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   【摘要】空壓機，全名為空氣壓縮機，是一種工礦企業(yè)中最常用的空氣動力提供設(shè)備，將變頻器導(dǎo)入空壓機，使得空壓機系統(tǒng)的運行成本降低，達到節(jié)能的效果。

   【關(guān)鍵詞】空壓機;變頻器;節(jié)能

   1 螺桿式空壓機工作原理簡述

   螺桿式空壓機是由一對相互平行齒合的陰陽轉(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(cè)輸送至輸出側(cè)，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)子的槽也陽轉(zhuǎn)子齒被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。

   原空壓機的主電機運行方式為Y-△降壓起動，然后全速運行。具體操作程序為：按下啟動按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動器線圈并打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進氣閥處于關(guān)閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力。等降壓2秒后空壓機開始加載運行，系統(tǒng)壓力開始上升。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)上限值，即起跳壓力，控制器使進氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到系統(tǒng)壓力跌到壓力開關(guān)下限值后，即回跳壓力下，控制器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機滿載運行。

   空壓機的工作過程如圖1所示。
  
                   
                                  圖1 空壓機工作過程

  2 空壓機運行中自身存在的問題

   主電機雖然采用Y-△降壓起動，但起動時的電流仍然很大，并且有一定的啟動時間,這段時間消耗的電能不容忽視。另外啟動時大電流的沖擊會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運行安全。

主電機時常工作在滿負(fù)荷上，但能量浪費在出口閥門上，屬非經(jīng)濟運行，電能浪費嚴(yán)重。

主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大。

主電機工頻起動設(shè)備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設(shè)備維護工作時機械量大。

當(dāng)卸荷運行時那部分電流不是做有用功的, 而是機械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗.這種機械式調(diào)節(jié)裝置雖然也能起到壓力調(diào)節(jié)作用,但是壓力調(diào)節(jié)精度低，壓力波動大;壓縮機總是在額定轉(zhuǎn)速下工作，機械磨損大、電耗高。

   3 空壓機變頻節(jié)能原理

   由于許多空壓機運行方式是加載、卸載方式。卸載時電機空轉(zhuǎn),造成能源浪費。變頻控制即通過改變電動機的轉(zhuǎn)速來控制空壓機單位時間的出風(fēng)量，從而達到控制管路的壓力。

   控制原理是：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。由變頻器輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電，調(diào)節(jié)馬達的轉(zhuǎn)速，空壓機輸出相應(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。
 
             
                                圖2 控制原理圖

  4 空壓機變頻改造后的效益

   節(jié)約能源。變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)控制的壓縮機比較，能源節(jié)約是最有實際意義的，根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機工況是經(jīng)濟的運行狀。

   運行成本降低。傳統(tǒng)壓縮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77%。通過能源成本降低24.3%，再加上變頻起動后對設(shè)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。

   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。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。

   延長壓縮機的使用壽命。變頻器從0HZ起動壓縮機，它的起動加速時間可以調(diào)整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

   降低了空壓機的噪音。根據(jù)壓縮機的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機運轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機運行時的噪音。現(xiàn)場測定表明，噪音與原系統(tǒng)比較下降約3-7dB。

   5 變頻器改造要求

  現(xiàn)場空壓機功率：30KW，最大工作電流59A。

   設(shè)計要求：主電機變頻器運行狀態(tài)保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動范圍不超過±0.01Mpa；保持原有的工頻控制系統(tǒng)，以確保變頻器出現(xiàn)異常保護時，可以直接切入工頻，不影響生產(chǎn)；在用氣量較小的情況下，變頻器處于低頻運行或者進入休眠狀態(tài)，應(yīng)保障電機繞組溫度不超過允許的范圍。

   根據(jù)現(xiàn)場狀況：選用臺達B系列變頻器：VFD300B43A；額定電流：60A；過載能力：變頻器額定輸出電流150%，1min。

  改造電氣原理圖如圖3。
 
                 
                                 圖3 改造電氣原理圖

  6 結(jié)束語

   綜上所述，由于空壓機可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運行，電機輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實現(xiàn)空壓機的供氣壓力與轉(zhuǎn)速的動態(tài)匹配，減少了電機的實際輸入功率，達到節(jié)能目的。即電機的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來控制，壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，而不必做無用功，從而取得良好的節(jié)能效果，其次，空壓機停止了空轉(zhuǎn)，電機不存在輕載運行，這部分能量很可觀。相應(yīng)帶來的其它好處是：供氣壓力穩(wěn)定，通過壓力調(diào)節(jié)器，可使空壓機保持在設(shè)定的壓力值下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，而且壓力可以無級設(shè)定，隨時可調(diào)。電機實現(xiàn)軟啟動，壓縮機的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長。空壓機排氣量由空壓機的轉(zhuǎn)速來控制，氣缸內(nèi)氣閥片不再反復(fù)地開啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動與沖擊，維修工作量減少。