空壓機(jī)變頻技術(shù)分析

滕勇

摘要：變頻式空壓機(jī)以其運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能高效的優(yōu)勢(shì)廣泛的使用在電氣工程中，冶金行業(yè)作為高能耗的行業(yè)，投資成本高，空壓機(jī)功率大。因此，本文從空壓機(jī)變頻技術(shù)原理進(jìn)行分析，并對(duì)空壓機(jī)的耗能進(jìn)行了解析。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī);變頻技術(shù);分析

引言

由于變頻螺桿空壓機(jī)利用了變頻器的無(wú)級(jí)調(diào)速特點(diǎn)，通過(guò)控制器或變頻器內(nèi)部的PID 調(diào)節(jié)器，能對(duì)壓力實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)控制;比工頻運(yùn)行的上下限開(kāi)關(guān)控制相比，氣壓穩(wěn)定性成指數(shù)級(jí)的提高，更節(jié)能。盡管螺桿空壓機(jī)采取了不同的節(jié)能運(yùn)行模式，但由于變頻器是根據(jù)實(shí)際用氣量實(shí)時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的，用氣量低的時(shí)候還可以讓空壓機(jī)自動(dòng)休眠，這樣就大大減少了能源的損失。需要注意的是，系統(tǒng)控制方式的不同對(duì)節(jié)能效果有很大影響。起動(dòng)無(wú)沖擊，由于變頻器本身是一個(gè)軟起動(dòng)裝置，起動(dòng)電流最大在額定電流的兩倍左右，與工頻起動(dòng)一般在額定電流的6倍以上相比，起動(dòng)沖擊很小。這種沖擊不僅是對(duì)電網(wǎng)的，也有對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)電氣保護(hù)系統(tǒng)的沖擊，也大大減少。噪聲低，由于穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)運(yùn)行頻率小于工頻，機(jī)械噪聲下降，機(jī)械磨損小。對(duì)儲(chǔ)氣罐容量要求小。

1.技術(shù)原理分析

1.1空壓機(jī)使用簡(jiǎn)介

空壓機(jī)主要有螺桿式和往復(fù)活塞式兩種。由于結(jié)構(gòu)原理的原因，大部分空壓機(jī)都存在明顯的技術(shù)弱點(diǎn)。當(dāng)輸出壓力大于一定值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)泄載閥，使異步電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，嚴(yán)重浪費(fèi)能源;異步電動(dòng)機(jī)頻繁的啟動(dòng)、停止，影響電機(jī)的使用壽命，壓機(jī)工頻啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，電機(jī)軸承磨損大;自動(dòng)化程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)靠人工調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)速度慢，不穩(wěn)定，精度低。

1.1.1變頻螺桿空壓機(jī)的控制原理

變頻器控制空壓機(jī)系統(tǒng)流程圖如圖所示，變頻式空壓機(jī)是根據(jù)用氣量的大小自動(dòng)改變主機(jī)轉(zhuǎn)速，及時(shí)反映系統(tǒng)壓力的變化，并保持穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力;當(dāng)系統(tǒng)消耗氣量降低時(shí);此時(shí)壓縮機(jī)提供的壓縮空氣量會(huì)大于系統(tǒng)消耗量，變頻式壓縮機(jī)會(huì)降低轉(zhuǎn)速，同時(shí)輸出壓縮空氣量，來(lái)保持穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力值。若當(dāng)系統(tǒng)消耗氣量增加時(shí)，此時(shí)壓縮機(jī)提供的壓縮空氣量會(huì)小于系統(tǒng)消耗量，變頻式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)相對(duì)增加，同時(shí)輸出壓縮空氣量來(lái)保持穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力值。 此種運(yùn)轉(zhuǎn)方式，可讓變頻式壓縮機(jī)直接且快速反映系統(tǒng)壓力變化，并且提供系統(tǒng)消耗所需的風(fēng)量變化，經(jīng)由此種運(yùn)轉(zhuǎn)模式，變頻式壓縮機(jī)可在輸出風(fēng)量與能源消耗之間維持最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)效率?？梢园压芫W(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，壓力變送器 YB 將儲(chǔ)氣罐的壓力 p 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給 PID 智能調(diào)節(jié)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，通過(guò)變頻器控制電動(dòng)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。另外，空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來(lái)起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，避免了起動(dòng)沖擊電流和起動(dòng)給空壓機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。

圖：變頻式控制空壓機(jī)系統(tǒng)流程圖

1.2變頻器及其智能控制單元原理

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的?？諌簷C(jī)的基本運(yùn)行方式是加載、減載。減載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn)，能源白白的浪費(fèi)，如果利用變頻器通過(guò)改變電機(jī)頻率來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制空壓機(jī)單位時(shí)間的出風(fēng)量，從而達(dá)到控制管路壓力的目的，具有明顯的節(jié)能效果?？諌簷C(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)原理如下：通過(guò)壓力變送器測(cè)得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較，得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動(dòng)機(jī)的頻率值。由變頻器輸出的相應(yīng)頻率和幅值的交流電，在電動(dòng)機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的壓縮空氣至儲(chǔ)氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。

2.空壓機(jī)能耗分析

加、卸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(hù)正常工作的最低壓力。一般情況下，pmax、pmin之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示

pmax=（1+δ）pmin

（ 1）

δ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的工作壓力上，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)的能量主要在兩個(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)程中必將會(huì)向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另一個(gè)能耗方面，高于pmin的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓至接近pmin，這一過(guò)程同樣是耗能過(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)氣閥使電動(dòng)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)。關(guān)閉進(jìn)氣閥使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體做功，但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，換言之，該空壓機(jī)10% 的時(shí)間處于空載狀態(tài)，在做無(wú)用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下。電動(dòng)機(jī)存在很大的節(jié)能空間。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文分析，冶金行業(yè)能耗大、投資成本高、空壓機(jī)功率高，提高空壓機(jī)變頻技術(shù)的利用和技術(shù)完善，可以提升電氣設(shè)備的運(yùn)行效率，同時(shí)環(huán)保節(jié)能，提高對(duì)變頻式空壓機(jī)的控制，可以延長(zhǎng)電氣的使用壽命，減少維修率，工作精確，提高冶金行業(yè)的生產(chǎn)力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]張還.空壓機(jī)組電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2010（04）

[2]劉溫波.空壓機(jī)在線分析系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2010（05）