巫亮云

（廣西華磊新材料有限公司動(dòng)力廠，廣西 平果 531499）

在我國冶金行業(yè)發(fā)展過程中普遍會(huì)出現(xiàn)空壓機(jī)的功率過大、耗電量過高以及所需要投資的成本較多的問題。這是因?yàn)榭諌簷C(jī)通常是將三相異步電動(dòng)機(jī)作為起步的動(dòng)力，或者利用Y－△這項(xiàng)技術(shù)在啟動(dòng)機(jī)器時(shí)對(duì)其進(jìn)行降壓處理。如果在使用時(shí)直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力可能會(huì)造成電流波動(dòng)過大，從而無法很好的維持機(jī)械沖擊與電氣保護(hù)，同時(shí)在運(yùn)行中壓力還會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。而采取變頻控制技術(shù)則能很好的避免這些問題。這項(xiàng)技術(shù)具有一定的優(yōu)越性，在運(yùn)行過程中可以保持機(jī)器處于穩(wěn)定的狀態(tài)，使得控制的精度隨之提高，并且對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)也更加全面和可靠。綜合考慮，使用變頻控制技術(shù)對(duì)控制的過程和結(jié)果都是百利而無一害的。

1 空壓機(jī)工作原理

在使用空壓機(jī)時(shí)需要采取科學(xué)有效的控制措施來保持其平穩(wěn)運(yùn)行，而目前最常使用的是裝置是壓力檢測裝置，其主要原理是當(dāng)缸內(nèi)的壓力超過正常的范圍的時(shí)候，就會(huì)啟動(dòng)該裝置致使空壓機(jī)停止運(yùn)行的狀態(tài)或者阻止空壓機(jī)自行開始工作，以此來保證空壓機(jī)可以處在正常的壓力范圍內(nèi)運(yùn)行。一般情況下，在使用空壓機(jī)時(shí)都會(huì)在內(nèi)部放置大量的檢測控制裝置以維持機(jī)器內(nèi)部平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，而最常見的使用措施就是對(duì)其進(jìn)行啟?？刂啤Ｈ粝牒芎玫乇Ｕ峡諌簷C(jī)維持平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)，則需要對(duì)其每個(gè)部分和各個(gè)要點(diǎn)的工作情況進(jìn)行大致了解，從而選擇最恰當(dāng)?shù)姆绞?。而要想控制好整機(jī)電氣，電路板的集成作用是不可忽視的。在出口處設(shè)置壓力限定范圍，一旦壓力超出該范圍后就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)氣口，隨后進(jìn)一步打開內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)保持內(nèi)部穩(wěn)定，這樣就能使其維持在一個(gè)恰當(dāng)又合適的狀態(tài)中。

壓力通常在輸送氣體時(shí)發(fā)揮極為重要的作用，可以說是輸送氣體的主力軍。如果想要利用好壓力對(duì)氣體產(chǎn)生的推動(dòng)作用，就要將壓力值控制在人為可控的適當(dāng)范圍內(nèi)。在使用空壓機(jī)時(shí)，使用者需要了解其內(nèi)部處于何種狀態(tài)以及壓力所處的大致范圍。正常情況下，使用空壓機(jī)時(shí)通常會(huì)因?yàn)闄C(jī)器重復(fù)進(jìn)行某項(xiàng)工作而導(dǎo)致內(nèi)部壓力呈折線上升趨勢增加，這時(shí)就能夠通過觀察折線上升和下降的狀態(tài)了解空壓機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的狀態(tài):折線上升則代表空壓機(jī)已經(jīng)開始自動(dòng)工作，下降則代表空壓機(jī)已經(jīng)停止運(yùn)行。

2 變頻技術(shù)的使用特點(diǎn)

2.1 變頻技術(shù)的論述

變頻技術(shù)的合理運(yùn)用可以有效控制設(shè)施的頻率，所以在使用該項(xiàng)技術(shù)的過程中需要充分了解變頻器的運(yùn)用原理（此時(shí)可以參照直流電源和交流電源轉(zhuǎn)換兩個(gè)理論）。與此同時(shí)，變頻技術(shù)還容納了電子控制法和微計(jì)算機(jī)控制法來對(duì)設(shè)備輸出的功率進(jìn)行合理控制。在使用時(shí)可以將變頻器與接口部分相連，通過轉(zhuǎn)換變化頻率對(duì)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)地控制，這樣能夠?qū)δ茉雌鸬胶芎玫墓?jié)約作用。

2.2 變頻技術(shù)存在的優(yōu)勢

（1）沖擊性較小。在對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行變頻處理之后，可以有效緩解空壓機(jī)內(nèi)部機(jī)械沖擊的強(qiáng)大力量。

（2）節(jié)能效果良好。為了確?？諌簷C(jī)的轉(zhuǎn)速處在適當(dāng)范圍內(nèi)，以及合理地控制排量和電源的頻率狀態(tài)，工作人員需要借助變頻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行操作處理，這能夠有效降低系統(tǒng)所受到的過大壓力。同時(shí)當(dāng)空壓機(jī)持續(xù)保持在低壓力的運(yùn)行狀態(tài)下，這項(xiàng)技術(shù)的使用也能夠降低資源的使用量，從而達(dá)到節(jié)約資源的作用。

