周建軍

(重慶天泰鋁業(yè)有限公司,重慶 401328)

空壓機(jī)變頻器改造技術(shù)分析

周建軍

(重慶天泰鋁業(yè)有限公司,重慶 401328)

當(dāng)前,空壓機(jī)是我國工業(yè)制造行業(yè)的重要源動(dòng)力,空壓機(jī)的能耗問題也引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。然而,由于我國當(dāng)前對(duì)空壓機(jī)變頻器的改造技術(shù)重視不足,導(dǎo)致空壓機(jī)變頻器的節(jié)能性能低。本文從近幾年空壓機(jī)的發(fā)展概況入手,分析空壓機(jī)變頻器改造技術(shù)的重要價(jià)值,為空壓機(jī)變頻器的改造設(shè)計(jì)方案,并對(duì)空壓機(jī)變頻器的改造效果進(jìn)行總結(jié)。

空壓機(jī) 空氣壓縮機(jī) 變頻器 改造

1 前言

當(dāng)前，我國工業(yè)制造業(yè)空壓機(jī)使用普遍存在能源浪費(fèi)的情況根據(jù)二〇〇八年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的工業(yè)制造業(yè)的空壓機(jī)電力消耗方面總共為2140億千瓦時(shí)，這一數(shù)據(jù)大約占到全國用電量的百分之六。而與日本相比，日本工業(yè)制造業(yè)空壓機(jī)電力消耗僅為400億千瓦時(shí)。這一巨大的差距，使得我國不得不思考空壓機(jī)變頻器改革方面的問題。

2 空壓機(jī)變頻器改造技術(shù)的重要價(jià)值

2.1 空壓機(jī)工頻和變頻的對(duì)比

對(duì)空壓機(jī)而言，電機(jī)的功率很大，在啟動(dòng)電機(jī)時(shí)常常通過星—三角啟動(dòng)，在加載和卸載方面都是瞬間完成的。在這種情況下，會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要較大的電流，并且在加載和卸載時(shí)對(duì)設(shè)備的影響較大。另外，大幅度的啟動(dòng)電流不僅會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)電源電壓出現(xiàn)上下波動(dòng)，還會(huì)加速設(shè)備的磨損，減少設(shè)備的工作壽命。

因傳統(tǒng)的空壓機(jī)中的拖動(dòng)電機(jī)無法對(duì)自身進(jìn)行調(diào)速，所以也無法直接通過壓力和流量的變動(dòng)，完成降速與輸出功率的配對(duì)工作。由于空壓機(jī)電機(jī)不能頻繁啟動(dòng)，因此當(dāng)用氣量少時(shí)空壓機(jī)仍然需要保持運(yùn)行狀態(tài)，這樣的空載運(yùn)行消耗了大量的電力能源。

空壓機(jī)變頻器改造在節(jié)約電力能源方面具有顯著功效。因變頻器具有良好的調(diào)速功能，自身運(yùn)行安全可靠，適用于各類空壓機(jī)。對(duì)空壓機(jī)變頻器改造，一方面，可以讓空壓機(jī)電機(jī)達(dá)到輕起輕停的效果，最大程度的減少空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)管網(wǎng)造成的損耗，延長(zhǎng)設(shè)備的工作壽命。另一方面，變頻器可以使空壓機(jī)電機(jī)的運(yùn)行頻率發(fā)生可控性的改變，電機(jī)運(yùn)行頻率能夠根據(jù)空壓機(jī)用氣量多少進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，有效降低空壓機(jī)的加載和卸載頻率，使電機(jī)運(yùn)行功率大幅降低，從而達(dá)到節(jié)約能源的效果。

2.2 空壓機(jī)變頻器改造的意義

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一家普通的工業(yè)制造企業(yè)空壓機(jī)的使用成本中，空壓機(jī)的用電成本占到了全部使用成本的80%，由此可見，普通的空壓機(jī)在節(jié)約能源方面存在著極大的漏洞，為了減少企業(yè)的運(yùn)營成本，對(duì)空壓機(jī)變頻改造已經(jīng)迫在眉睫[1]。

