論空壓機(jī)用VSD變頻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

戴國(guó)輝

【摘 要】空氣壓縮機(jī)是電廠和工業(yè)自動(dòng)化許多領(lǐng)域都應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備，傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)具有噪音大，故障多，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)扭矩大，磨損大，耗電量也大等缺點(diǎn)，而空壓機(jī)使用VSD變頻電機(jī)后，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)扭矩小，功率因數(shù)高，隨負(fù)荷變化轉(zhuǎn)換快，省電節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，從變頻器原理分析，逐步闡述VSD電機(jī)應(yīng)用在空壓機(jī)上的好處，是電子技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)革新，解決了傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)的技術(shù)問(wèn)題。為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的技術(shù)保障。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī)；使用；VSD變頻電機(jī)；優(yōu)點(diǎn)

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，特別是晶閘管的出現(xiàn)，產(chǎn)生了IGBT絕緣柵雙極型晶體管，這種具有GTR電力晶體管和MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管雙重特性的晶閘管應(yīng)用在逆變器中形成了變頻器的主電路，而把變頻器用在空氣壓縮機(jī)上就使設(shè)備變得穩(wěn)定和省電，保證了機(jī)組設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

（一）空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展

空氣壓縮機(jī)作為一種普通的機(jī)械設(shè)備，已經(jīng)在各方面的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，小的應(yīng)用比如我們看到的摩托車維修店，大的設(shè)備供電力或者其他熱力設(shè)備相關(guān)的閥門儀表用氣和其他自動(dòng)化裝置等，如車輛的制動(dòng)、柴油機(jī)的啟動(dòng)等等，它種類繁多，參數(shù)各不相同，但是空氣壓縮機(jī)都是由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)連桿使活塞產(chǎn)生來(lái)回的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，促使氣缸容積變化產(chǎn)生一定壓力的壓縮空氣的一種設(shè)備。1、傳統(tǒng)的壓縮機(jī)電機(jī)啟動(dòng)電流大，一般為額定電流的7倍，瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量對(duì)設(shè)備和線路造成嚴(yán)重的影響，啟動(dòng)扭矩也大，造成機(jī)械磨損也大，另外傳統(tǒng)電機(jī)負(fù)荷變化時(shí)反應(yīng)慢，噪音大，功率因數(shù)小，耗電量大等缺點(diǎn)。2、但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是晶閘管的出現(xiàn)，促進(jìn)了IGBT管的產(chǎn)生，這種集電力晶體管和MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管于一體的晶閘管應(yīng)用于變頻器的逆變器中，可以使之前的電機(jī)工頻電壓和頻率隨負(fù)載的變化而變化，即V/F保持恒定，或者更確切地說(shuō)ff1n時(shí)，就只調(diào)頻率不調(diào)電壓的近似恒功率調(diào)速方式，如下圖所示。

從上圖可知，一種速度可變化的驅(qū)動(dòng)器（Variable Speed Drive）即VSD產(chǎn)生了，這就是我們現(xiàn)在生活中的變頻器，它用在空氣壓縮機(jī)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)扭矩也小，功率因數(shù)高，負(fù)荷變化時(shí)轉(zhuǎn)換快，更重要的是可以省電節(jié)能，因此變頻器在生產(chǎn)自動(dòng)化方面廣泛應(yīng)用在空氣壓縮機(jī)設(shè)備上。

（二）VSD變頻器主電路分析

異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，其轉(zhuǎn)速n=60f1（1-s）/p=n1（1-s），即改變電源的頻率f1即可改變同步轉(zhuǎn)速n1，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，另外電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)E1=4.44f1N1·磁通，所以電動(dòng)機(jī)定子電壓一定時(shí)，f1與磁通成反比，磁通增加引起磁路飽和會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)與效率下降，磁通減少輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載能力下降，因此調(diào)速時(shí)盡量保持電動(dòng)機(jī)的磁通恒定即使用恒轉(zhuǎn)矩的特性調(diào)速。

VSD變頻器的原理圖

三相交流電經(jīng)過(guò)不可控二極管整流器整流為直流電，然后經(jīng)電容器濾波后進(jìn)入三電平逆變器，這樣在逆變器的輸出端會(huì)出現(xiàn)一系列的等幅而不等寬的近似正弦交流電壓波形的矩形脈沖波，實(shí)現(xiàn)交一直一交變頻器的要求。1、在整流器部分如果采用可控的晶閘管整流，由于可控開(kāi)關(guān)較多以及線路復(fù)雜、設(shè)備龐大，調(diào)控時(shí)供電質(zhì)量受影響，從而產(chǎn)生低次諧波電流導(dǎo)致脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，使電機(jī)的穩(wěn)定性受影響。2、其次，逆變器采用高壓三電平IGBT晶閘管，即中間直流電路的正、負(fù)極電位和中點(diǎn)電位送到電機(jī)上。相比二電頻變頻器其輸出波形諧波較小，從而損耗降低。3、逆變器中的IGBT晶閘管并聯(lián)的寄生二極管，其實(shí)是反并聯(lián)的續(xù)流二極管，在有大電感（如電動(dòng)機(jī)）的地方反并聯(lián)二極管起續(xù)流保護(hù)作用，從而可靠地保證IGBT晶閘管的及時(shí)關(guān)斷。

