新型變頻壓縮機(jī)的節(jié)能技術(shù)

王 飛 趙曉輝

(1.陜西省燃?xì)庠O(shè)計院，陜西 西安 710043;2.陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安 710016)

1 引言

目前使用中的絕大多數(shù)是傳統(tǒng)定速壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)最大負(fù)荷參數(shù)來制定方案的，而壓縮機(jī)在使用中往往承受的負(fù)荷是變化的，因此傳統(tǒng)方案無法使壓縮機(jī)功能與負(fù)荷合理配合，使得能耗增大。同時，使用間歇開機(jī)方式導(dǎo)致壓縮機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，電流波動大，系統(tǒng)容易造成損壞。

使用變頻技術(shù)可使壓縮機(jī)低頻啟動，啟動電流很小，對壓縮機(jī)所在的整個電網(wǎng)沖擊很小。啟動以后又以變成最大方式運(yùn)行，可通過制定目標(biāo)值，保證運(yùn)行恒定，克服了定速壓縮頻繁開機(jī)現(xiàn)象，既保證了低能耗、高效率，又提高了壓縮的使用壽命。

2 變頻技術(shù)在壓縮機(jī)上的應(yīng)用

變頻技術(shù)在壓縮機(jī)上的應(yīng)用大大降低了壓縮機(jī)的能耗，符合國家提倡的節(jié)能降耗要求，具有深遠(yuǎn)的發(fā)展前景，其核心技術(shù)是微控制器、逆變器、變頻壓縮機(jī)的電機(jī)以及PWM波的生成。

2.1 微控制器

變頻器常用的微控制器芯片為S87C196MH(MC)微控制器，是Intel公司出品的一項16位的微控制器，最大的特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)為內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器、算術(shù)邏輯部件(RLU)、事件處理陣列(EPA)、看門狗、寄存器、PWM發(fā)生器、三相到補(bǔ)SPWM輸出發(fā)生器、以及時鐘及中斷控制電路等，具體如圖1所示。

圖1 微控制器示意圖

圖2 逆變器示意圖

2.2 逆變器

逆變器將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電，是一種將直流電(DC)轉(zhuǎn)化為交流電(AC)的裝置，由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，基本逆變原理如圖2所示。

2.3 變頻壓縮機(jī)的電機(jī)

將變頻技術(shù)應(yīng)用到電機(jī)上，變頻器與電機(jī)連用代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)，該技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，是在保證電機(jī)在高效工作區(qū)內(nèi)的情況下，利用變頻技術(shù)達(dá)到所需的輸出。

2.4 PWM波的生成

圖3 變頻壓縮機(jī)電機(jī)示意圖

圖4 變頻器原理示意圖

PWM波即脈沖寬度，廣泛用于科研、工業(yè)、通信等領(lǐng)域，是應(yīng)用數(shù)字輸出方式來模擬出電路并進(jìn)行控制的技術(shù)。目前使用中的有PWM型以及PWM、PFM混合型。

PWM可以使信號由處理器至被控信號均數(shù)字化，因此可省去數(shù)模轉(zhuǎn)換過程，達(dá)到噪聲最小的目的。對普通模擬控制而言，噪聲影響非常明顯，而PWM對噪聲的抵抗能力很強(qiáng)，因此，通信行業(yè)大量應(yīng)用PWM。

3 變頻壓縮機(jī)節(jié)能分析

3.1 變頻自動化控制技術(shù)的應(yīng)用

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，將工頻交流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓連續(xù)可調(diào)的交流電的控制裝置。目前變頻器的主要由電路和控制電路組成，結(jié)構(gòu)如圖5所示。包括整流電路、直流中間電路、逆變電路和控制電路，輸入進(jìn)入整流電路，輸出為逆變電流。

3.2 余熱回收再利用技術(shù)

目前國內(nèi)外提倡環(huán)保和節(jié)能，余熱回收再利用已經(jīng)成為日益關(guān)注的技術(shù)問題，它是將能源利用時被浪費(fèi)的能源再次利用。據(jù)調(diào)查，壓縮機(jī)工作中的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%-67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。因此壓縮機(jī)的余熱回收再利用具有一定的意義。

目前國內(nèi)外已經(jīng)開始研究壓縮機(jī)的余熱回收再利用技術(shù)，初步形成了一些理論，及生產(chǎn)了相應(yīng)設(shè)備，其中以日本較為領(lǐng)先，但仍處于初步階段，因此再以后的設(shè)計中，應(yīng)考慮到余熱回收問題，可更加降低壓縮機(jī)的能耗。

4 結(jié)論

新型變頻壓縮機(jī)是在定速壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)上改進(jìn)而開發(fā)的節(jié)能設(shè)備，因此與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工作原理相同，具有能耗低、效率高、可靠性強(qiáng)、振動噪音小以及結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。此外，變頻技術(shù)的應(yīng)用，使其可達(dá)到以下優(yōu)點(diǎn):(1)電機(jī)啟動為軟起動，該功能可使起動電流小，降低了對系統(tǒng)的干擾。(2)功能強(qiáng)大，可連續(xù)使用，控制精度高，并且可以預(yù)設(shè)目標(biāo)運(yùn)行值，提高了效率，大大降低了能耗。(3)避免了開關(guān)壓縮機(jī)的次數(shù)，保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定，減小了振動帶來的噪音，延長了壓縮機(jī)使用壽命。