論述冶金用空壓機變頻技術

巫亮云

（廣西華磊新材料有限公司動力廠，廣西 平果 531499）

在我國冶金行業發展過程中普遍會出現空壓機的功率過大、耗電量過高以及所需要投資的成本較多的問題。這是因為空壓機通常是將三相異步電動機作為起步的動力，或者利用Y－△這項技術在啟動機器時對其進行降壓處理。如果在使用時直接驅動動力可能會造成電流波動過大，從而無法很好的維持機械沖擊與電氣保護，同時在運行中壓力還會出現不穩定的情況。而采取變頻控制技術則能很好的避免這些問題。這項技術具有一定的優越性，在運行過程中可以保持機器處于穩定的狀態，使得控制的精度隨之提高，并且對電動機的保護也更加全面和可靠。綜合考慮，使用變頻控制技術對控制的過程和結果都是百利而無一害的。

1 空壓機工作原理

在使用空壓機時需要采取科學有效的控制措施來保持其平穩運行，而目前最常使用的是裝置是壓力檢測裝置，其主要原理是當缸內的壓力超過正常的范圍的時候，就會啟動該裝置致使空壓機停止運行的狀態或者阻止空壓機自行開始工作，以此來保證空壓機可以處在正常的壓力范圍內運行。一般情況下，在使用空壓機時都會在內部放置大量的檢測控制裝置以維持機器內部平穩的運行狀態，而最常見的使用措施就是對其進行啟停控制。若想很好地保障空壓機維持平穩運行的狀態，則需要對其每個部分和各個要點的工作情況進行大致了解，從而選擇最恰當的方式。而要想控制好整機電氣，電路板的集成作用是不可忽視的。在出口處設置壓力限定范圍，一旦壓力超出該范圍后就會自動關閉進氣口，隨后進一步打開內循環系統保持內部穩定，這樣就能使其維持在一個恰當又合適的狀態中。

壓力通常在輸送氣體時發揮極為重要的作用，可以說是輸送氣體的主力軍。如果想要利用好壓力對氣體產生的推動作用，就要將壓力值控制在人為可控的適當范圍內。在使用空壓機時，使用者需要了解其內部處于何種狀態以及壓力所處的大致范圍。正常情況下，使用空壓機時通常會因為機器重復進行某項工作而導致內部壓力呈折線上升趨勢增加，這時就能夠通過觀察折線上升和下降的狀態了解空壓機內部運行的狀態:折線上升則代表空壓機已經開始自動工作，下降則代表空壓機已經停止運行。

2 變頻技術的使用特點

2.1 變頻技術的論述

變頻技術的合理運用可以有效控制設施的頻率，所以在使用該項技術的過程中需要充分了解變頻器的運用原理（此時可以參照直流電源和交流電源轉換兩個理論）。與此同時，變頻技術還容納了電子控制法和微計算機控制法來對設備輸出的功率進行合理控制。在使用時可以將變頻器與接口部分相連，通過轉換變化頻率對空壓機的轉速進行科學地控制，這樣能夠對能源起到很好的節約作用。

2.2 變頻技術存在的優勢

（1）沖擊性較小。在對空壓機進行變頻處理之后，可以有效緩解空壓機內部機械沖擊的強大力量。

（2）節能效果良好。為了確保空壓機的轉速處在適當范圍內，以及合理地控制排量和電源的頻率狀態，工作人員需要借助變頻技術對其進行操作處理，這能夠有效降低系統所受到的過大壓力。同時當空壓機持續保持在低壓力的運行狀態下，這項技術的使用也能夠降低資源的使用量，從而達到節約資源的作用。

（3）壓力調節準確性較高。舊式空壓機的變化頻率波動幅度較大，很難確定在一個固定的范圍之內，所以會給工作人員造成極大的工作負擔。他們必須對壓力進行有效的、合理的控制，以此來確保其在可控范圍內運動。這種做法能夠有效節約資源的使用，在避免浪費的同時維護空壓機平穩的運行。

（4）較少噪音。值得注意的是，變頻技術還能夠調控電機在運轉時所產生的速度，如果速度過快在使用過程中會出現噪音，嚴重者還會造成噪音污染。為了解決這一問題，可以將智能監控系統融入變頻技術之中，利用變頻的控制器將速度保持在正常范圍內，并且同時加強對空壓機出風量的控制。具體操作如下圖1。

圖1 變頻技術操作示意圖

上圖1中各項操作可以說一目了然，總的來說，就是需要先設定一個合理的壓力，再利用PID對設備輸出的功率，而在進行調節操作之前，還需要計算出頻率的相關數值。只有按照步驟進行如上操作，才能夠保障電動機的轉速達到正常的范圍。在將預期管理壓力控制到合理范圍之后，還需要對空壓機的壓力進一步進行控制。這是由于在使用空壓機的管路時，管路內部的壓力會產生波動，隨之帶動轉速發生變化，所以要先控制好轉速使其達到穩定狀態后，自然而然地將壓力控制在穩定的范圍狀態內。舊式空壓機的內部仍不完善，為了保證其平穩運行則需要增加實時監控系統檢測內部情況。

與眾多機器一樣，空壓機也包含眾多參數信息。工作人員要想掌握這些參數，則需要借助實時監控系統進行了解。實時監控系統可以通過觀察機體溫度，了解其是否在運行過程中存在故障，其中最為常見的方法是冷卻水出口的水溫測定法。這種方法的主要檢測方式是通過監測冷卻水的水溫來確保水泵保持正常運行的狀態。潤滑油監測法則是另一種方法，而正確地利用這一方法進行檢測可以了解到潤滑油的供給量是否充足，避免因為潤滑油過少而阻礙機體運行。

