空壓機(jī)傳動(dòng)變頻解決方案

摘要 本文主要指出了傳統(tǒng)空壓機(jī)存在的缺陷，通過(guò)分析其工作原理，給出了變頻解決方案。改造后的空壓機(jī)的綜合經(jīng)濟(jì)效益可觀。

關(guān)鍵詞 空壓機(jī)，變頻，解決，效益

1原系統(tǒng)分析及缺陷

傳統(tǒng)空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均無(wú)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的功能，一般使用氣缸上下限壓力檢測(cè)來(lái)啟動(dòng)電機(jī)或是加裝離合器達(dá)到相對(duì)恒定壓力控制，因此其存在以下的缺陷：

（1） 電網(wǎng)沖擊大。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)有6倍的沖擊電流，形成對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械負(fù)載的沖擊；電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)工作量大。

（2） 浪費(fèi)電能。電機(jī)空載時(shí)，出現(xiàn)較頻繁的排空放氣現(xiàn)象，浪費(fèi)電能較嚴(yán)重。

（3） 上下限壓力不易調(diào)節(jié)。壓力調(diào)節(jié)太小易造成不斷的起停而燒毀電機(jī)或者啟動(dòng)電磁開(kāi)關(guān)；壓力調(diào)節(jié)太大則易形成管路高壓力、高傳送損失、漏氣、管路破裂的危險(xiǎn)，而且壓力范圍波動(dòng)太大無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化工藝的要求。

（4） 噪音大。空壓機(jī)自動(dòng)排空放氣時(shí)噪音極大，造成環(huán)境污染。

用變頻調(diào)速器對(duì)現(xiàn)有的空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，建立恒壓供氣系統(tǒng)，可達(dá)到節(jié)電、減少噪音、降低設(shè)備磨損、減少對(duì)電網(wǎng)沖擊、提高功率因數(shù)、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量等效果。

2空壓機(jī)工作原理分析

空壓機(jī)的工作原理是：活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)行，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)氣閥作相應(yīng)的開(kāi)閉動(dòng)作配合，通過(guò)吸氣、壓縮、排氣等動(dòng)作，將無(wú)壓或低壓氣體升壓，經(jīng)過(guò)兩級(jí)加壓后輸送到儲(chǔ)壓罐內(nèi)。

空壓機(jī)靠?jī)?chǔ)氣罐的壓力反饋回路、空壓機(jī)氣壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(減壓閥和壓力調(diào)節(jié)器)來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)氣口閥門(mén)的打開(kāi)或關(guān)閉，把壓力控制在0.6～0.7MPa范圍內(nèi)，空壓機(jī)卸載時(shí)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)空載運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)電流仍較大，此時(shí)能耗約占空壓機(jī)滿(mǎn)載運(yùn)行的50%～60% ，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。當(dāng)負(fù)荷變化大時(shí)，空壓機(jī)減荷閥開(kāi)啟很頻繁，而單靠空壓機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)并不能實(shí)現(xiàn)恒壓調(diào)控，同時(shí)能量消耗很大。此外，空壓機(jī)的負(fù)載有別于風(fēng)機(jī)、水泵和運(yùn)輸負(fù)載，其運(yùn)行特性曲線(xiàn)如圖1所示。

由圖1可以看出其負(fù)載特性(轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性)類(lèi)似于恒轉(zhuǎn)矩特性。

根據(jù)上述原則，系統(tǒng)配置如表1。

3變頻改造

變頻器安裝時(shí)，要保證變頻控制系統(tǒng)與原工頻控制系統(tǒng)可自由切換，以便變頻器系統(tǒng)有故障時(shí)可以方便地切換到工頻系統(tǒng)，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。系統(tǒng)變頻改造后的簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

由于儲(chǔ)氣管壓力波動(dòng)小，直接供氣給生產(chǎn)車(chē)間，所以最能直接反映管網(wǎng)的實(shí)際壓力，故壓力變送傳感器應(yīng)安裝在儲(chǔ)氣管上，并且盡量遠(yuǎn)離蝶閥位置。進(jìn)氣門(mén)反饋氣管已去掉，進(jìn)氣一直處于打開(kāi)狀態(tài)。F1000-G變頻器分別接各自的壓力變送器將實(shí)際壓力變送反饋信號(hào)（4～20mA）輸入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定的壓力與實(shí)際壓力進(jìn)行比較，PID調(diào)節(jié)輸出0～10的模擬電壓信號(hào)給變頻器的V2通道，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使儲(chǔ)氣罐壓力維持在所需的恒定壓力值上，當(dāng)生產(chǎn)車(chē)間的用氣量增大時(shí)，實(shí)際壓力低于設(shè)定的基準(zhǔn)壓力，變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高；當(dāng)用氣量減小時(shí)，實(shí)際壓力高于設(shè)定的基準(zhǔn)壓力，PID調(diào)節(jié)器控制變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)變頻器的轉(zhuǎn)速達(dá)到下限設(shè)定頻率，實(shí)際壓力仍然高于設(shè)定的基準(zhǔn)壓力，變頻器延時(shí)等待一定的時(shí)間后電機(jī)停轉(zhuǎn)（不耗電）。當(dāng)用氣量增加，壓力降到設(shè)定的下限壓力時(shí)，變頻器將自動(dòng)啟動(dòng)繼續(xù)維持設(shè)定的基準(zhǔn)壓力。F1000-G變頻器低頻啟動(dòng)力矩很大，可以將空壓機(jī)帶起繼續(xù)恒壓控制。

4綜合效益分析

從變頻器改造前后的比較表（表2）可見(jiàn)，變頻改造后具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 節(jié)省電能。功率因數(shù)提高到0.95以上，減少了無(wú)功損耗。

（2） 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，不必人工手動(dòng)起停空壓機(jī)，降低了勞動(dòng)量。

（3） 降低噪音，減少了環(huán)境污染。供氣系統(tǒng)由于實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速控制，消除了排空放氣的現(xiàn)象，從而改善了噪音對(duì)環(huán)境的污染。

（4） 延長(zhǎng)了機(jī)械部件的使用壽命。使用變頻調(diào)速器后，空壓機(jī)大多數(shù)時(shí)間運(yùn)行在工頻之下，能明顯減少機(jī)械部件的磨損，延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命，減少維修費(fèi)用和縮短維修時(shí)間。

（5） 實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)。

（6) 實(shí)現(xiàn)了恒壓供氣。

（7） 故障檢測(cè)齊全，運(yùn)行可靠，避免了火災(zāi)，故障率幾乎為零。

（8） 根據(jù)設(shè)備的具體情況可以節(jié)電20%～40%，經(jīng)濟(jì)效益可觀。