當(dāng)前變頻器在空氣壓縮機(jī)恒壓控制中的應(yīng)用研討

張紅茹

青島政益達(dá)實業(yè)有限公司 山東青島 266031

摘要：我國的科技水平不斷向自動化、低耗化發(fā)展，其中變頻技術(shù)越來越先進(jìn)，在日常生活和工作的許多領(lǐng)域中越來越多的應(yīng)用變頻器被應(yīng)用，其中變頻器經(jīng)常用于對空氣壓縮機(jī)恒壓的控制，這是是非常重要的一項功能。本文從變頻器的工作原理和特點(diǎn)出發(fā)，研究了變頻器的主要功能，分析變頻器在空氣壓縮機(jī)恒壓控制方法，闡述了該方法與傳統(tǒng)方法的區(qū)別。隨著變頻器技術(shù)不斷的提升，越來越多的有變頻器控制恒壓的空氣壓縮機(jī)被應(yīng)用于現(xiàn)實生活和生產(chǎn)中。

關(guān)鍵詞：變頻器；空氣壓縮機(jī)；恒壓控制；控制器

1.前言

變頻器是是由整流器、平波電路、逆變器三部分組成的，整流器就是進(jìn)行交流電和直流電的轉(zhuǎn)換，也就是將固定頻率的交流功率通過整流器整流，變成直流功率；平波電路就是應(yīng)用電感和電容的濾波功能，實現(xiàn)控制降低波動；逆變器的功能和整流器的功能相反，它是將直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率。

空氣壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中越來越多的應(yīng)用，傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)理是利用氣壓的變化控制進(jìn)氣閥門的開關(guān)，通過開關(guān)的閉合控制空氣的體積變化。這種方式的好處就是工藝簡單，但是空氣壓縮機(jī)的負(fù)載不停的變化，氣壓值也不穩(wěn)定，這對于設(shè)備的損害程度較大，同時也不利于生產(chǎn)活動。

通過采用變頻器空氣壓縮機(jī)進(jìn)行空氣壓力控制，可以很容易地改變空氣壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，實現(xiàn)對空氣壓縮機(jī)的空氣供應(yīng)量的連續(xù)調(diào)整，使得被壓縮的空氣壓力非常的穩(wěn)定，最終提高空氣壓縮機(jī)壓縮氣體的質(zhì)量。同時，用變頻器來控制空氣壓縮機(jī)可以調(diào)節(jié)電機(jī)輕載時的轉(zhuǎn)速，提高工作效率，降低能耗，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

2.變頻器空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計

空氣壓縮機(jī)變頻恒壓控制系統(tǒng)如圖2.1所示。空氣壓縮機(jī)的工作對象是儲氣罐中的氣體壓力。首先，壓力傳感器需要收集作為主要控制對象的氣體罐的壓力值。變頻器控制單元具有內(nèi)置的PID控制器，該控制器十分適合用于控制變頻器，它可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的壓力、流量、液位等工藝參數(shù)。啟動PID控制，開始向變頻器發(fā)出控制指令，變頻器根據(jù)設(shè)定的壓力和管道的實際壓力反饋信號的實時調(diào)整空氣壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以調(diào)整排氣量，需要多少多少，并確保壓力穩(wěn)定。此外，還會同時進(jìn)行一個過程反饋。PID控制將調(diào)整驅(qū)動單元的速度，使實際測量值與給定值相等。

PID控制器產(chǎn)生的控制信號發(fā)送給變頻器，從而控制變頻器，根據(jù)PID控制器發(fā)出的控制信號來改變變頻器的轉(zhuǎn)速和頻率，讓空氣壓縮機(jī)的實際壓力更接近標(biāo)準(zhǔn)的參考壓力值。同時，該方案通過添加工頻與變頻切換功能，實現(xiàn)頻率切換功能，這樣可以提高頻率，因為P該系統(tǒng)控制單元并沒有改變原來的保護(hù)系統(tǒng)，所以原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)是可以保留下來的。此外，該方案的使用，空氣壓縮機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)，可以由逆變器啟動，也就是可以實現(xiàn)軟啟動，這就以避免了沖擊電流的啟動和空氣壓縮機(jī)的啟動機(jī)械沖擊的帶來的影響。

