變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

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單、操作簡便，但存在能耗高，進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問題。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，高效低耗的技術(shù)已愈來愈受到人們的關(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)打開進(jìn)氣閥，小型空壓機(jī)則又啟動。傳統(tǒng)的控制方式容易對電網(wǎng)造成沖擊，對空壓機(jī)本身也有一定的損害，當(dāng)用氣量頻繁波動時(shí)，尤其明顯。
正常工作情況下，空氣被壓縮到儲氣罐?？諌簷C(jī)各點(diǎn)的檢測（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)，通過油壓分路閥關(guān)閉進(jìn)氣口，同時(shí)打開內(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，打開空氣進(jìn)口，空氣又由過濾器經(jīng)壓縮到儲氣罐中。在靜態(tài)，原起動方式（Y-△），及加載、卸載時(shí)對電網(wǎng)供配電設(shè)備及鏍桿都會造成極大的沖擊。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，通過實(shí)際應(yīng)用可以直觀的看出在流量變化時(shí)只要對轉(zhuǎn)速（頻率）稍作改變就會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)系可以用下式來表示：CPmax=（1+δ）Pmin 是一個百分?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個部分：
（1）壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量
在壓力達(dá)到Pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升（直到Pmax）。這一過程同樣是一個耗能過程。
（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)通過如下方法來降壓卸載：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。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)
      針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，經(jīng)過上述分析，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣。通過壓力變送器采集實(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)生控制信號送變頻調(diào)速器VVVF，通過變頻器控制電機(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)工作可由變頻器來啟動，實(shí)現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。

5、技術(shù)指標(biāo)和配置

      磁場定向矢量控制，電機(jī)變量完全解耦，電流閉環(huán)。采用美國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/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、無觸點(diǎn)軟啟動開關(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，起動為軟起動，運(yùn)行時(shí)無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。