空壓機(jī)，全名為空氣壓縮機(jī)，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(jī)，使得空壓機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行成本降低，達(dá)到節(jié)能的效果。
1 螺桿式空壓機(jī)工作原理簡述
螺桿式空壓機(jī)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(shí)現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C(jī)的進(jìn)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(jī)驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
原空壓機(jī)的主電機(jī)運(yùn)行方式為Y-△降壓起動，然后全速運(yùn)行。具體操作程序?yàn)椋喊聪聠影粹o，控制系統(tǒng)接通啟動器線圈并打開斷油閥，空壓機(jī)在卸載模式下啟動，這時進(jìn)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(jī)開始加載運(yùn)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(jìn)氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣，壓縮機(jī)空載運(yùn)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(jìn)氣閥打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)滿載運(yùn)行。
空壓機(jī)的工作過程如圖1所示。
圖1 空壓機(jī)工作過程
2 空壓機(jī)運(yùn)行中自身存在的問題
主電機(jī)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(yùn)行安全。
主電機(jī)時常工作在滿負(fù)荷上，但能量浪費(fèi)在出口閥門上，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
主電機(jī)工頻運(yùn)行致使空壓機(jī)運(yùn)行時噪音很大。
主電機(jī)工頻起動設(shè)備的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)工作時機(jī)械量大。
當(dāng)卸荷運(yùn)行時那部分電流不是做有用功的, 而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗.這種機(jī)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(jī)總是在額定轉(zhuǎn)速下工作，機(jī)械磨損大、電耗高。
3 空壓機(jī)變頻節(jié)能原理
由于許多空壓機(jī)運(yùn)行方式是加載、卸載方式。卸載時電機(jī)空轉(zhuǎn),造成能源浪費(fèi)。變頻控制即通過改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)單位時間的出風(fēng)量，從而達(dá)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(jī)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(dá)的轉(zhuǎn)速，空壓機(jī)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(jī)變頻改造后的效益
節(jié)約能源。變頻器控制壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓縮機(jī)比較，能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的，根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機(jī)工況是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀。
運(yùn)行成本降低。傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機(jī)運(yùn)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(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)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(jī)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(jī)的輸出氣量隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機(jī)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(jī)的使用壽命。變頻器從0HZ起動壓縮機(jī)，它的起動加速時間可以調(diào)整，從而減少起動時對壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機(jī)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(jī)的噪音。根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機(jī)運(yùn)行時的噪音?，F(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(jī)功率：30KW，最大工作電流59A。
設(shè)計要求：主電機(jī)變頻器運(yùn)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(hù)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(yùn)行或者進(jìn)入休眠狀態(tài)，應(yīng)保障電機(jī)繞組溫度不超過允許的范圍。
根據(jù)現(xiàn)場狀況：選用臺達(dá)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(jī)可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運(yùn)行，電機(jī)輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力與轉(zhuǎn)速的動態(tài)匹配，減少了電機(jī)的實(shí)際輸入功率，達(dá)到節(jié)能目的。即電機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來控制，壓縮機(jī)需要多大的功率，電機(jī)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(jī)停止了空轉(zhuǎn)，電機(jī)不存在輕載運(yùn)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(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，壓縮機(jī)的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長。空壓機(jī)排氣量由空壓機(jī)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。
（轉(zhuǎn)載）
