變頻器在空壓機節(jié)能改造的應用

一、空壓機工作原理 
空氣壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內(nèi)進行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設備。在工業(yè)生產(chǎn)中有著及其廣泛的應用，在各種行業(yè)中它擔負著為工廠中所有氣動元件，各種氣動閥門提供氣源的職責。因此，空壓機運行狀況的好壞直接影響工廠的生產(chǎn)工藝?？諌簷C的的種類很多（主要分為螺桿式，活塞式，其中螺桿式應用最廣），但其供氣的控制方式都是采用加、卸載的方式。

◎活塞式空壓機工作原理
活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動曲軸，帶動連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機氣缸內(nèi)作往復運動，完成吸入、壓縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲壓罐內(nèi)。其中，活塞組件，活塞與汽缸內(nèi)壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動下，在汽缸內(nèi)作往復運動以實現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體的壓縮。       

◎螺桿式空壓機工作原理
螺桿式空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現(xiàn)螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉(zhuǎn)子的槽和陽轉(zhuǎn)子的齒被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
 

 
二、空壓機節(jié)能改造的必然性
由于空壓機不排除在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以，選型時只能按最大需求來確定電機容量，造成空壓機系統(tǒng)余量一般偏大。傳統(tǒng)空壓機都采用星三角降壓啟動，但工頻啟動時電流仍然能達到額定電流的2~3倍，沖擊大，會影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性。且大多數(shù)空壓機是連續(xù)運行，由于一般空壓機的電機本身不能根據(jù)壓力需求的變動來實現(xiàn)降速，使電機輸出功率與現(xiàn)場實際壓力需求量相匹配，導致在用氣量少的時候仍然要空載運行，造成巨大的電能浪費。據(jù)統(tǒng)計，空壓機占大型工業(yè)設備(風機、水泵、鍋爐等)幾乎所有的耗電量的15%?？諌簷C的節(jié)能改造勢在必行 。                                                      

另外，空壓機還存在以下幾個問題：
1、氣壓超過上限壓力時空壓機卸載及卸載后電機空轉(zhuǎn)浪費大量的電能。
2、頻繁加卸載造成對電網(wǎng)的沖擊，同時也造成機械的磨損加大，縮短機械壽命。
3、氣量無法保持恒壓。當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免產(chǎn)生波動，使用氣精度達不到工藝要求，影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)。
綜上所述：若能采用變頻調(diào)速技術，當流量需要量減少時，就可以降低電動機的轉(zhuǎn)速，從而較大幅度減小電動機的運行功率，實現(xiàn)節(jié)能的目的。

三、變頻恒壓控制系統(tǒng)
1、系統(tǒng)特點
變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象。壓力值由變頻器面板給定，可根據(jù)用氣設備的實際需要，在空壓機的最高允許工作壓力內(nèi)自由設定。裝在儲氣罐出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>4~20mA電流信號送給變頻器內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進行比較，并根據(jù)差值的大小控制變頻器的輸出頻率，調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。S350內(nèi)置PID具有穩(wěn)定性高、調(diào)試簡單的特點。
 

 
2、節(jié)能效果
采用該系統(tǒng)改造后，壓縮機組的供氣量與系統(tǒng)所需量動態(tài)匹配，壓縮機電機轉(zhuǎn)速會隨著系統(tǒng)用氣量的不同而進行調(diào)節(jié)，避免了電機空轉(zhuǎn)以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗，電機的輸入功率大大降低，節(jié)電效果顯著。對于對空氣機來說，供氣量Q 與轉(zhuǎn)速N 成正比，氣壓F與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，用氣的空壓機系統(tǒng)，隨用氣量的變化，電動機運行頻率在25-50Hz 之間動態(tài)調(diào)節(jié)，除去電機及其它損耗，系統(tǒng)的節(jié)電率可達18%～35%。

3、綜合效益

①運行成本降低：空壓機的運行成本由三項組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的70%。通過降低能源成本30%，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。

②提高壓力控制精度：變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。通過使空壓機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配，可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力保持恒定，有效地提高了供氣的質(zhì)量。

③延長壓縮機的使用壽命：變頻器有軟啟動功能，可減少起動時對壓縮機和機械部件所造成的沖擊，增強系統(tǒng)可靠性，延長壓縮機使用壽命。同時減少空壓機啟動對電網(wǎng)的沖擊。

四、變頻系統(tǒng)設計中注意事項

1、空壓機是大轉(zhuǎn)動慣量負載，很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現(xiàn)過電流，因此應選用大啟動轉(zhuǎn)矩、過載能力強的矢量變頻器。 

2、空壓機不允許長時間低頻運行，若空壓機轉(zhuǎn)速過低，一方面會使空壓機的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤滑條件變差、磨損加大，進而導致噴油現(xiàn)像。所以，空壓機工作的下限頻率應不低于20HZ，且減速時間應盡量短。S350電壓波動范圍±15%、耐壓高、減速時間短，可避免因減速時間過長而產(chǎn)生的噴油現(xiàn)象。

3、在滿足生產(chǎn)工藝的要求下，壓力設定越低越好。因為空壓機的壓力越高，所需電動機軸功率就越大，耗電量就越多。

4、出氣口釋放閥全部關閉，取消用出氣口釋放閥調(diào)節(jié)供氣量的方式，以避免由此導致的電能浪費。