空壓機變頻器改造技術分析

周建軍

(重慶天泰鋁業有限公司,重慶 401328)

空壓機變頻器改造技術分析

周建軍

(重慶天泰鋁業有限公司,重慶 401328)

當前,空壓機是我國工業制造行業的重要源動力,空壓機的能耗問題也引起了社會各界的廣泛關注。然而,由于我國當前對空壓機變頻器的改造技術重視不足,導致空壓機變頻器的節能性能低。本文從近幾年空壓機的發展概況入手,分析空壓機變頻器改造技術的重要價值,為空壓機變頻器的改造設計方案,并對空壓機變頻器的改造效果進行總結。

空壓機 空氣壓縮機 變頻器 改造

1 前言

當前，我國工業制造業空壓機使用普遍存在能源浪費的情況根據二〇〇八年的數據統計，我國的工業制造業的空壓機電力消耗方面總共為2140億千瓦時，這一數據大約占到全國用電量的百分之六。而與日本相比，日本工業制造業空壓機電力消耗僅為400億千瓦時。這一巨大的差距，使得我國不得不思考空壓機變頻器改革方面的問題。

2 空壓機變頻器改造技術的重要價值

2.1 空壓機工頻和變頻的對比

對空壓機而言，電機的功率很大，在啟動電機時常常通過星—三角啟動，在加載和卸載方面都是瞬間完成的。在這種情況下，會導致空壓機在啟動時需要較大的電流，并且在加載和卸載時對設備的影響較大。另外，大幅度的啟動電流不僅會導致空壓機電源電壓出現上下波動，還會加速設備的磨損，減少設備的工作壽命。

因傳統的空壓機中的拖動電機無法對自身進行調速，所以也無法直接通過壓力和流量的變動，完成降速與輸出功率的配對工作。由于空壓機電機不能頻繁啟動，因此當用氣量少時空壓機仍然需要保持運行狀態，這樣的空載運行消耗了大量的電力能源。

空壓機變頻器改造在節約電力能源方面具有顯著功效。因變頻器具有良好的調速功能，自身運行安全可靠，適用于各類空壓機。對空壓機變頻器改造，一方面，可以讓空壓機電機達到輕起輕停的效果，最大程度的減少空壓機啟動時對管網造成的損耗，延長設備的工作壽命。另一方面，變頻器可以使空壓機電機的運行頻率發生可控性的改變，電機運行頻率能夠根據空壓機用氣量多少進行自動調節，有效降低空壓機的加載和卸載頻率，使電機運行功率大幅降低，從而達到節約能源的效果。

2.2 空壓機變頻器改造的意義

經調查發現，一家普通的工業制造企業空壓機的使用成本中，空壓機的用電成本占到了全部使用成本的80%，由此可見，普通的空壓機在節約能源方面存在著極大的漏洞，為了減少企業的運營成本，對空壓機變頻改造已經迫在眉睫[1]。

實現空壓機變頻器改造，可以增加空壓機的供氣量，提升對電機壓力控制的準確度，延長空壓機的使用期限。改造后的空壓機不僅能最大程度的減少空壓機運行的高額開銷，還能減少企業運營成本，對提高企業的核心競爭力具有重要意義。

3 空壓機變頻器的改造設計方案

3.1 變頻調速裝置

表1 變頻器具體的預設參數

變頻器的運行原理是以交流—直流—交流的電源變換，其主要是利用電力電子元件及微型電子計算機進行控制的。根據電動機知識原理可以了解，電動機的轉速與電源頻率之間的關系是成正比的：n=60f(1-s)/p。

在上述關系式中，n表示空壓機轉速，f表示輸入電源的頻率，s表示空壓機轉差率，p表示空壓機磁極對數。由此可見，通過使用變頻器對空壓機進行控制，能極大改善空壓機的運轉速度[2]。

空壓機變頻調速裝置主要的控制對象是管網壓力。被變頻調速裝置控制后的管網壓力主要利用安裝在上端的壓力變送器把壓力信號轉化成電信號，并將轉化成的電信號輸送到變頻器內部的PID調節裝置，從而與壓力給定值對比，依照對比差距值的數據按既定的PID控制模式完成運算。PID控制模式完成運算后，利用生成的控制信號對變頻器的輸出電壓及頻率進行控制，使實際運行壓力保持在給定壓力值之間，從而達到調整空壓機轉速的效果。

3.2 變頻器的選擇

因為空壓機主要通過恒轉矩實現負載的，所以在變頻器的選擇上，選用通用性變頻器為宜。由于空壓機的運轉速度不能超過運轉的額定值，空壓機電機不會出現過載的情況，而通常變頻器的出廠標注額定值時存在一定范圍內的安全值，因此，在變頻器的容量選擇上，只需選擇與空壓機電機對應的容量相當的變頻器。

