滕勇

摘要：變頻式空壓機以其運行穩(wěn)定、節(jié)能高效的優(yōu)勢廣泛的使用在電氣工程中，冶金行業(yè)作為高能耗的行業(yè)，投資成本高，空壓機功率大。因此，本文從空壓機變頻技術(shù)原理進行分析，并對空壓機的耗能進行了解析。

關(guān)鍵詞：空壓機;變頻技術(shù);分析

引言

由于變頻螺桿空壓機利用了變頻器的無級調(diào)速特點，通過控制器或變頻器內(nèi)部的PID 調(diào)節(jié)器，能對壓力實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)控制;比工頻運行的上下限開關(guān)控制相比，氣壓穩(wěn)定性成指數(shù)級的提高，更節(jié)能。盡管螺桿空壓機采取了不同的節(jié)能運行模式，但由于變頻器是根據(jù)實際用氣量實時調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速的，用氣量低的時候還可以讓空壓機自動休眠，這樣就大大減少了能源的損失。需要注意的是，系統(tǒng)控制方式的不同對節(jié)能效果有很大影響。起動無沖擊，由于變頻器本身是一個軟起動裝置，起動電流最大在額定電流的兩倍左右，與工頻起動一般在額定電流的6倍以上相比，起動沖擊很小。這種沖擊不僅是對電網(wǎng)的，也有對整個機械系統(tǒng)電氣保護系統(tǒng)的沖擊，也大大減少。噪聲低，由于穩(wěn)定運行時運行頻率小于工頻，機械噪聲下降，機械磨損小。對儲氣罐容量要求小。

1.技術(shù)原理分析

1.1空壓機使用簡介

空壓機主要有螺桿式和往復(fù)活塞式兩種。由于結(jié)構(gòu)原理的原因，大部分空壓機都存在明顯的技術(shù)弱點。當輸出壓力大于一定值時，自動打開泄載閥，使異步電動機空轉(zhuǎn)，嚴重浪費能源;異步電動機頻繁的啟動、停止，影響電機的使用壽命，壓機工頻啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊大，電機軸承磨損大;自動化程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)靠人工調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)速度慢，不穩(wěn)定，精度低。

1.1.1變頻螺桿空壓機的控制原理

變頻器控制空壓機系統(tǒng)流程圖如圖所示，變頻式空壓機是根據(jù)用氣量的大小自動改變主機轉(zhuǎn)速，及時反映系統(tǒng)壓力的變化，并保持穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力;當系統(tǒng)消耗氣量降低時;此時壓縮機提供的壓縮空氣量會大于系統(tǒng)消耗量，變頻式壓縮機會降低轉(zhuǎn)速，同時輸出壓縮空氣量，來保持穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力值。若當系統(tǒng)消耗氣量增加時，此時壓縮機提供的壓縮空氣量會小于系統(tǒng)消耗量，變頻式壓縮機轉(zhuǎn)速會相對增加，同時輸出壓縮空氣量來保持穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力值。 此種運轉(zhuǎn)方式，可讓變頻式壓縮機直接且快速反映系統(tǒng)壓力變化，并且提供系統(tǒng)消耗所需的風量變化，經(jīng)由此種運轉(zhuǎn)模式，變頻式壓縮機可在輸出風量與能源消耗之間維持最佳的運轉(zhuǎn)效率。可以把管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器 YB 將儲氣罐的壓力 p 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o PID 智能調(diào)節(jié)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 控制模式進行運算，產(chǎn)生控制信號送變頻調(diào)速器，通過變頻器控制電動機的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力p始終接近設(shè)定壓力p0。另外，空壓機電動機從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來起動，實現(xiàn)了軟起動，避免了起動沖擊電流和起動給空壓機帶來的機械沖擊。

圖：變頻式控制空壓機系統(tǒng)流程圖

1.2變頻器及其智能控制單元原理

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的?？諌簷C的基本運行方式是加載、減載。減載時電機空轉(zhuǎn)，能源白白的浪費，如果利用變頻器通過改變電機頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，進而控制空壓機單位時間的出風量，從而達到控制管路壓力的目的，具有明顯的節(jié)能效果。空壓機變頻節(jié)能系統(tǒng)原理如下：通過壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較，得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計算出變頻器作用于異步電動機的頻率值。由變頻器輸出的相應(yīng)頻率和幅值的交流電，在電動機上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機輸出對應(yīng)的壓縮空氣至儲氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。

2.空壓機能耗分析

加、卸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，pmax、pmin之間關(guān)系可以用下式來表示

pmax=（1+δ）pmin

（ 1）

δ是一個百分數(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的工作壓力上，即pmin附近。

由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機，所浪費的能量主要在兩個部分。

（1）壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量在壓力達到pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升（直到pmax）。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另一個能耗方面，高于pmin的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近pmin，這一過程同樣是耗能過程。

（2）卸載時調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量通常情況下，當壓力達到 pmax時，空壓機通過如下方法來降壓卸載：關(guān)閉進氣閥使電動機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時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。關(guān)閉進氣閥使電動機空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體做功，但空壓機在空轉(zhuǎn)中還是要帶動螺桿做回轉(zhuǎn)運動，換言之，該空壓機10% 的時間處于空載狀態(tài)，在做無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下。電動機存在很大的節(jié)能空間。

3.結(jié)語

通過本文分析，冶金行業(yè)能耗大、投資成本高、空壓機功率高，提高空壓機變頻技術(shù)的利用和技術(shù)完善，可以提升電氣設(shè)備的運行效率，同時環(huán)保節(jié)能，提高對變頻式空壓機的控制，可以延長電氣的使用壽命，減少維修率，工作精確，提高冶金行業(yè)的生產(chǎn)力，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]張還.空壓機組電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].自動化儀表，2010（04）

[2]劉溫波.空壓機在線分析系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用，2010（05）