變頻器在空壓機(jī)上的應(yīng)用

氣動技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段，在汽車制造、生產(chǎn)自動化、機(jī)械設(shè)備、半導(dǎo)體及家電制造，包裝自動化方面有廣闊的應(yīng)用前景。是各類工業(yè)企業(yè)的重要能源和控制設(shè)備。空壓機(jī)按壓力高低可分為低壓型（0.2Mpa～1.0Mpa）、中壓型（1.0Mpa～10Mpa）和高壓型（>10Mpa）。目前應(yīng)用最多的為雙螺桿型低壓壓縮機(jī)，其基本原理為：兩個咬合的螺旋轉(zhuǎn)子以相反方向轉(zhuǎn)動，它們當(dāng)中的自由空間的容積沿軸向逐漸減小，從而兩轉(zhuǎn)子間的空氣逐漸被壓縮。它可連續(xù)輸出無脈動的流量大的壓縮空氣，出口空氣溫度為60度左右，經(jīng)后冷卻系統(tǒng)降溫去除水蒸氣和變質(zhì)油霧后送到用氣單位。

一、空氣壓縮機(jī)工作過程概述

空氣壓縮機(jī)在出廠時配套的排氣壓力調(diào)節(jié)裝置，多數(shù)為關(guān)閉進(jìn)氣管式壓力調(diào)節(jié)器，其工作原理是當(dāng)儲氣罐（風(fēng)包）內(nèi)空氣壓力超過設(shè)定的壓力時，壓縮機(jī)進(jìn)氣管上碟閥自動關(guān)閉，壓縮機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài)，空氣壓縮機(jī)的排氣量和壓力，在運轉(zhuǎn)中也不是不變的，常因工況變化導(dǎo)致用氣量變化，所以空氣壓縮機(jī)工作時總是在重復(fù)滿載-卸荷工作方式。滿載時的工作電流接近電動機(jī)的額定電流，卸荷時的空轉(zhuǎn)電流約為30%～50%電動機(jī)額定電流，這部分電流不是做有用功，而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。

二、空氣壓縮機(jī)調(diào)速原理

根據(jù)空氣壓縮理論，壓縮機(jī)的軸功率、排氣量和軸轉(zhuǎn)速符合下列公式：N=Mr×n/9553（KW），式中：N-壓縮機(jī)的軸功率（kw），Mr-壓縮機(jī)輸入的平均軸轉(zhuǎn)矩（N.m），n-壓縮機(jī)的軸轉(zhuǎn)速（r/min），Vd1=Kr×Vh1r×n2（m3/min），Vd1—在n2轉(zhuǎn)速下的排氣量（m3/min），K—與汽缸容積、壓力、溫度和泄漏有關(guān)的系數(shù)。Vh1—一級缸容積（m3），n2—調(diào)節(jié)后的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。根據(jù)上述理論分析，在空氣壓縮機(jī)的汽缸容積不能改變的條件下，只有調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速才能改變排氣量；空氣壓縮機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，壓縮機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速呈正比變化。在壓縮機(jī)總排氣量大于總用氣量時，通過降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供風(fēng)壓力，是達(dá)到壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運行的有效方法。在可以選用的壓縮機(jī)變極電動機(jī)、改變皮帶輪傳動比、串極調(diào)速等調(diào)速方法中，變頻調(diào)速與其他調(diào)速方法相比，具有無極調(diào)速、容易實現(xiàn)自動控制，不用改變設(shè)備結(jié)構(gòu)和安裝量小的特點。變頻調(diào)速的優(yōu)點是壓力給定方便，根據(jù)用氣量的變化隨時調(diào)整設(shè)定值，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力閉環(huán)運行，實現(xiàn)壓縮機(jī)的恒壓供應(yīng)。

三、空氣壓縮機(jī)選用變頻器時的有關(guān)要求

空氣壓縮機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，應(yīng)選用通用型變頻器，壓縮機(jī)選用變頻器托動的主要目的是按需要的用風(fēng)量，合理調(diào)節(jié)供氣壓力的設(shè)定值，實現(xiàn)穩(wěn)壓節(jié)能運行。按配套電動機(jī)額定功率選用相同容量的恒轉(zhuǎn)矩變頻器。變頻器要有內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能和4～20Ma，或0～10V模擬信號接口；使用地點的電壓變動率要在變頻器允許輸入電壓范圍內(nèi)。

空壓機(jī)變頻調(diào)速可以實現(xiàn)自動和手動控制模式。在自動模式下利用壓力變送器檢測輸出壓力來控制空壓機(jī)運行速度，壓力傳感器安裝在總排風(fēng)管上，將檢測到的的壓力信號轉(zhuǎn)換成變頻器可以識別的模擬電壓信號或電流信號（0～5V，0～10V，4～20mA），反饋給變頻器，如果空壓系統(tǒng)是單臺運行可以直接使用變頻器的內(nèi)置PID功能，實現(xiàn)壓力自動調(diào)節(jié)。在設(shè)計施工中，應(yīng)保證保留工頻備用裝置，一旦變頻器出現(xiàn)故障，可以使用工頻系統(tǒng)，保證生產(chǎn)的繼續(xù)。對于用氣量較大、空壓設(shè)備較多的企業(yè)，還可通過利用PLC編程實現(xiàn)更多功能、更多設(shè)備聯(lián)動的的精確控制。

四、改造后的運行效果

壓縮機(jī)變頻改造后運行平穩(wěn)，控制精度更高，工作壓力保持恒定；由變頻器控制壓縮機(jī)的自動運行是啟動和停機(jī)更加平穩(wěn)。設(shè)備改造后可以實現(xiàn)供風(fēng)壓力閉環(huán)控制，減少了壓縮機(jī)的啟停次數(shù)，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度；降低了耗電量和機(jī)械磨損，延長了設(shè)備的使用壽命。

五、空壓機(jī)變頻改造的意義

（1）節(jié)約能源。變頻器控制壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓縮機(jī)比較，最突出的效果就是節(jié)約能源，我們可以根據(jù)用氣量大小來控制空氣壓縮機(jī)工作在最經(jīng)濟(jì)的運行狀態(tài)。（2）提高壓力控制精度。變頻控制系統(tǒng)在自動控制狀態(tài)下通過PID算法具有精確的壓力控制能力。變頻控制壓縮機(jī)的輸出氣量隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變，有效地提高了工況的質(zhì)量。（3）延長壓縮機(jī)的使用壽命。變頻器可以在提升轉(zhuǎn)矩的情況下從較低頻率起動壓縮機(jī)，它的起動加速時間可以調(diào)整，避免了工頻直接啟動。從而減少起動時對壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)運行的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長。