3 螺桿空壓機供氣控制方式簡介

螺桿式空壓縮機結構復雜，運行時間長，故而所需配備的電動機功率也極大，同時其設計也顯得沉重冗雜。在運行時，螺桿式空壓縮機的氣量會出現變化。下圖將以英格索蘭ML250螺桿空壓機的電控圖（見圖2）為例闡述空壓機供氣控制的原理。

圖2 原空壓機電控原理圖

現如今，最為常見的空壓機啟動方法有（Y－△）起動方式和三相異步電動機直接驅動兩種方式。而對空壓機各點的檢測則包含壓縮空氣的溫度、壓力，冷卻水壓力、油壓、油溫等等方面，具體有觸摸屏智能控制器集中控制、兩點式控制（加、卸載控制）或起停式控制三種方式。

在啟動智能控制器之后，KM1、KM3線圈就會受電進行運動，壓縮機的電動機也會呈y形起伏，大約在十秒后KM3會失去電力的支持，KM2又接續開始受電運動，此時的壓縮機的電動機由星型轉向三角形進行波動。隨后斷油電磁閥受電流影響呈打開狀，順勢將潤滑油噴入壓縮機室，此時的壓縮機呈空載狀況進行運動。

如果管網壓力低于最小值，步進電動機的控制進氣閥會逐漸打開，使空壓機由空載運行轉向滿載運行。當壓力值高于最大值時，此時氣缸內的壓力已經超過設定值的上限，空壓機會受其影響關閉進氣閥并同步打開內循環的管路，保持自循環卸載運行甚至直接停止運行。有實踐結果表明，如果頻繁進行加載和卸載運動或者頻繁啟動的話，對電網和供配電器保護設備造成的損害不可估量，更有甚者會直接導致能源的浪費。一般來說，空壓機空轉運行時，電力負荷保持在滿負荷的30%～60%，如果重新啟動則會增大空壓機內部的電流，此時的電流大概會超過額定電流的5到7倍。

4 空壓機能耗分析

空壓機在使用加載和卸載控制方式時，會對氣體進行壓縮，保持其壓力在pmin～pmax之間，pmin意味著壓力值最低峰值，此時能保證用戶進行正常的工作;pmax則相反，意味著最高峰值。而兩者之間的關系可以用如下公式進行表示:

δ是一個百分數，其數值大致在10%～25%之間。

變頻調速技術的應用可以幫助供氣量持續進行調節，這樣就能保障管網壓力保持在供氣的工作壓力之上（即pmin附近）。

根據筆者的調查可以發現，空壓機在進行加、卸載供氣控制的時候，通常會在兩個方面損耗能源，結果如下:

（1）壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量。在原控制方式的作用下，壓力即使達到達到pmin后，壓力值也會繼續上升直至pmax。在上升的過程中產生的大量熱量會向外界釋放，這不利于節約能源目標的實現。除此之外，高于pmin的氣體只有經過減壓閥減壓才能真正完整的進入氣動元件中，在這一過程也極容易造成能源的損耗。

（2）卸載時調節方法不合理所消耗的能量。一般來說，為了防止壓力達到pmax，空壓機通常采取以下方法進行降壓:首先需要關閉進氣閥，確保電動機停止運行保持空轉;然后將罐中壓縮出來的多余空氣從放空閥中卸出。但這一方法有利也有弊，其弊處在于會造成資源和能源的過度浪費。這是因為即使將進氣閥關閉，保持電動機空轉也無法長期確保空壓機處于空載狀態。準確來說，關閉進氣閥后的空壓機仍會作出回轉運動，甚至占據了90%的時間。這往往白費努力，進而造成大量的能源浪費。而在卸載供氣控制裝置的輔助下，空壓機的能源能夠得到有效的利用，減少浪費的產生。

5 變頻螺桿空壓機的控制原理

變頻控制空壓機系統流程圖如圖3所示，變頻控制空壓機根據用氣量自動改變主機轉速，及時反映系統壓力的變化，保持系統壓力穩定；當系統耗氣量降低時，壓縮機提供的壓縮空氣量將大于系統的消耗量。變頻壓縮機將降低轉速并輸出壓縮空氣量，以保持系統壓力穩定。如果系統耗氣量增加，壓縮機提供的壓縮空氣量將小于系統耗氣量，變頻壓縮機的轉速將相對增加，壓縮空氣量將輸出以保持系統壓力穩定。這種運行方式使變頻壓縮機能夠直接、快速地反映系統的壓力變化，并提供系統消耗所需的風量變化。通過這種運行方式，變頻壓縮機可以在輸出風量和能耗之間保持最佳的運行效率。管網壓力可以作為控制對象。壓力變送器YB將儲氣罐壓力P轉換成電信號，送PID智能調節器與壓力設定值p0進行比較。根據差值的大小，按既定的PID控制方式進行操作，并將控制信號送至變頻器控制電機的工作頻率和轉速，使實際壓力p始終接近設定壓力p 0，通過變頻器將空壓機電機從靜止啟動到旋轉啟動，實現了軟啟動，避免了啟動對空壓機的沖擊電流和機械沖擊。

圖3 變頻器控制空壓機系統流程圖

6 結語

綜上所述，為了確保空壓機能進行軟啟動且在啟動過程中平穩運行，降低峰值電流的影響，利用變頻技術對其進行控制必不可少。這種技術的使用能夠延長螺桿轉子以及電動機和電氣的使用壽命，降低維修的次數以此來確保它們的精度長時間保持較高水平。