（三）VSD變頻器與空氣壓縮機(jī)的連接

變頻系統(tǒng)與空氣壓縮機(jī)的控制流程如下：

在MKIII電腦上設(shè)定參數(shù)，通過(guò)COM2組件模塊上進(jìn)行編程后進(jìn)入變頻器，從變頻逆變后的交流電可以恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速VSD主電機(jī)，帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)螺桿在活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一定壓力的空氣。同時(shí)在壓縮機(jī)螺桿出口通過(guò)壓力傳感器把信號(hào)送回MKIII電腦，識(shí)別后壓力高卸載，壓力低加載的自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

（四）濾波和接地

1、由于波形=正弦波 + 高頻諧波，所以VSD變頻器采用的抗干擾措施是在電路中加入低頻濾波器和高頻濾波器，如下圖所示：

低頻濾波器可以濾除電網(wǎng)中低頻諧波失真的干擾，而高頻濾波器可以濾除電網(wǎng)中由接地線進(jìn)入的高頻諧波的干擾。

2、另外，由于變頻器本身是一個(gè)電磁干擾源，因此必須注意變頻器的正確接地，不然會(huì)干擾或中斷其他電子器件，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，VSD變頻器按照說(shuō)明書上的正確接地顯得尤為重要。

（五）VSD變頻空氣壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)靠皮帶傳動(dòng)，外面沒(méi)有隔音層，噪音相當(dāng)大，自動(dòng)加卸載閥手動(dòng)操作，自動(dòng)化程度不高，容易失靈，造成安全閥頻繁動(dòng)作，負(fù)載或負(fù)荷變化時(shí)不能很快適應(yīng)，空壓機(jī)經(jīng)常跳閘，必須人為地時(shí)刻盯著，給運(yùn)行人員增加許多勞動(dòng)強(qiáng)度，在機(jī)組安全運(yùn)行方面帶來(lái)很大的安全隱患。而VSD變頻器傳動(dòng)空壓機(jī)四周用隔音海棉配置，隔音效果良好，自動(dòng)加卸載通過(guò)傳感器反饋給MKIII電腦調(diào)節(jié)系統(tǒng)，安全可靠。適應(yīng)負(fù)荷變化能力強(qiáng)，啟動(dòng)時(shí)由于通過(guò)變頻器啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，轉(zhuǎn)矩小，所以對(duì)設(shè)備的影響小，磨損程度降低，功率因數(shù)大，無(wú)功功率小，另外由于采用變頻調(diào)速，系統(tǒng)耗能減少，即耗電量減小，所以帶VSD變頻調(diào)速的空氣壓縮機(jī)在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)

VSD變頻調(diào)速的空氣壓縮機(jī)具有傳統(tǒng)壓縮機(jī)所無(wú)法比擬的優(yōu)越性，它啟動(dòng)電流基本等于額定電流，即啟動(dòng)電流小，克服了傳統(tǒng)空壓機(jī)啟動(dòng)電流很大的問(wèn)題，其次其啟動(dòng)扭矩小，對(duì)機(jī)械設(shè)備磨損減少，還有功率因數(shù)高，提高了有功功率的數(shù)值，節(jié)能省電明顯。但是變頻空壓機(jī)也有許多要注意的地方。1、變頻器電子元件注意通風(fēng)，不能中斷過(guò)濾纖維材料，2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用特殊的潤(rùn)滑脂，3、變頻器如果一年不使用，必須對(duì)電容器重新充電，時(shí)間為每年一小時(shí)，4、供電的三相電壓之間誤差必須小于0.5%。

致謝

在論文寫作過(guò)程中，衷心感謝各位老師的精心指導(dǎo)，特別是專業(yè)課老師們的用心教導(dǎo)，使論文得以順利完成，在此再次致以誠(chéng)摯的謝意！

參考文獻(xiàn)：

[1]維修電工技師培訓(xùn)教材 機(jī)械工業(yè)出版社 2001年10月（2017、1重印）

[2]電工與電子基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 2001年4月（2015、2重印）

（作者單位：廣州珠江電力有限公司）