3.3 變頻器的運轉控制

空壓機對自身運轉速度的要求是運速不能過低，而在機械特性方面，空壓機的要求則不高，因此可以運用U/f的方式完成變頻器的運行控制[3]。

3.4 壓力變送器的選擇

如果企業要求的供氣壓力為0.6兆帕斯卡，則在壓力變送器的選擇上，主要選用量程為0-1兆帕斯卡的壓力變送器，可以輸出4-20毫安的模擬信號。壓力變送器的VS端口和GND端口可以為壓力變送器供應10伏直流電，壓力變送器中的壓力反饋信號通過CC端口進入。

此時，需要對PID的給定值進行計算，將已知的數據套入計算公式n=60f(1-s)/p，得出供應壓力為0.6兆帕斯卡時壓力變送器的輸出電流為13.6毫安。

將13.6毫安再次套入公式計算PID的給定值為6伏。

3.5 變頻器的參數預設

本文主要以CF20系列通用變頻器為例。空壓機變頻器改造后，電機的運轉速度降低，空壓機內部風扇的散熱效果也明顯降低，而空壓機電機的運轉速度越低，則意味著空壓機內部潤滑油的能量消耗量也越低[4]。

在滿足工業制造行業生產要求下，當空壓機的壓力值降低后，伴隨的點擊耗電也將隨之降低。出于對空壓機節能效果和機械特性的要求，暫且把供應壓力設置成0.6兆帕斯卡，將運行的最高頻率設置成46赫茲，將變頻器運行的最低頻率設置成27赫茲。在這樣的預設下，不僅可以充分滿足空壓機風扇散熱方面以及其對潤滑油方面的需求，還可以有效減少電力能源的浪費。值得注意的是，在空壓機變頻器改造后，空壓機電機的運行方向需要與改造前的運行方向保持一致。變頻器具體的預設參數如表1所示。

3.6 空壓機的變頻節能原理

空壓機變頻器可以對空壓機的壓力進行提前預設，能夠滿足工業制造行業生產設備的需求，將空壓機最低壓力當作設定壓力值，變頻器根據網管的上下波動趨勢控制空壓機的轉速，同時控制壓氣輸出量，進一步達到穩定管網壓力的效果。

4 空壓機變頻器的改造效果

4.1 減少運行時間,改善工作環境

在對空壓機變頻器進行改造后，能夠有效減少空壓機的運行時間。并且，空壓機變頻器改造后可以進行重載啟動，從根本上防止了排空放氣的現象發生，達到降低噪音、改善工作環境的效果[5]。

4.2 供氣壓力變穩定

變頻器改造后的空壓機主要通過壓力控制，可以在設定的壓力范圍內運行。通過對變頻器進行調速，可以非常方便快捷的實現連續調節，使壓力和流量等保持穩定。由于風壓的變化幅度值較小，使用風負荷穩定，從而供風的質量以及生產效率都能達到最優狀態。

4.3 彌補了啟動方面的不足

空壓機變頻器在經過改造之后，可以有效降低空壓機啟動時電流對電網造成的影響，進一步避免自禍降壓裝置的啟動時存在的不足。

4.4 高效節能

空壓機對啟動力矩的要求較高，通常按照最大的需求量選取空壓機電機的功率，因此，空壓機在設計時的余量會偏大。在使用變頻器進行調速后，可以在很大程度上提升空壓機輕載運行的效率，進一步達到自動調節空壓機電機轉速的效果，使空壓機實現高效節能的目的。

5 結語

綜上所述，空壓機變頻器的改造技術，不僅能實現降低空壓機運行成本的效果，還能在一定程度上實現降低噪音、改善工作環境的效果，由此可見，空壓機變頻器改造技術是十分有必要的。改造后的空壓機不僅能最大程度的減少空壓機運行的高額開銷，還能減少企業運營成本，對提高企業的核心競爭力具有重要意義。

[1]張鵬.空調壓縮機用無刷直流電機無傳感器調速系統設計[J].科技資訊,2012,5(12):20-21.

[2]劉國平,宋紅滾,劉強飛,胡瑢華.渦旋壓縮機型線數控加工分析及其進給速度的確定[J].現代制造工程,2012,8(05):65-66.

[3]耿葵花,耿愛農,李辛沫,陳君立,阮勤江.擺桿約束往復活塞式無油潤滑空氣壓縮機的研究[J].中國機械工程,2012,3(11):87-88.

[4]汪學森,汪學慧.警惕剩磁引起空調壓縮機工作異常[J].商用汽車,2012,04(09):69-70.

[5]黃卓煥.用PLC與變頻器改造小區供水系統[J].科技信息,2010,13(19):206-207.