1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上空壓機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用淺析空壓機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵詞：變頻器 調(diào)速控制 空氣壓縮機(jī) 節(jié)能降耗作者：楊玉文 摘要：作為玻纖行業(yè)一種主動(dòng)力源有著重要的用途。本文通過(guò)對(duì)變頻節(jié)能原理及空壓機(jī)節(jié)能潛力的分析，闡述了變頻節(jié)能技術(shù)在空壓機(jī)中的應(yīng)用，對(duì)生產(chǎn)型企業(yè)怎樣有效的提高生產(chǎn)效率、工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本，保住產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)有著現(xiàn)實(shí)的意義。 引言隨著微機(jī)技術(shù)的日新月異、現(xiàn)代電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代調(diào)速控制理論的長(zhǎng)足進(jìn)步，通用變頻器作為一種智能調(diào)速“元件”，以其多用途、高可靠性和明顯的 節(jié)電效果迅速?gòu)V泛地應(yīng)用于各種大型自動(dòng)化生產(chǎn)線和各類電機(jī)控制上。空氣壓縮機(jī)是利用電能將空氣壓

2、縮，使其達(dá)到一個(gè)設(shè)定的壓力，作為一種穩(wěn)定動(dòng)力源推動(dòng)一般 產(chǎn)業(yè)機(jī)器。其電動(dòng)機(jī)的容量一般都較大，而它本身不能調(diào)速，不能按使用壓力或流量的變動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的目的，并且大多數(shù)是連續(xù)工作，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行，造成很大的浪費(fèi)，正因如此，其節(jié)能潛力很大。而80 年代初發(fā)展起來(lái)的變頻調(diào)速技術(shù)，正是順應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展的要求，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的智能電機(jī)時(shí)代。它一改普通電機(jī)只能以定速方式運(yùn)行的陳舊模式，使得 電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)負(fù)載在無(wú)須任何改動(dòng)的情況下即可以按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速輸出，從而降低電機(jī)功耗達(dá)到系統(tǒng)高效運(yùn)行的目的。80年代末，該技術(shù)引入我國(guó)并 得到推廣。傳統(tǒng)的控制方式容易對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，對(duì)本身也

3、有一定的損害。變頻節(jié)能是在流量變化時(shí)只要對(duì)轉(zhuǎn)速（頻率）稍作改變就會(huì)使軸功率有更大程度上的改變，就因有此特點(diǎn)使得變頻調(diào)速方式成為一種趨勢(shì)并且不斷深入的應(yīng)用于各行各業(yè)及其各種調(diào)速領(lǐng)域。變頻調(diào)速器為交流調(diào)速帶來(lái)一場(chǎng)革命。空壓機(jī)概況及采用變頻調(diào)速的必要性1、空壓機(jī)概況據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)，電能的60是被各行各業(yè)中廣泛使用的風(fēng)機(jī)、水泵所消耗，而空壓機(jī)則占了60中的15左右，可想而知其年耗電量有多大。而空壓 機(jī)不能排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以只能按最大需要來(lái)決定電機(jī)容童，設(shè)計(jì)冗余量一般偏大。在運(yùn)行中，輕載運(yùn)行時(shí)間所占的比例是很高的。同時(shí) 空壓機(jī)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通用設(shè)備，工作時(shí)間長(zhǎng)，配備電機(jī)功率較

4、大，盡管我們加強(qiáng)日常運(yùn)行管理如減少泄漏、合理潤(rùn)滑、定期維護(hù)，但是其蘊(yùn)藏的節(jié)能潛力遠(yuǎn)未被挖掘 出來(lái)。如果采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率，降低空壓機(jī)的功耗。2、改造的必要性空壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上所需要的軸功率，與排氣壓力、空壓機(jī)轉(zhuǎn)速有直接的關(guān)系，即在實(shí)際運(yùn)行中，由于壓縮空氣的使用隨時(shí)在變化，空壓機(jī)并不經(jīng)常在額定工況下運(yùn)行，而空壓機(jī)排氣壓力的高低則直接影響實(shí)際軸功率的大小。排氣壓力越高，所需軸功率也越大。另外，為滿足用氣量隨時(shí)變化的要求，儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力，對(duì)于空壓機(jī)氣量的供求關(guān)系表現(xiàn)為排氣壓力的變化。空壓機(jī)排氣量正好滿足生產(chǎn)用氣量要 求時(shí)，儲(chǔ)氣壓力保持不變，若能維持這種狀態(tài)當(dāng)然

