變頻在空壓機(jī)上的應(yīng)用

空壓機(jī)概況
    空壓機(jī)，全名為空氣壓縮機(jī)，是一種工礦企業(yè)中經(jīng)常用到的空氣動(dòng)力提供設(shè)備。通常，空壓機(jī)分為螺桿式空壓機(jī)、活塞式空壓機(jī)等。
   
    *螺桿式空壓機(jī)工作原理
   
    螺桿式空壓機(jī)是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子（或稱螺桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(guò)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)子的槽和陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒被主電機(jī)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。
   
    *活塞式空壓機(jī)工作原理
   
    活塞式空壓機(jī)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)曲軸，帶動(dòng)連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機(jī)氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成吸入、壓縮、排出等過(guò)程,將無(wú)壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲(chǔ)壓罐內(nèi)。其中，活塞組件，活塞與汽缸內(nèi)壁及汽缸蓋構(gòu)成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動(dòng)下，在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體的壓縮。
   
    空壓機(jī)系統(tǒng)控制
   
    空壓機(jī)主電機(jī)運(yùn)行方式為星-角降壓起動(dòng)后全壓運(yùn)行，供氣系統(tǒng)具體工作流程為：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動(dòng)器線圈并打開斷油閥，空壓機(jī)在卸載模式下啟動(dòng)，這時(shí)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n秒（由時(shí)間繼電器控制）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)壓力降到壓力開關(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)系統(tǒng)節(jié)能分析
   
    在管道供氣系統(tǒng)中，最基本的控制對(duì)象是流量，供氣系統(tǒng)的基本任務(wù)就是要滿足用戶對(duì)流量的需求。目前，常見的氣體流量控制方式有加、卸載供氣控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式兩種。
   
    *加、卸載供氣控制
   
    加、卸載供氣控制方式即為進(jìn)氣閥開關(guān)控制方式，即壓力達(dá)到上*關(guān)閥，壓縮機(jī)進(jìn)人輕載運(yùn)行；壓力抵達(dá)下*開閥，壓縮機(jī)進(jìn)入滿載運(yùn)行。
   
    由于空壓機(jī)不能排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以只能按最大需要來(lái)決定電動(dòng)機(jī)的容量，設(shè)計(jì)余量一般偏大。工頻起動(dòng)設(shè)備時(shí)的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)量大。雖然都是降壓?jiǎn)?dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全，而且大多數(shù)是連續(xù)運(yùn)行，由于一般空氣壓縮機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)本身不能調(diào)速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配，電機(jī)不允許頻繁啟動(dòng)，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，電能浪費(fèi)巨大。
    　　經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命?？諌簷C(jī)的有些調(diào)節(jié)方式（如調(diào)節(jié)閥門或調(diào)節(jié)卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，電機(jī)功率下降幅度比較小。　
   
    *轉(zhuǎn)速控制
   
    即通過(guò)改變空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，而閥門的開度保持不變（一般保持最大開度）。當(dāng)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，供氣系統(tǒng)的揚(yáng)程特性隨之改變，而管阻特性不變。
   
    在這種控制方式下，通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)改變空壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，空壓機(jī)的供氣流量可隨著用氣流量的改變而改變，達(dá)到真正的供需平衡，在節(jié)能的同時(shí)，也可使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最佳工作效率。變頻器基于交一直一交電源變換原理，可根據(jù)控制對(duì)象的需要輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電壓。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此，用變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電壓作為空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)的電源電壓，可方便地改變空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速。
   
    空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能原理
   
    采用變頻器控制空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能是一種較為科學(xué)的控制方法。根據(jù)空壓機(jī)運(yùn)行特性知：
   
    Q1 / Q2 = n1 / n2
   
    H1 / H2 =（ n1 / n2）2
   
    P1 / P2 =（ n1 / n2）3
   
    式中 Q———空壓機(jī)供給管網(wǎng)風(fēng)量；
   
    H———管網(wǎng)壓力；
   
    P———電機(jī)消耗功率；
   
    n———空壓機(jī)轉(zhuǎn)速。
   
    由上式可知，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的80%，則空壓機(jī)供給管網(wǎng)風(fēng)量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（80%）2，電機(jī)消耗功率則降為（80%）3，即51.2%，去除電機(jī)機(jī)械損耗和電機(jī)銅、鐵損耗等影響，節(jié)能效率也接近40%，這就是調(diào)速節(jié)能的原理所在。
   
    長(zhǎng)期實(shí)踐證明，在供氣系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變空壓機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)管道中的流量，以取代閥門調(diào)節(jié)方式，能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在30％以上。另外，變頻器的軟啟動(dòng)功能及平滑調(diào)速的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，同時(shí)減少啟動(dòng)沖擊并延長(zhǎng)機(jī)組及管組的使用壽命。
   
    空壓機(jī)變頻改造方案
   
    *空壓機(jī)變頻改造注意事項(xiàng)
   
    　　1）空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，這種啟動(dòng)特點(diǎn)就很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)跳過(guò)流保護(hù)的情況，建議選用具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的無(wú)速度傳感器矢量變頻器，保證即能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣連續(xù)性，又保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行；
   
    　　2）空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間在低頻下運(yùn)行，當(dāng)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)低，一方面將使空壓機(jī)的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤(rùn)滑變差。