顧健

摘要：本文匯集了傳統(tǒng)空壓機(jī)變頻器改造中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，通過(guò)空壓機(jī)的變頻改造，做到既能滿足生產(chǎn)工藝的要求，又能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：變頻器；空氣壓縮機(jī)；節(jié)能降耗

空壓機(jī)是很多企業(yè)常用設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)生產(chǎn)中空壓機(jī)的用電量占全部用電設(shè)備的9%，傳統(tǒng)的空壓機(jī)主要采用三相異步電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)方式，工頻恒速運(yùn)行，壓力和流量的調(diào)節(jié)靠閥門和旁通完成。由于工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)必須按工廠負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留10%～20%設(shè)計(jì)余量，空壓機(jī)正常不會(huì)運(yùn)行在滿負(fù)載狀態(tài)下，而是隨著實(shí)際生產(chǎn)的需求波動(dòng)，所以節(jié)能的空間很大。為了使空壓機(jī)能夠提供較穩(wěn)定的壓力及運(yùn)轉(zhuǎn)模式，也為了節(jié)約能源，可以設(shè)計(jì)不同的控制方式。變頻調(diào)速技術(shù)，作為一項(xiàng)節(jié)能手段，在風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的技改中得到廣泛使用，可大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。根據(jù)具體情況，風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率在20%～40%范圍內(nèi)，通常1～2年內(nèi)可收回變頻器及其他安裝等附加費(fèi)用等投資。

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(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)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(wèn)題。變頻器則是改變了傳統(tǒng)空壓機(jī)的工作原理，它采用的是：以軟啟動(dòng)、消除諧波干擾、無(wú)功補(bǔ)償?shù)裙δ芗捌交冾l調(diào)速的特點(diǎn)對(duì)流量壓力進(jìn)行平穩(wěn)的調(diào)節(jié)，用改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)取代閥門調(diào)節(jié)的供氣方式，使其與流量、壓力與其功率相匹配?？諌簷C(jī)系統(tǒng)采用變頻器控制空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到節(jié)能是一種較為科學(xué)的節(jié)能控制方式。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的80%時(shí)，則空壓機(jī)供給管網(wǎng)流量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（80%）平方，電機(jī)消耗功率則降為80%的立方，即節(jié)能為51.2%，扣除電機(jī)機(jī)械損耗和電機(jī)銅損、鐵損等，其節(jié)能效率在40%左右。正因?yàn)樽冾l調(diào)速的這些優(yōu)點(diǎn)，許多生產(chǎn)企業(yè)在空壓機(jī)的技改中首選方案就是加裝變頻器。殊不知，不恰當(dāng)?shù)氖褂米冾l器不僅不能達(dá)到節(jié)能的目的，還有可能造成空壓設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，造成不必要的損失和浪費(fèi)。根據(jù)這幾年的監(jiān)測(cè)情況對(duì)原有空壓機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造應(yīng)注意的問(wèn)題歸納如下：

一、空壓機(jī)的節(jié)能改造必須考慮符合GB/T16665-1996標(biāo)準(zhǔn)要求

無(wú)論是活塞式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)、離心式空壓機(jī)在設(shè)備出廠時(shí)其性能指標(biāo)均能達(dá)到GB/T16665-1996的指標(biāo)要求，使用者在使用過(guò)程中只要嚴(yán)格按照使用說(shuō)明正常維護(hù)其設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)均完全能符合GB/T16665-1966的指標(biāo)要求。但如果不針對(duì)不同機(jī)型，盲木套用，一裝了事，滿頻（50Hz）或低頻（20Hz及以下），其運(yùn)行指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離GB/T16665-1996指標(biāo)要求，造成節(jié)能監(jiān)測(cè)不合格。不僅達(dá)不到節(jié)能的目的，而且嚴(yán)重危及生產(chǎn)和設(shè)備安全，甚至造成空壓設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。