5、最佳，但實(shí)際上用氣量是隨時(shí)變化的，而且設(shè)計(jì)選型中空壓機(jī)排氣量都要偏大于用氣量，如果空壓機(jī)仍恒速運(yùn)轉(zhuǎn)， 則儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體越積越多，當(dāng)罐內(nèi)壓力上升達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，一般采用兩種辦法：一種是空壓機(jī)卸荷運(yùn)行，不產(chǎn)生壓縮氣體，電動(dòng)機(jī)處于空載運(yùn)行，其用電量仍為滿 負(fù)載的30% -60%，這部分電能被白白浪費(fèi)掉；另外一種辦法是停止空壓機(jī)運(yùn)行，這樣似乎空壓機(jī)空轉(zhuǎn)或不斷放空所浪費(fèi)的電能被消除了，但是若無(wú)容積較大的儲(chǔ)氣罐，將會(huì) 帶來(lái)電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)，空壓機(jī)的空載啟動(dòng)電流大約是額定電流的57倍，對(duì)電網(wǎng)及其他用電設(shè)備沖擊較大，同時(shí)空壓機(jī)的使用壽命也會(huì)縮短。的 有些調(diào)節(jié)方式（如調(diào)節(jié)閥門或用膨脹閥調(diào)節(jié)卸載等）即使在需要流量較

6、小的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，電機(jī)功率下降值很小。采用變頻調(diào)速后，當(dāng)用氣量減小時(shí)，就可 降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而較大幅度減小電動(dòng)運(yùn)行功率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，同時(shí)還能十分方便地進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，能保持壓力、流量、溫度等參數(shù)的穩(wěn)定，從而大 幅度提升了控制品質(zhì)。情況變頻調(diào)速節(jié)能原理及實(shí)現(xiàn)方案1、節(jié)能原理由交流異步電動(dòng)機(jī)的基本原理可知，轉(zhuǎn)差功率Ps=SPM，與轉(zhuǎn)差率S成正比。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，通用變頻器的調(diào)速類型屬于轉(zhuǎn)差功率不變型，因此在種類繁多的調(diào)速類型中它的效率最高。通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Qn,Hn2,Pn3，即，流量與轉(zhuǎn)速成

7、正 比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。可見(jiàn)變頻節(jié)能的核心就是變頻控制能根據(jù)被控制對(duì)象的實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)匹配，并達(dá)到最高的功率轉(zhuǎn) 換效率。2、實(shí)現(xiàn)方案變頻調(diào)速系統(tǒng)以輸出壓力作為控制對(duì)象。由壓力傳感器取出的反饋信號(hào)，接到PID調(diào)節(jié)器，與預(yù)置的壓力給定信號(hào)相比較，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后的綜合信號(hào)接到變頻器 的輸入給定端，從而按壓力的變動(dòng)量決定電動(dòng)機(jī)的工作頻率和轉(zhuǎn)速的大小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。如果變頻器本身PID調(diào)節(jié)功能時(shí)，則不需外加PID調(diào)節(jié)器。近年來(lái)螺桿式空壓機(jī)以其良好的性能成為空壓機(jī)型中的佼佼者，工業(yè)使用量逐漸增多，它的啟動(dòng)運(yùn)行及保護(hù)多數(shù)采用PLC 智能控制。在對(duì)這類空壓機(jī)進(jìn)行改造時(shí)

