夠手動操作供氣，保持供氣不間斷;
(6) 供氣壓力可根據實際情況由用戶隨時進行參數修改，操作簡單;
(7) 降低電耗，節約供氣成本;
(8) 通過調節開、停機組數量和變頻調速器的轉速，達到調節總管網氣壓的目的，穩定供氣壓力;
(9) 根據供氣量自動選擇開大機組還是開小機組，以保證設備節能高效運行;
(10) 4臺機組均為自動軟啟動工作;
(11) 以“先入先出”為準則，對4臺機組進行優化組合，循環投切;通過對變頻機組負荷的實時計算，確定各機組的開、停時間，使各機組高效區段工作并磨損均勻;
(12) 在軟件控制下，機組能夠實現變頻、工頻無擾動切換;
(13) 每臺機組具備自動和手動雙功能，故障情況下仍能夠手動操作供氣，保持供氣不間斷;
(14) 恒壓供氣確保管網不受壓力變化的沖擊，延長管網的使用壽命，降低維修成本。
6 變頻恒壓供氣的優點
(1) 根據現場工況的不同，平均節能率在10%~30%;
(2) 先進的設置、監控及調節功能改善了空氣壓縮運行特性;
(3) 系統具有各種保護措施(過流、過壓、過載、過熱、電機相間和對地短路等)，且變頻器具有自檢測功能，使系統的運轉率和安全可靠性大大提高;
(4) 系統工頻與節能可隨意轉換，改造后系統工作壓力穩定，供氣質量大大提高，減少了人工，提高了工作效率;
(5) 使空壓機零速平滑起動，提高生產安全性;延長空壓機使用壽命;降低工作環境噪音。
7 控制原理框圖
空氣壓縮機變頻調速控制原理框圖如附圖所示。
附圖 空氣壓縮機變頻調速控制原理框圖
8 系統工作原理
由壓力傳感器從貯氣罐取出壓力反饋信號，送至微電腦控制器內部PID調節器與預置的壓力給定信號相比較，經微電腦控制器CPU處理后的綜合信號接至變頻器，從而決定電動機的工作頻率和轉速。此種控制方式在保證壓縮空氣的壓力始終保持恒定的前提下，在輕載時降低電動機轉速，保持高效率運轉實現節能。
假如氣壓要在0.55Mpa～0.7Mpa之間,這樣,我們可以設定要0.60Mpa壓力。當啟動微電腦控制器后，會使第一臺電機起動(軟件自動檢測使停機時間最長那臺作為第一臺機)，這時氣壓會上升，若電機已運行到最高速后，壓力還未到0.60Mpa，則會自動使第二臺起動。直到壓力達到0.60Mpa時，第二臺電機會停留在某轉速上(不會是最高速)。當生產上用氣不多，而使壓力超過0.60Mpa時，變頻運行那臺電機會逐漸減慢，以使氣壓保持在0.60Mpa上，當電機慢到一定程度，氣壓還高于0.60Mpa時，微電腦控制器會使第一臺電機停掉，同時，第二臺電機會馬上由低速上升到最高速(50Hz)，若壓力還高于0.60Mpa，則第二臺電機會逐漸減速，直到壓力穩定在0.60Mpa為止。如此往復，使系統壓力維持在0.60Mpa上。由于變頻系統總能使空壓機工作在合適的轉速上，輸出合適的軸功率，所以沒有使空壓機浪費能量，故在達到穩壓的同時，也達到了節能的目的。
9 在改造空氣壓縮機過程中應注意的問題
(1) 由于空氣壓縮機的轉動慣量大，在選用變頻器時應根據具體的工況條件和現場的運行電流情況確定選配的變頻器容量。
（2) 應考慮壓力傳感器安裝的位置，要求應在滿足生產需要的前提下，最大限度的節能。壓力傳感器應采用4～20mA標準信號為佳，信號線要用雙芯屏蔽線。
（3) 在變頻器的控制系統中應設有開環和閉環兩種控制模式，以便于調試和特殊情況下使用。
（4) 在螺桿式空氣壓縮機的調試中應嚴格注意電機的轉向;開機前，必須檢查電機是否按規定方向旋轉，嚴禁電機反向運轉，避免造成主機重大損失。
（5) 由于空氣壓縮機不允許長期工作在低頻狀態下，在低頻下運行不但穩定性變差，而且容易出現喘振;另一方面也使缸體的潤滑變差，會加快磨損，故應設定合理的、有效的、安全的工作頻率下限。具體的設定要根據不同的工況，不同的使用條件和要求，耐心細致的調整。
10 結束語
實踐證明，變頻調速器在控制具有多變壓力及多機并聯運行供氣工業空氣壓縮機是非常理想的;隨著變頻調速技術的日益成熟，變頻器的應用領域將更加廣泛。
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