二、變頻器的選用

由于空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)，很容易引起變頻器出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。因此，應(yīng)選用無(wú)速度傳感器矢量變頻器，既能保證機(jī)組工作的連續(xù)性，又能保證設(shè)備穩(wěn)定可靠的運(yùn)行；一般往復(fù)式壓縮機(jī)在工作中，壓縮機(jī)利用曲軸將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩隨著曲軸的角度而改變，在這種情況下，電動(dòng)機(jī)的電流隨負(fù)載的變化而產(chǎn)生較大的波動(dòng)。所以，目前對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)存在的這些問(wèn)題限制了變頻技術(shù)在壓縮機(jī)的推廣應(yīng)用，其中最嚴(yán)重的是低速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動(dòng)及由此帶來(lái)的低頻噪聲和震動(dòng)等問(wèn)題。不推薦用變轉(zhuǎn)矩的變頻。同時(shí)功率選用比空壓機(jī)功率大一等級(jí)的變頻器，以免空壓機(jī)啟動(dòng)出現(xiàn)頻繁跳閘的情況，也便于日后的系統(tǒng)工況擴(kuò)展。為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減少因高次諧波引起的電磁干擾，選用輸出交流電抗器，還可以減少電機(jī)運(yùn)行的噪音，提高電機(jī)的穩(wěn)定性；為了防止非正弦波干擾空壓機(jī)控制器，變頻器輸入端應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施?？刂凭€信號(hào)線采用屏蔽纜線，布線時(shí)要和動(dòng)力電路分開(kāi)，防止干擾引入電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)保持儲(chǔ)氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動(dòng)范圍不能超過(guò)±0.02Mpa。

三、空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間在低頻下運(yùn)行

由于轉(zhuǎn)速過(guò)低，其工作穩(wěn)定性差，壓縮機(jī)的缸體的潤(rùn)滑變差，會(huì)加重機(jī)械磨損，效率下降。一般情況下不低于20Hz為佳；如活塞式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)，轉(zhuǎn)速太慢時(shí)，不但會(huì)影響工作效率，也會(huì)因電機(jī)轉(zhuǎn)速太慢造成油壓過(guò)低而油壓報(bào)警及跳閘停機(jī)，為使其不會(huì)由于油壓低報(bào)警，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速較低，大部分的原有空壓機(jī)電機(jī)為普通電動(dòng)機(jī)是設(shè)計(jì)成為電網(wǎng)直接運(yùn)行的，而電網(wǎng)電壓波形基本為正弦波，如果變頻器輸出波形質(zhì)量不好的話，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不良影響。因此變頻器參數(shù)中“最低輸出頻率”值的設(shè)置十分重要，設(shè)置過(guò)低會(huì)影響其正常工作，設(shè)置過(guò)高又影響節(jié)電效果，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的情況來(lái)看“最低輸出頻率”設(shè)置在30Hz較為適宜。在實(shí)際技改過(guò)程中，相對(duì)于傳統(tǒng)的空壓機(jī)而言，購(gòu)買先進(jìn)的變頻速度控制的新型空壓機(jī)產(chǎn)品在購(gòu)買成本上付出的多余部分將在使用一到兩年后從電能節(jié)省中獲得相應(yīng)回報(bào)。

有資料顯示，在滿載情況下，安裝變頻器的空壓機(jī)耗電將超過(guò)4%（為變頻器本身的損耗），當(dāng)空壓機(jī)長(zhǎng)期工作在滿載情況下時(shí)沒(méi)必要安裝變頻器。在空壓機(jī)多機(jī)應(yīng)用中，傳統(tǒng)的控制壓力或出氣量的方法是將多臺(tái)空壓機(jī)全部運(yùn)行，并通過(guò)加載和卸載來(lái)調(diào)節(jié)，最終達(dá)到壓力或出氣量的控制要求。顯然，所有的空壓機(jī)都是在全速運(yùn)行，耗電嚴(yán)重且控制頻繁，尤其是在加一臺(tái)太多但減一臺(tái)又太少的情況下。因此，對(duì)于多機(jī)進(jìn)行變頻控制是非常理想的。如果空氣壓力要求高或出氣量不高，只需要一臺(tái)空壓機(jī)工作即可，這時(shí)變頻空壓機(jī)便通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到要求；當(dāng)變頻空壓機(jī)電機(jī)的頻率達(dá)到50Hz其出氣量仍無(wú)法滿足要求時(shí)，便要求加入1臺(tái)常規(guī)（即工頻供電）空壓機(jī)進(jìn)行運(yùn)行，變頻空壓機(jī)則通過(guò)速度調(diào)節(jié)來(lái)滿足要求；當(dāng)變頻空壓機(jī)電機(jī)的頻率再次達(dá)到50Hz仍無(wú)法滿足要求時(shí)，則需要加入2臺(tái)常規(guī)空壓機(jī)來(lái)進(jìn)行運(yùn)行，變頻空壓機(jī)則通過(guò)速度調(diào)節(jié)來(lái)滿足出氣量或壓力要求。反之，當(dāng)壓力或出氣量太富余時(shí)，則要求減去相應(yīng)的常規(guī)空壓機(jī)。

在空壓機(jī)的變頻改造過(guò)程中還會(huì)遇到如電機(jī)過(guò)熱、諧波治理等其他問(wèn)題，但變頻調(diào)速技術(shù)作為一項(xiàng)節(jié)能手段在空壓機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用無(wú)疑是一個(gè)很好的方法，可大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)設(shè)備的故障率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。