8、應(yīng)特別注意，在保留原工頻系統(tǒng)基礎(chǔ)上加裝變頻器，做到工頻變頻互鎖切換，保持原系統(tǒng)噴油溫度、油過(guò)濾器、空氣過(guò)濾器、 軸承溫度、排氣溫度等五大保護(hù)不被破壞，同時(shí)應(yīng)注意變頻器所控電機(jī)不要再設(shè)熱繼電器作為工作過(guò)流保護(hù)，要通過(guò)對(duì)外部電路的合理設(shè)計(jì)，使空壓機(jī)起停操作規(guī)程 依然如前，操作簡(jiǎn)單，安全。圖1為一拖二空壓機(jī)系統(tǒng)改造方案：性能選擇1、變頻器容量的選擇選擇容 量的基本原則：最大負(fù)載電流不能超過(guò)變頻器的額定電流。一般情況下，按照變頻器使用說(shuō)明書(shū)中所規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)容量進(jìn)行選擇。但選擇時(shí)應(yīng)注意，變頻器的過(guò) 載能力允許電流瞬時(shí)過(guò)載為150額定電流（lmin）或120額定電流（1min），這對(duì)于設(shè)定電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

9、和制動(dòng)過(guò)程才有意義，而和電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載 200以上、時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾分鐘是無(wú)法比擬的。凡是在工作過(guò)程中可能使電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載的場(chǎng)合，變頻器的容量都應(yīng)加大一檔。必須說(shuō)明，空壓機(jī)變頻改造后，在運(yùn)行中隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的偏離，電機(jī)性能參數(shù)逐漸變差，低速時(shí)尤甚。由于某些通用變頻器低速特性不理想，所以最低頻 率越高越好，而且運(yùn)行頻率最好設(shè)定不要低于30Hz。從電機(jī)溫升的角度考慮，為了不降低電機(jī)的壽命，溫升必須在絕緣所限制的范圍以內(nèi)，這要看空壓機(jī)的運(yùn)行 工況，如果電機(jī)每次在最低頻率時(shí)連續(xù)工作的時(shí)間不長(zhǎng)，則可留用原選電機(jī)，反之則電機(jī)的容量應(yīng)提高一檔。2、變頻器類型選擇為達(dá)到最佳節(jié)能效果，改造應(yīng)注意：變頻器內(nèi)部由

10、交- 直-交逆變器產(chǎn)生的是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波，稱為SPWM波，這就不可避免地在異步電機(jī)的定子中含有高次諧波，諧波損耗的產(chǎn)生將使 電機(jī)溫升比變頻改造前有所提高，噪音有所增加，所以我們期望變頻器高次諧波分量越少越好，這也是檢驗(yàn)通用變頻器性能是否優(yōu)良的重要標(biāo)志之一，所以要慎重選 擇變頻器的類型。由于空壓機(jī)同時(shí)具備了變轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性，根據(jù)負(fù)載對(duì)供風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)要求，要選擇帶壓力反饋的矢量控制方式的變頻器， 能夠四象限運(yùn)行。如德國(guó)原裝的TP2200A系列變頻器，或?qū)ｉT用于風(fēng)機(jī)的臺(tái)灣普傳變頻器PI-168F系列，它們均采用多種控制模式包括磁場(chǎng)定向矢量控 制、直接轉(zhuǎn)

11、矩控制等，可以保證變頻器足夠的轉(zhuǎn)矩輸出。效果綜上所述，由于可 以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運(yùn)行，電機(jī)輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力- 轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)匹配，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來(lái)控制，壓縮機(jī)需要多大的功率，電機(jī)就輸出多大的功率，而不必做無(wú)用功，減少了電機(jī)的實(shí)際輸入功率，達(dá)到節(jié)能目 的。節(jié)能的第二方面是空壓機(jī)停止了空轉(zhuǎn)，電機(jī)不存在輕載運(yùn)行，這部分能量很可觀。眾多的改造資料顯示，改造節(jié)電率可達(dá)525%。相應(yīng)帶來(lái)的其他好處是：通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器可使空壓機(jī)保持在設(shè)定的壓力值工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，控制品質(zhì)大為提高。電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，壓縮機(jī)的使用壽命及檢修 周期都將得到大大延長(zhǎng)。空壓機(jī)排氣量由空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制，氣缸內(nèi)閥片不再反復(fù)地開(kāi)啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的 流動(dòng)與沖擊，維修工作量減少。同時(shí)變頻控制裝置，再設(shè)一套帶閉鎖功能的切換電路，即可實(shí)現(xiàn)1臺(tái)變頻主機(jī)帶2臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，這樣減少了1臺(tái)變頻器投入，經(jīng)濟(jì)效益 將會(huì)更加顯著。結(jié)語(yǔ)風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備采用變頻調(diào)整技