實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)變頻器改造，可以增加空壓機(jī)的供氣量，提升對(duì)電機(jī)壓力控制的準(zhǔn)確度，延長(zhǎng)空壓機(jī)的使用期限。改造后的空壓機(jī)不僅能最大程度的減少空壓機(jī)運(yùn)行的高額開銷，還能減少企業(yè)運(yùn)營成本，對(duì)提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

3 空壓機(jī)變頻器的改造設(shè)計(jì)方案

3.1 變頻調(diào)速裝置

表1 變頻器具體的預(yù)設(shè)參數(shù)

變頻器的運(yùn)行原理是以交流—直流—交流的電源變換，其主要是利用電力電子元件及微型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的。根據(jù)電動(dòng)機(jī)知識(shí)原理可以了解，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率之間的關(guān)系是成正比的：n=60f(1-s)/p。

在上述關(guān)系式中，n表示空壓機(jī)轉(zhuǎn)速，f表示輸入電源的頻率，s表示空壓機(jī)轉(zhuǎn)差率，p表示空壓機(jī)磁極對(duì)數(shù)。由此可見，通過使用變頻器對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行控制，能極大改善空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度[2]。

空壓機(jī)變頻調(diào)速裝置主要的控制對(duì)象是管網(wǎng)壓力。被變頻調(diào)速裝置控制后的管網(wǎng)壓力主要利用安裝在上端的壓力變送器把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并將轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)輸送到變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)裝置，從而與壓力給定值對(duì)比，依照對(duì)比差距值的數(shù)據(jù)按既定的PID控制模式完成運(yùn)算。PID控制模式完成運(yùn)算后，利用生成的控制信號(hào)對(duì)變頻器的輸出電壓及頻率進(jìn)行控制，使實(shí)際運(yùn)行壓力保持在給定壓力值之間，從而達(dá)到調(diào)整空壓機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。

3.2 變頻器的選擇

因?yàn)榭諌簷C(jī)主要通過恒轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)負(fù)載的，所以在變頻器的選擇上，選用通用性變頻器為宜。由于空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不能超過運(yùn)轉(zhuǎn)的額定值，空壓機(jī)電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)過載的情況，而通常變頻器的出廠標(biāo)注額定值時(shí)存在一定范圍內(nèi)的安全值，因此，在變頻器的容量選擇上，只需選擇與空壓機(jī)電機(jī)對(duì)應(yīng)的容量相當(dāng)?shù)淖冾l器。

3.3 變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制

空壓機(jī)對(duì)自身運(yùn)轉(zhuǎn)速度的要求是運(yùn)速不能過低，而在機(jī)械特性方面，空壓機(jī)的要求則不高，因此可以運(yùn)用U/f的方式完成變頻器的運(yùn)行控制[3]。

3.4 壓力變送器的選擇

如果企業(yè)要求的供氣壓力為0.6兆帕斯卡，則在壓力變送器的選擇上，主要選用量程為0-1兆帕斯卡的壓力變送器，可以輸出4-20毫安的模擬信號(hào)。壓力變送器的VS端口和GND端口可以為壓力變送器供應(yīng)10伏直流電，壓力變送器中的壓力反饋信號(hào)通過CC端口進(jìn)入。

此時(shí)，需要對(duì)PID的給定值進(jìn)行計(jì)算，將已知的數(shù)據(jù)套入計(jì)算公式n=60f(1-s)/p，得出供應(yīng)壓力為0.6兆帕斯卡時(shí)壓力變送器的輸出電流為13.6毫安。

將13.6毫安再次套入公式計(jì)算PID的給定值為6伏。

3.5 變頻器的參數(shù)預(yù)設(shè)

本文主要以CF20系列通用變頻器為例?？諌簷C(jī)變頻器改造后，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低，空壓機(jī)內(nèi)部風(fēng)扇的散熱效果也明顯降低，而空壓機(jī)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越低，則意味著空壓機(jī)內(nèi)部潤滑油的能量消耗量也越低[4]。

