變頻技術(shù)在空壓機上的應用

1 空壓機工作原理與變頻節能實(shí)施可行性

首先來(lái)了解一下空壓機的基本工作原理?？諌簷C結構復雜，運轉時(shí)間長(cháng)，配備的功率大。以活塞式空壓機為例，在空壓機工作過(guò)程中，活塞在氣缸內作往復運動(dòng)，周期性地改變缸內的容積，從而使氣缸內氣體容積發(fā)生變化，并與氣缸內氣閥相應的開(kāi)啟和閉合動(dòng)作相配合，通過(guò)吸氣、壓縮、排氣等動(dòng)作，將自然氣體或較低壓力的氣體(一級缸氣體)升壓，最終輸出到儲氣罐內。為了滿(mǎn)足設備的用氣需求，儲氣罐內氣體必須保持一定的壓力，以作緩沖作用，加上設備自身的原因，空氣壓力變化幅度必然很大，通常采用切斷進(jìn)氣的調節方式來(lái)改變排氣量。理想狀態(tài)是供氣壓力剛好滿(mǎn)足需求，保持壓力不變，實(shí)際上是辦不到的，通常是空壓機排氣量大于實(shí)際用氣量，空壓機保持恒速運轉，此時(shí)儲氣罐內氣體越積越多，直到壓力上升到設定的最高壓力。通常采取以下兩種方法解決高壓?jiǎn)?wèn)題：一是使空壓機卸荷運行，保持運轉但不產(chǎn)生氣體，此時(shí)空壓機消耗的功率一般在額定功率的50%左右，全是無(wú)用功;二是停止空壓機的運行，這樣看起來(lái)是節約了電能消耗，但是空氣儲存的容積有限，當氣壓低于下限壓力值時(shí)，空壓機再次以額定轉速給儲氣罐加壓，直到壓力達到上限壓力而停止運行，如此循環(huán)，如圖1所示。這樣頻繁的啟動(dòng)和停止，不僅對電網(wǎng)和設備的沖擊都很大，而且也縮短了空壓機的壽命。實(shí)際上，空壓機驅動(dòng)時(shí)軸功率與排氣壓力和其自身的轉速呈正比關(guān)系，也就是說(shuō)在實(shí)際的運行中，由于設備用氣隨時(shí)在發(fā)生變化，致使空壓機不能保持在額定的工況下運行，而其排氣壓力的高低則直接影響實(shí)際的軸功率的大小。

針對空壓機的運行情況，設計出空壓機專(zhuān)用變頻節能控制器，可以十分方便地進(jìn)行連續調節，保持壓力、流量等參數的穩定(如圖2所示)。當流量需要量減少時(shí)，就可降低電動(dòng)機的轉速，從而較大幅度地減小了電動(dòng)機的運行功率，實(shí)現了節能的目的。

在空壓機的整個(gè)運行過(guò)程中，如空載運行所占的時(shí)間比例啄(占空比)=t2/(t1+t2)=t2/T(見(jiàn)圖3)越大，則電能浪費越嚴重，空壓機效率越低，反之電能浪費越小，空壓機效率越高。圖3中，p0為空載運行壓力，p0 =0(關(guān)斷/停止)要下次起動(dòng)有損耗，適用周期長(cháng)次數多的運行情況。采用變頻調速技術(shù)能很好地解決空壓機空載能源浪費問(wèn)題，根據空壓機實(shí)際運行情況及經(jīng)驗總結，采用變頻調速后的節電效果如圖4所示，由占空比 查圖4，要考慮油路選單獨泵飛濺方式閥。

2 變頻節能解決方案

由于異步電機的轉速

顯然轉速n與f成正比，只要改變f，即可改變電動(dòng)機的轉速。當頻率f在0~50 Hz的范圍內變化，電動(dòng)機轉速調節范圍就非常的寬。變頻調速就是通過(guò)改變電動(dòng)機電源頻率來(lái)實(shí)現調速的。我們的實(shí)施方案是通過(guò)對空壓機出口的壓力取樣，經(jīng)過(guò)閉環(huán)自動(dòng)調節控制技術(shù)實(shí)現對系統的有效控制。即由裝在空壓機出口的壓力傳感器檢測到空氣壓力信號值，再經(jīng)過(guò)模擬數字信號的轉換，通過(guò)PID調節器的功能，在確保工作所需壓力(根據各設備用氣壓力的實(shí)際情況)的情況下，保證電動(dòng)機的最小功率輸出，在精確控制壓力的同時(shí)，實(shí)現電動(dòng)機的軟啟動(dòng)，而不會(huì )產(chǎn)生沖擊電流(一般直接起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍)，使空壓機的使用壽命和檢修周期都得到延長(cháng)。

此外還提高了功率因數，改善了供配電系統的電力品質(zhì)，降低了用電容量的要求，對電力缺相、欠電壓、過(guò)電流及過(guò)載、過(guò)熱等故障具有保護作用。相應帶來(lái)的好處還有：由于供氣壓力的穩定，通過(guò)壓力調節器，可使空壓機保持在設定的壓力值下工作，壓力穩定可靠性高，且可無(wú)級設定，隨時(shí)可調?？諌簷C的排氣量由空壓機的轉速來(lái)控制，氣缸內閥片不再反復地開(kāi)啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件也大大地得到改善，有效地避免了高溫和高壓氣體急劇的流動(dòng)和沖擊，減少了維修的工作量。在系統設計過(guò)程中，還考慮了變頻和工頻的自由切換功能，一旦變頻控制系統發(fā)生故障，立即可以切換到工頻狀態(tài)下工作，確保供氣的可靠性。系統控制框圖如圖5所示。

3 結語(yǔ)

實(shí)踐證明變頻調速技術(shù)在空壓機上的應用是成功的，其節電率由兩部分組成。

但要檢驗一下轉速降過(guò)大時(shí)是否存在出口壓力波動(dòng)過(guò)大影響正常使用，以及是否造成對潤滑油的供應不足(指飛濺供油，對單獨供油泵時(shí)不存在此問(wèn)題)。