空壓機傳動變頻解決方案

摘要 本文主要指出了傳統空壓機存在的缺陷，通過分析其工作原理，給出了變頻解決方案。改造后的空壓機的綜合經濟效益可觀。

關鍵詞 空壓機，變頻，解決，效益

1原系統分析及缺陷

傳統空壓機驅動電機均無轉速調節的功能，一般使用氣缸上下限壓力檢測來啟動電機或是加裝離合器達到相對恒定壓力控制，因此其存在以下的缺陷：

（1） 電網沖擊大。電機啟動時有6倍的沖擊電流，形成對電網和機械負載的沖擊；電機軸承的磨損大，所以設備維護工作量大。

（2） 浪費電能。電機空載時，出現較頻繁的排空放氣現象，浪費電能較嚴重。

（3） 上下限壓力不易調節。壓力調節太小易造成不斷的起停而燒毀電機或者啟動電磁開關；壓力調節太大則易形成管路高壓力、高傳送損失、漏氣、管路破裂的危險，而且壓力范圍波動太大無法滿足現代化工藝的要求。

（4） 噪音大。空壓機自動排空放氣時噪音極大，造成環境污染。

用變頻調速器對現有的空壓機系統進行改造，建立恒壓供氣系統，可達到節電、減少噪音、降低設備磨損、減少對電網沖擊、提高功率因數、穩定產品質量等效果。

2空壓機工作原理分析

空壓機的工作原理是：活塞在氣缸內往復運行，周期性地改變缸內的容積，從而使氣缸內氣體容積發生變化，并與氣缸內氣閥作相應的開閉動作配合，通過吸氣、壓縮、排氣等動作，將無壓或低壓氣體升壓，經過兩級加壓后輸送到儲壓罐內。

空壓機靠儲氣罐的壓力反饋回路、空壓機氣壓調節機構(減壓閥和壓力調節器)來調節進氣口閥門的打開或關閉，把壓力控制在0.6～0.7MPa范圍內，空壓機卸載時電動機繼續空載運轉，運轉電流仍較大，此時能耗約占空壓機滿載運行的50%～60% ，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。當負荷變化大時，空壓機減荷閥開啟很頻繁，而單靠空壓機調節機構并不能實現恒壓調控，同時能量消耗很大。此外，空壓機的負載有別于風機、水泵和運輸負載，其運行特性曲線如圖1所示。

由圖1可以看出其負載特性(轉速一轉矩特性)類似于恒轉矩特性。

根據上述原則，系統配置如表1。

3變頻改造

變頻器安裝時，要保證變頻控制系統與原工頻控制系統可自由切換，以便變頻器系統有故障時可以方便地切換到工頻系統，保證生產的連續性。系統變頻改造后的簡圖見圖2。

由于儲氣管壓力波動小，直接供氣給生產車間，所以最能直接反映管網的實際壓力，故壓力變送傳感器應安裝在儲氣管上，并且盡量遠離蝶閥位置。進氣門反饋氣管已去掉，進氣一直處于打開狀態。F1000-G變頻器分別接各自的壓力變送器將實際壓力變送反饋信號（4～20mA）輸入PID調節器，PID調節器根據設定的壓力與實際壓力進行比較，PID調節輸出0～10的模擬電壓信號給變頻器的V2通道，調節電機轉速，使儲氣罐壓力維持在所需的恒定壓力值上，當生產車間的用氣量增大時，實際壓力低于設定的基準壓力，變頻器調節電機的轉速提高；當用氣量減小時，實際壓力高于設定的基準壓力，PID調節器控制變頻器調節電機的轉速降低，當變頻器的轉速達到下限設定頻率，實際壓力仍然高于設定的基準壓力，變頻器延時等待一定的時間后電機停轉（不耗電）。當用氣量增加，壓力降到設定的下限壓力時，變頻器將自動啟動繼續維持設定的基準壓力。F1000-G變頻器低頻啟動力矩很大，可以將空壓機帶起繼續恒壓控制。

4綜合效益分析

從變頻器改造前后的比較表（表2）可見，變頻改造后具有以下優點：

（1） 節省電能。功率因數提高到0.95以上，減少了無功損耗。

（2） 實現了自動控制，不必人工手動起停空壓機，降低了勞動量。

（3） 降低噪音，減少了環境污染。供氣系統由于實現了變頻調速控制，消除了排空放氣的現象，從而改善了噪音對環境的污染。

（4） 延長了機械部件的使用壽命。使用變頻調速器后，空壓機大多數時間運行在工頻之下，能明顯減少機械部件的磨損，延長機械使用壽命，減少維修費用和縮短維修時間。

（5） 實現了軟啟動。

（6) 實現了恒壓供氣。

（7） 故障檢測齊全，運行可靠，避免了火災，故障率幾乎為零。

（8） 根據設備的具體情況可以節電20%～40%，經濟效益可觀。