（3）壓力調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性較高。舊式空壓機(jī)的變化頻率波動(dòng)幅度較大，很難確定在一個(gè)固定的范圍之內(nèi)，所以會(huì)給工作人員造成極大的工作負(fù)擔(dān)。他們必須對(duì)壓力進(jìn)行有效的、合理的控制，以此來確保其在可控范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這種做法能夠有效節(jié)約資源的使用，在避免浪費(fèi)的同時(shí)維護(hù)空壓機(jī)平穩(wěn)的運(yùn)行。

（4）較少噪音。值得注意的是，變頻技術(shù)還能夠調(diào)控電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的速度，如果速度過快在使用過程中會(huì)出現(xiàn)噪音，嚴(yán)重者還會(huì)造成噪音污染。為了解決這一問題，可以將智能監(jiān)控系統(tǒng)融入變頻技術(shù)之中，利用變頻的控制器將速度保持在正常范圍內(nèi)，并且同時(shí)加強(qiáng)對(duì)空壓機(jī)出風(fēng)量的控制。具體操作如下圖1。

圖1 變頻技術(shù)操作示意圖

上圖1中各項(xiàng)操作可以說一目了然，總的來說，就是需要先設(shè)定一個(gè)合理的壓力，再利用PID對(duì)設(shè)備輸出的功率，而在進(jìn)行調(diào)節(jié)操作之前，還需要計(jì)算出頻率的相關(guān)數(shù)值。只有按照步驟進(jìn)行如上操作，才能夠保障電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到正常的范圍。在將預(yù)期管理壓力控制到合理范圍之后，還需要對(duì)空壓機(jī)的壓力進(jìn)一步進(jìn)行控制。這是由于在使用空壓機(jī)的管路時(shí)，管路內(nèi)部的壓力會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，隨之帶動(dòng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，所以要先控制好轉(zhuǎn)速使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，自然而然地將壓力控制在穩(wěn)定的范圍狀態(tài)內(nèi)。舊式空壓機(jī)的內(nèi)部仍不完善，為了保證其平穩(wěn)運(yùn)行則需要增加實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)檢測內(nèi)部情況。

與眾多機(jī)器一樣，空壓機(jī)也包含眾多參數(shù)信息。工作人員要想掌握這些參數(shù)，則需要借助實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了解。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以通過觀察機(jī)體溫度，了解其是否在運(yùn)行過程中存在故障，其中最為常見的方法是冷卻水出口的水溫測定法。這種方法的主要檢測方式是通過監(jiān)測冷卻水的水溫來確保水泵保持正常運(yùn)行的狀態(tài)。潤滑油監(jiān)測法則是另一種方法，而正確地利用這一方法進(jìn)行檢測可以了解到潤滑油的供給量是否充足，避免因?yàn)闈櫥瓦^少而阻礙機(jī)體運(yùn)行。

3 螺桿空壓機(jī)供氣控制方式簡介

螺桿式空壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)間長，故而所需配備的電動(dòng)機(jī)功率也極大，同時(shí)其設(shè)計(jì)也顯得沉重冗雜。在運(yùn)行時(shí)，螺桿式空壓縮機(jī)的氣量會(huì)出現(xiàn)變化。下圖將以英格索蘭ML250螺桿空壓機(jī)的電控圖（見圖2）為例闡述空壓機(jī)供氣控制的原理。

圖2 原空壓機(jī)電控原理圖

現(xiàn)如今，最為常見的空壓機(jī)啟動(dòng)方法有（Y－△）起動(dòng)方式和三相異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)兩種方式。而對(duì)空壓機(jī)各點(diǎn)的檢測則包含壓縮空氣的溫度、壓力，冷卻水壓力、油壓、油溫等等方面，具體有觸摸屏智能控制器集中控制、兩點(diǎn)式控制（加、卸載控制）或起停式控制三種方式。

在啟動(dòng)智能控制器之后，KM1、KM3線圈就會(huì)受電進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)也會(huì)呈y形起伏，大約在十秒后KM3會(huì)失去電力的支持，KM2又接續(xù)開始受電運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)由星型轉(zhuǎn)向三角形進(jìn)行波動(dòng)。隨后斷油電磁閥受電流影響呈打開狀，順勢將潤滑油噴入壓縮機(jī)室，此時(shí)的壓縮機(jī)呈空載狀況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

如果管網(wǎng)壓力低于最小值，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制進(jìn)氣閥會(huì)逐漸打開，使空壓機(jī)由空載運(yùn)行轉(zhuǎn)向滿載運(yùn)行。當(dāng)壓力值高于最大值時(shí)，此時(shí)氣缸內(nèi)的壓力已經(jīng)超過設(shè)定值的上限，空壓機(jī)會(huì)受其影響關(guān)閉進(jìn)氣閥并同步打開內(nèi)循環(huán)的管路，保持自循環(huán)卸載運(yùn)行甚至直接停止運(yùn)行。有實(shí)踐結(jié)果表明，如果頻繁進(jìn)行加載和卸載運(yùn)動(dòng)或者頻繁啟動(dòng)的話，對(duì)電網(wǎng)和供配電器保護(hù)設(shè)備造成的損害不可估量，更有甚者會(huì)直接導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。一般來說，空壓機(jī)空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，電力負(fù)荷保持在滿負(fù)荷的30%～60%，如果重新啟動(dòng)則會(huì)增大空壓機(jī)內(nèi)部的電流，此時(shí)的電流大概會(huì)超過額定電流的5到7倍。

