變頻技術(shù)在空壓機上的應(yīng)用

1 空壓機工作原理與變頻節(jié)能實施可行性

首先來了解一下空壓機的基本工作原理?？諌簷C結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運轉(zhuǎn)時間長，配備的功率大。以活塞式空壓機為例，在空壓機工作過程中，活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動，周期性地改變缸內(nèi)的容積，從而使氣缸內(nèi)氣體容積發(fā)生變化，并與氣缸內(nèi)氣閥相應(yīng)的開啟和閉合動作相配合，通過吸氣、壓縮、排氣等動作，將自然氣體或較低壓力的氣體(一級缸氣體)升壓，最終輸出到儲氣罐內(nèi)。為了滿足設(shè)備的用氣需求，儲氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力，以作緩沖作用，加上設(shè)備自身的原因，空氣壓力變化幅度必然很大，通常采用切斷進氣的調(diào)節(jié)方式來改變排氣量。理想狀態(tài)是供氣壓力剛好滿足需求，保持壓力不變，實際上是辦不到的，通常是空壓機排氣量大于實際用氣量，空壓機保持恒速運轉(zhuǎn)，此時儲氣罐內(nèi)氣體越積越多，直到壓力上升到設(shè)定的最高壓力。通常采取以下兩種方法解決高壓問題：一是使空壓機卸荷運行，保持運轉(zhuǎn)但不產(chǎn)生氣體，此時空壓機消耗的功率一般在額定功率的50%左右，全是無用功;二是停止空壓機的運行，這樣看起來是節(jié)約了電能消耗，但是空氣儲存的容積有限，當(dāng)氣壓低于下限壓力值時，空壓機再次以額定轉(zhuǎn)速給儲氣罐加壓，直到壓力達到上限壓力而停止運行，如此循環(huán)，如圖1所示。這樣頻繁的啟動和停止，不僅對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊都很大，而且也縮短了空壓機的壽命。實際上，空壓機驅(qū)動時軸功率與排氣壓力和其自身的轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，也就是說在實際的運行中，由于設(shè)備用氣隨時在發(fā)生變化，致使空壓機不能保持在額定的工況下運行，而其排氣壓力的高低則直接影響實際的軸功率的大小。

針對空壓機的運行情況，設(shè)計出空壓機專用變頻節(jié)能控制器，可以十分方便地進行連續(xù)調(diào)節(jié)，保持壓力、流量等參數(shù)的穩(wěn)定(如圖2所示)。當(dāng)流量需要量減少時，就可降低電動機的轉(zhuǎn)速，從而較大幅度地減小了電動機的運行功率，實現(xiàn)了節(jié)能的目的。

在空壓機的整個運行過程中，如空載運行所占的時間比例啄(占空比)=t2/(t1+t2)=t2/T(見圖3)越大，則電能浪費越嚴重，空壓機效率越低，反之電能浪費越小，空壓機效率越高。圖3中，p0為空載運行壓力，p0 =0(關(guān)斷/停止)要下次起動有損耗，適用周期長次數(shù)多的運行情況。采用變頻調(diào)速技術(shù)能很好地解決空壓機空載能源浪費問題，根據(jù)空壓機實際運行情況及經(jīng)驗總結(jié)，采用變頻調(diào)速后的節(jié)電效果如圖4所示，由占空比 查圖4，要考慮油路選單獨泵飛濺方式閥。

2 變頻節(jié)能解決方案

由于異步電機的轉(zhuǎn)速

顯然轉(zhuǎn)速n與f成正比，只要改變f，即可改變電動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)頻率f在0~50 Hz的范圍內(nèi)變化，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍就非常的寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率來實現(xiàn)調(diào)速的。我們的實施方案是通過對空壓機出口的壓力取樣，經(jīng)過閉環(huán)自動調(diào)節(jié)控制技術(shù)實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效控制。即由裝在空壓機出口的壓力傳感器檢測到空氣壓力信號值，再經(jīng)過模擬數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，通過PID調(diào)節(jié)器的功能，在確保工作所需壓力(根據(jù)各設(shè)備用氣壓力的實際情況)的情況下，保證電動機的最小功率輸出，在精確控制壓力的同時，實現(xiàn)電動機的軟啟動，而不會產(chǎn)生沖擊電流(一般直接起動電流為額定電流的5~7倍)，使空壓機的使用壽命和檢修周期都得到延長。

此外還提高了功率因數(shù)，改善了供配電系統(tǒng)的電力品質(zhì)，降低了用電容量的要求，對電力缺相、欠電壓、過電流及過載、過熱等故障具有保護作用。相應(yīng)帶來的好處還有：由于供氣壓力的穩(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，且可無級設(shè)定，隨時可調(diào)?？諌簷C的排氣量由空壓機的轉(zhuǎn)速來控制，氣缸內(nèi)閥片不再反復(fù)地開啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件也大大地得到改善，有效地避免了高溫和高壓氣體急劇的流動和沖擊，減少了維修的工作量。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，還考慮了變頻和工頻的自由切換功能，一旦變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障，立即可以切換到工頻狀態(tài)下工作，確保供氣的可靠性。系統(tǒng)控制框圖如圖5所示。

3 結(jié)語

實踐證明變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機上的應(yīng)用是成功的，其節(jié)電率由兩部分組成。

但要檢驗一下轉(zhuǎn)速降過大時是否存在出口壓力波動過大影響正常使用，以及是否造成對潤滑油的供應(yīng)不足(指飛濺供油，對單獨供油泵時不存在此問題)。