圖2.1變頻器空氣壓縮機(jī)恒壓控制系統(tǒng)

3.該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

該系統(tǒng)采用變頻器和PID控制空氣壓縮機(jī)，使得系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的壓力。本系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：首先采用變頻器控制，可以根據(jù)電機(jī)不同的負(fù)載情況調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻器可以實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速以及電機(jī)軟啟動、軟停止，這樣就大大降低了功耗，提高了該系統(tǒng)的控制精度，大大提高了電動機(jī)輕載時的效率，使得該系統(tǒng)的動態(tài)性能變好，降低了電氣和機(jī)械的影響，從而提高了操作性能。其次，變頻器可以實現(xiàn)工頻、變頻的自動切換功能，不需要外加切換控制電路，降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

該系統(tǒng)通過簡單的電路可以實現(xiàn)許多實用的功能，不但可以實現(xiàn)頻率控制，還可以實現(xiàn)頻率跳變，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起和軟停以及瞬時停電再啟動，參數(shù)設(shè)置和修改比較方便簡單。

4.該系統(tǒng)元器件安裝和調(diào)試

4.1安裝

控制裝置安裝在空壓機(jī)房內(nèi)，與原控制柜分離，但與壓縮機(jī)之間的主配線不要超過30m。控制回路的配線采用屏蔽雙絞線，雙絞線的節(jié)距在15m以下。另外控制柜上裝有換氣裝置，變頻器接地端子按規(guī)定不與動力接地混用，以上措施增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

變頻器安裝時要注意接地，并要注意變頻器的運(yùn)行環(huán)境。在對系統(tǒng)布線的時候要注意布線的長度，因為變頻器與電機(jī)間的接線不能太長，如果太長會使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。容易受干擾的線路因該采取保護(hù)措施，以免后期使用發(fā)生不必要的損失。

4.2調(diào)試

本系統(tǒng)并不改變空氣壓縮機(jī)本來的控制原理，正常的空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)原有的保護(hù)裝置依然有效。并且工頻/變頻切換采用了機(jī)械以及電氣雙重聯(lián)鎖，從而大大的提高了系統(tǒng)的安全、可靠性。

該系統(tǒng)不改變空氣壓縮機(jī)原有的控制原理，所以即使增加了該控制系統(tǒng)，空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的原始保護(hù)裝置仍然是有效的。電源頻率/頻率轉(zhuǎn)換開關(guān)也和普通的空氣壓縮機(jī)不同，它是采用機(jī)雙重聯(lián)鎖，可以實現(xiàn)電氣變頻也可以實現(xiàn)機(jī)械切換。這種方法大大提升了工作的安全性和可靠性。

我們都知道對于不允許輸出信號反復(fù)變化的應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式應(yīng)該選擇PI調(diào)節(jié)方式，這是調(diào)節(jié)原則，該系統(tǒng)采用了變頻器作為控制系統(tǒng)的一部分，所以必須采用PI調(diào)節(jié)方式，這種方式可以減少對變頻器的損傷和沖擊。調(diào)試時要注意對PID進(jìn)行參數(shù)整定，要根據(jù)具體的情況設(shè)置比例的和積分時間常數(shù)

5.結(jié)論

本文首先分析了變頻器的工作原理，闡述變頻器如何能控制空氣壓縮機(jī)的恒壓狀態(tài)。通過介紹一種典型的控制系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)的組成以及空氣壓縮機(jī)加載和卸載供氣方式，對由變頻器以及PID智能控制器等組成的恒壓供氣控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。隨著變頻器技術(shù)的不斷提升，它的功能將會越來越完善，所以變頻器不僅僅可以應(yīng)用于空氣壓縮機(jī)恒壓控制中，它還可以應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。

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