變頻器在空氣壓縮機節能改造中的應用

兗州礦業（集團）公司濟寧三號煤礦空氣壓縮機在原有聯控系統的基礎上添加了高壓變頻調速系統，應用IGBT 直接串聯技術、直接速度控制技術、抗共模電壓技術和正弦波技術。 同時進行了運行方式的升級改造，消除了原系統啟動電流大、維修費用高、空載運行時間長和氣壓波動大等缺陷，達到了節能降耗的目的。

濟寧三號煤礦共安裝9 臺螺桿式空氣壓縮機，正常運行5 臺，總功率為2100 kW，年耗電量占工業生產耗電量的9.58%。 隨著礦井的開采，供風距離延長，系統存在以下問題：耗電大。空壓機滿載-空載交替運行，空載運行浪費電能；設備磨損大。空壓機頻繁啟停，使用壽命縮短，增加維護成本和工作量；影響電網安全。 空壓機電機直接起動，沖擊電流大，影響電網及其它用電設備的運行安全；供氣不穩定。 壓力的調節靠進氣閥的開閉來完成，無法閉環控制，調節精度差，難以保證氣源穩定。 經調查研究，采用IGBT 直接串聯高壓變頻技術對空壓機實施節能改造，解決能源浪費和安全經濟運行的問題。

⑴節能改造的原理

根據空氣壓縮理論，空壓機的軸功率、排氣量和軸轉速符合下列公式：

Pr=n mr/9553 Vd1=KVh1n2

式中 Pr——空壓機軸功率，kW

n——空壓機軸轉速，r/min

mr——空壓機輸入的平均軸扭矩，N·m

Vd1——在n2轉速下的排氣量，m3/min

K——與汽缸容積、溫度、壓力和泄露有關的系數

n2——變頻調節后的空壓機轉速，r/min

Vh1——一級缸容積，m3

根據上述理論分析，在空壓機的汽缸容積不能改變的條件下，只有調節空壓機的轉速才能改變排氣量；空壓機是恒轉矩負載，空壓機軸功率與轉速呈正比變化；在空壓機總排氣量大于用氣量時，通過降低空壓機轉速調節供風壓力，是空壓機經濟運行的有效方法。

⑵改造的實施

原工況中，9 臺空壓機循環投入使用。 為使投入產出效益最大化，確定采用1 臺JCS6k-315型空壓機專用高壓變頻裝置分別對2 臺6 kV 空壓機進行“一拖二”的變頻控制。 安裝時，保留原空壓機的控制柜，將變頻器控制柜主電路輸出接到原控制柜相對應的空壓機電機的接觸器上，實現工頻和變頻的互鎖。操作時只需對變頻控制柜進行操作即可。

運行原理如下：

①KM30 和 KM80 互 鎖 ；KM30 和 KM31 互鎖；KM80 和 KM81 互鎖。

②在設備第一次運行時，首先人工投入變頻調速裝置，并設定好所需的壓力值。 當聯控系統選中3#或8#空壓機運行時，KM3 或KM8 閉合，此時 KM30 和 KM81 或 KM80 和 KM31 閉合，3#或8#空壓機就會在變頻狀態下啟動并運行。

③當3# 或8# 空壓機已在變頻狀態下運行時， 此時如果聯控系統選中了8# 或3# 空壓機，由于 KM30 和 KM80 互鎖，8# 或 3# 空壓機就會在工頻狀態下啟動并運行。

④在變頻運行時采用人工手動或傳感器反饋自動進行頻率調節，控制電機的轉速，拖動負載變轉速運行， 實現設備的手動或自動變頻調速。

⑶效果

節能技術改造后，經過測試各運行參數一直正常，變頻器質量性能良好，安全可靠，變頻器運行穩定，管網壓力波動范圍較小，能夠滿足礦井用風需求，達到了安全生產和節約用電的雙重效果。 8# 空壓機原工序能耗 0.129 kWh/m3·MPa，現工序能耗 0.114 kWh/m3·MPa，8# 空壓機平均月工作量 1 002 019 m3·MPa， 節約電費 (0.129-0.114)×1002019×12×0.60=10.82 萬元， 節約材料費7 萬元左右， 人工維護費用約3 萬元左右，年合計約20.82 萬元； 滿足了井下用風量的需求，減小空載運行時間，降低工序能耗，實現節能降耗的目的。