4 空壓機(jī)能耗分析

空壓機(jī)在使用加載和卸載控制方式時(shí)，會(huì)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，保持其壓力在pmin～pmax之間，pmin意味著壓力值最低峰值，此時(shí)能保證用戶進(jìn)行正常的工作;pmax則相反，意味著最高峰值。而兩者之間的關(guān)系可以用如下公式進(jìn)行表示:

δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。

變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用可以幫助供氣量持續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就能保障管網(wǎng)壓力保持在供氣的工作壓力之上（即pmin附近）。

根據(jù)筆者的調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，空壓機(jī)在進(jìn)行加、卸載供氣控制的時(shí)候，通常會(huì)在兩個(gè)方面損耗能源，結(jié)果如下:

（1）壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量。在原控制方式的作用下，壓力即使達(dá)到達(dá)到pmin后，壓力值也會(huì)繼續(xù)上升直至pmax。在上升的過程中產(chǎn)生的大量熱量會(huì)向外界釋放，這不利于節(jié)約能源目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。除此之外，高于pmin的氣體只有經(jīng)過減壓閥減壓才能真正完整的進(jìn)入氣動(dòng)元件中，在這一過程也極容易造成能源的損耗。

（2）卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量。一般來說，為了防止壓力達(dá)到pmax，空壓機(jī)通常采取以下方法進(jìn)行降壓:首先需要關(guān)閉進(jìn)氣閥，確保電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行保持空轉(zhuǎn);然后將罐中壓縮出來的多余空氣從放空閥中卸出。但這一方法有利也有弊，其弊處在于會(huì)造成資源和能源的過度浪費(fèi)。這是因?yàn)榧词箤⑦M(jìn)氣閥關(guān)閉，保持電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)也無法長期確?？諌簷C(jī)處于空載狀態(tài)。準(zhǔn)確來說，關(guān)閉進(jìn)氣閥后的空壓機(jī)仍會(huì)作出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，甚至占據(jù)了90%的時(shí)間。這往往白費(fèi)努力，進(jìn)而造成大量的能源浪費(fèi)。而在卸載供氣控制裝置的輔助下，空壓機(jī)的能源能夠得到有效的利用，減少浪費(fèi)的產(chǎn)生。

5 變頻螺桿空壓機(jī)的控制原理

變頻控制空壓機(jī)系統(tǒng)流程圖如圖3所示，變頻控制空壓機(jī)根據(jù)用氣量自動(dòng)改變主機(jī)轉(zhuǎn)速，及時(shí)反映系統(tǒng)壓力的變化，保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定；當(dāng)系統(tǒng)耗氣量降低時(shí)，壓縮機(jī)提供的壓縮空氣量將大于系統(tǒng)的消耗量。變頻壓縮機(jī)將降低轉(zhuǎn)速并輸出壓縮空氣量，以保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。如果系統(tǒng)耗氣量增加，壓縮機(jī)提供的壓縮空氣量將小于系統(tǒng)耗氣量，變頻壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速將相對(duì)增加，壓縮空氣量將輸出以保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。這種運(yùn)行方式使變頻壓縮機(jī)能夠直接、快速地反映系統(tǒng)的壓力變化，并提供系統(tǒng)消耗所需的風(fēng)量變化。通過這種運(yùn)行方式，變頻壓縮機(jī)可以在輸出風(fēng)量和能耗之間保持最佳的運(yùn)行效率。管網(wǎng)壓力可以作為控制對(duì)象。壓力變送器YB將儲(chǔ)氣罐壓力P轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送PID智能調(diào)節(jié)器與壓力設(shè)定值p0進(jìn)行比較。根據(jù)差值的大小，按既定的PID控制方式進(jìn)行操作，并將控制信號(hào)送至變頻器控制電機(jī)的工作頻率和轉(zhuǎn)速，使實(shí)際壓力p始終接近設(shè)定壓力p 0，通過變頻器將空壓機(jī)電機(jī)從靜止啟動(dòng)到旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)對(duì)空壓機(jī)的沖擊電流和機(jī)械沖擊。

圖3 變頻器控制空壓機(jī)系統(tǒng)流程圖

6 結(jié)語

綜上所述，為了確?？諌簷C(jī)能進(jìn)行軟啟動(dòng)且在啟動(dòng)過程中平穩(wěn)運(yùn)行，降低峰值電流的影響，利用變頻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行控制必不可少。這種技術(shù)的使用能夠延長螺桿轉(zhuǎn)子以及電動(dòng)機(jī)和電氣的使用壽命，降低維修的次數(shù)以此來確保它們的精度長時(shí)間保持較高水平。