在滿足工業(yè)制造行業(yè)生產(chǎn)要求下，當(dāng)空壓機(jī)的壓力值降低后，伴隨的點(diǎn)擊耗電也將隨之降低。出于對(duì)空壓機(jī)節(jié)能效果和機(jī)械特性的要求，暫且把供應(yīng)壓力設(shè)置成0.6兆帕斯卡，將運(yùn)行的最高頻率設(shè)置成46赫茲，將變頻器運(yùn)行的最低頻率設(shè)置成27赫茲。在這樣的預(yù)設(shè)下，不僅可以充分滿足空壓機(jī)風(fēng)扇散熱方面以及其對(duì)潤滑油方面的需求，還可以有效減少電力能源的浪費(fèi)。值得注意的是，在空壓機(jī)變頻器改造后，空壓機(jī)電機(jī)的運(yùn)行方向需要與改造前的運(yùn)行方向保持一致。變頻器具體的預(yù)設(shè)參數(shù)如表1所示。

3.6 空壓機(jī)的變頻節(jié)能原理

空壓機(jī)變頻器可以對(duì)空壓機(jī)的壓力進(jìn)行提前預(yù)設(shè)，能夠滿足工業(yè)制造行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的需求，將空壓機(jī)最低壓力當(dāng)作設(shè)定壓力值，變頻器根據(jù)網(wǎng)管的上下波動(dòng)趨勢(shì)控制空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)控制壓氣輸出量，進(jìn)一步達(dá)到穩(wěn)定管網(wǎng)壓力的效果。

4 空壓機(jī)變頻器的改造效果

4.1 減少運(yùn)行時(shí)間,改善工作環(huán)境

在對(duì)空壓機(jī)變頻器進(jìn)行改造后，能夠有效減少空壓機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。并且，空壓機(jī)變頻器改造后可以進(jìn)行重載啟動(dòng)，從根本上防止了排空放氣的現(xiàn)象發(fā)生，達(dá)到降低噪音、改善工作環(huán)境的效果[5]。

4.2 供氣壓力變穩(wěn)定

變頻器改造后的空壓機(jī)主要通過壓力控制，可以在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)運(yùn)行。通過對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)速，可以非常方便快捷的實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，使壓力和流量等保持穩(wěn)定。由于風(fēng)壓的變化幅度值較小，使用風(fēng)負(fù)荷穩(wěn)定，從而供風(fēng)的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率都能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

4.3 彌補(bǔ)了啟動(dòng)方面的不足

空壓機(jī)變頻器在經(jīng)過改造之后，可以有效降低空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)造成的影響，進(jìn)一步避免自禍降壓裝置的啟動(dòng)時(shí)存在的不足。

4.4 高效節(jié)能

空壓機(jī)對(duì)啟動(dòng)力矩的要求較高，通常按照最大的需求量選取空壓機(jī)電機(jī)的功率，因此，空壓機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)的余量會(huì)偏大。在使用變頻器進(jìn)行調(diào)速后，可以在很大程度上提升空壓機(jī)輕載運(yùn)行的效率，進(jìn)一步達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果，使空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的目的。

5 結(jié)語

綜上所述，空壓機(jī)變頻器的改造技術(shù)，不僅能實(shí)現(xiàn)降低空壓機(jī)運(yùn)行成本的效果，還能在一定程度上實(shí)現(xiàn)降低噪音、改善工作環(huán)境的效果，由此可見，空壓機(jī)變頻器改造技術(shù)是十分有必要的。改造后的空壓機(jī)不僅能最大程度的減少空壓機(jī)運(yùn)行的高額開銷，還能減少企業(yè)運(yùn)營成本，對(duì)提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

[1]張鵬.空調(diào)壓縮機(jī)用無刷直流電機(jī)無傳感器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技資訊,2012,5(12):20-21.

[2]劉國平,宋紅滾,劉強(qiáng)飛,胡瑢華.渦旋壓縮機(jī)型線數(shù)控加工分析及其進(jìn)給速度的確定[J].現(xiàn)代制造工程,2012,8(05):65-66.

[3]耿葵花,耿愛農(nóng),李辛沫,陳君立,阮勤江.擺桿約束往復(fù)活塞式無油潤滑空氣壓縮機(jī)的研究[J].中國機(jī)械工程,2012,3(11):87-88.

[4]汪學(xué)森,汪學(xué)慧.警惕剩磁引起空調(diào)壓縮機(jī)工作異常[J].商用汽車,2012,04(09):69-70.

[5]黃卓煥.用PLC與變頻器改造小區(qū)供水系統(tǒng)[J].科技信息,2010,13(19):206-207.