變頻器在空氣壓縮機(jī)節(jié)能改造中的實(shí)踐

【摘 要】本文結(jié)合本單位對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造的工程實(shí)踐，介紹了傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)的工作原理以及能耗大的原因，闡述了對傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造的必要性與可行性。同時(shí)，介紹了采用成熟的變頻技術(shù)，通過恒壓供氣的方式，對傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行控制的方案設(shè)

計(jì)與實(shí)踐，并對改造前后的能耗進(jìn)行了比較，說明改造后達(dá)到的節(jié)能效果及收到的良好經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】空氣壓縮機(jī)；變頻器；節(jié)能改造

0.前言

空氣壓縮機(jī)具有配用動(dòng)力大、運(yùn)行時(shí)間長、耗電量多、冷卻用水量大等特點(diǎn)，在生產(chǎn)能源/壓縮空氣的同時(shí)，本身也在大量的消耗能源，是企業(yè)電力消耗較大的設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，100PSIG（7kg/cm2G）壓縮空氣系統(tǒng)，每生產(chǎn)100ICFM的壓縮空氣大約需要消耗20HP的能源。如何對現(xiàn)有的空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，有效地節(jié)約能源，降低空壓機(jī)運(yùn)行成本，已越來越受到各企業(yè)的重視。以下是我公司對原空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造的工程實(shí)踐。

1.節(jié)能改造的可行性分析

1.1空氣壓縮機(jī)的實(shí)際使用情況

我公司現(xiàn)有 M132型空氣壓縮機(jī) 2臺(tái)，白天運(yùn)轉(zhuǎn)的兩臺(tái)設(shè)備中，有一臺(tái)處于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，一臺(tái)則經(jīng)常處于卸載、空轉(zhuǎn)狀態(tài)；晚上只需要一臺(tái)設(shè)備的一小部分負(fù)荷則可以滿足生產(chǎn)需要了。由于設(shè)備一旦啟動(dòng)即在額定功率下運(yùn)行，無論外界負(fù)荷怎么變化，都是以額定功率運(yùn)行。這樣的運(yùn)行方式，既造成了電能的大量浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本，又加速了設(shè)備的磨損，增加了維護(hù)成本。

1.2耗能原因分析

在管道供氣系統(tǒng)中，最基本的控制對象是流量，供氣系統(tǒng)的基本任務(wù)就是要滿足用戶對流量的需求，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。

我們公司的空氣壓縮機(jī)改造前是采用加、卸載的方式來控制氣體流量的，以下就此控制方式耗能原因分析如下：加、卸載供氣控制方式即為進(jìn)氣閥開關(guān)控制方式。當(dāng)供氣壓力達(dá)到設(shè)定上限時(shí)關(guān)閥，因電機(jī)不允許頻繁啟動(dòng)，壓縮機(jī)需要卸載運(yùn)行，向外排除多余的壓縮空氣，以保持管道的壓力。因此，此時(shí)壓縮機(jī)做的是無用功，從而造成電能的巨大浪費(fèi)。

1.4采用變頻技術(shù)對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造的可行性

1.4.1變頻調(diào)速技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在變頻調(diào)速時(shí)，只要磁通Φ保持不變，電機(jī)定子電壓就與電源頻率成正比，電機(jī)的輸出功率也就隨著電源頻率的變化而變化，能耗也就跟著變化。

而且，由于供氣閥門的開度一般保持不變，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。因此，變頻器可根據(jù)控制對象的需要輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電壓，調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速改變流量，從而調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的負(fù)荷實(shí)時(shí)地隨用氣量的變化而變化，使設(shè)備耗用功率與負(fù)荷需求達(dá)到良好的匹配，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)省。

2.節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)

2.1方案要求

（1）電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)保持儲(chǔ)氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動(dòng)范圍不能超過±0.04Mpa。

（2）改造后的系統(tǒng)應(yīng)具有具有開環(huán)和閉環(huán)兩套控制回路。即變頻和工頻兩套控制回路，一臺(tái)變頻器能控制兩臺(tái)空壓機(jī)組，使用轉(zhuǎn)換開關(guān)可使變頻器任意控制兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)機(jī)組中的一臺(tái)。

（3）在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運(yùn)行時(shí)，保障電機(jī)繞組溫度和電機(jī)的噪音不超過允許的范圍。

2.2方案設(shè)計(jì)

（1）壓力控制方案。通過壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較后得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動(dòng)機(jī)的頻率值后，由變頻器輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電，使電動(dòng)機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。于是空壓機(jī)輸出相應(yīng)的壓縮空氣至儲(chǔ)氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。

（2）工頻與變頻相互切換控制方案設(shè)計(jì)根據(jù)我公司的實(shí)際使用工況要求，設(shè)計(jì)了一套工頻與變頻手動(dòng)切換的控制回路。

（3）危害因素的控制方案。

①在該變頻器上端加裝輸入電抗器，有效的抑制了變頻器對電網(wǎng)的干擾。

②變頻器下端加裝輸出電抗器，有效濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的電磁干擾，以及電機(jī)運(yùn)行噪音和溫升，保障低頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)溫度噪音不超過允許范圍，提高電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。

2.3變頻器的選型與參數(shù)設(shè)定

（1）空氣壓縮機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，容易引起 V/F控制方式的變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)跳過流保護(hù)的情況。因此，選用具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的無速度傳感器矢量變頻器，既能實(shí)現(xiàn)恒壓供氣連續(xù)性，又能保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。在改造中，我們選用了國內(nèi)的著名品牌森蘭 SB61G+矢量變頻器。

2.5設(shè)備改造后的節(jié)能效果

在對改造設(shè)備進(jìn)行一段時(shí)間的運(yùn)行與監(jiān)測后，把改造前后的能耗情況進(jìn)行了比較。經(jīng)測算，改造后的設(shè)備節(jié)能效率超過18%，好于節(jié)能15%的預(yù)期目標(biāo)，效果良好。

3.結(jié)束語

在本次應(yīng)用變頻器對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造的工程實(shí)踐中，我們公司投入改造成本 15萬元人民幣，估算僅需 14個(gè)月即可收回投入的成本。

由此可見，空氣壓縮機(jī)作為工礦企業(yè)的生產(chǎn)動(dòng)力源之一，在在各行各業(yè)使用普遍，且還有相當(dāng)一部分壓縮機(jī)的技術(shù)比較落后，能耗較大。經(jīng)過本次改造實(shí)踐可知，變頻器在空壓設(shè)備的應(yīng)用中取得良好的節(jié)能效果。如能把變頻節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用到其它類似工況的設(shè)備上，將能節(jié)省更多的能源，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]森蘭SB61+系列變頻器用戶手冊.