高效節能驅動系統研究與應用

摘 要：從空壓機的根本能耗分析，搭建了空壓機節電王的動態優化控制模型，設計了實時采集系統氣壓、功率、轉速、加卸載時間等參數的主控制器。

關鍵詞：高效；節能；驅動系統

1 前言

空壓機作為一種廣泛應用于礦山、冶金等各種行業的重要機械，其工作原理是對氣體進行壓縮，使氣體的壓強增大，再經冷卻和緩沖以后向外輸送。其耗電量約占整個工業耗電量的15%左右，是名符其實的耗電大戶。本項目的主要原理在于根據空壓機的一系列變量的實時采樣，隨時計算出最優工作狀態，兼顧了氣體供應、能源消耗等方面，實現了最優節能。

2 項目原用能基本狀況

我礦地面壓風機房安裝SA220A-6K型螺桿式空氣壓縮機兩臺。額定電壓6000V，功率220KW，一用一備，每天運行24小時，每年運行時間330天。以滿足井下掘進頭正常供風。原用能狀況：一臺空壓機運行24h的電量為220x24x0.85=4500 Kwh。

3 方案設計

安裝空壓機節電王進行節能，提高壓縮效率，節約使用成本，并減少空壓機的故障概率，整體節電潛力不低于13%。空壓機節電王的主要原理在于不斷核算使用中的代價---耗電量，并且尋找到最節能的狀態，以便使空壓機總是在最節能的狀態下運行，在這種運行條件下，空壓機付出的動能總是最經濟的，產生的廢熱也是最低的，從而有效的阻斷了惡性循環。

項目實施內容具體為：

（1）安裝節電王設備與空壓機聯機，不影響正常的生產，節電王由監控驅動模塊、旁路電路、柜體構成。

（2）節電王串聯于空壓機供電線路中，內置旁路空切裝置，節電王出現故障不能影響空壓機正常運行。

（3）節電王需要采集空壓機壓力信號、加載信號及功率信號，但不影響空壓機的正常運行工況。設計框圖：

4 技術分析

（1）節能原理：是尋找最穩定、節能的工作狀況，并使空壓機運行于這種狀況下，它的設計思想是對空壓機的運行氣壓穩定性、設備穩定性、運行能耗等方面進行折中處理，在保證氣壓比較穩定條件下（但不是恒壓供氣），使得空壓機的出力處于高效、穩定的狀態，能夠提高空壓機的實際運行效率。同時它也能降低溫度、降低噪音、改善現場環境。它是空壓機的一個附屬設備，不影響空壓機的運行，也不改變空壓機的設定參數。

（2）節能特點：空壓機節電王內置智慧云終端，進行最優節電率的實時計算，具有很大的先進性。其主要特點在于，計算過程是按照最優控制進行的，得出的是最優解，因此現場的所有節能空間都將被充分利用。并且，在使用效果上，本產品具有以下不可比擬的優勢，概括為“一保”、“兩不”、“三降”。一保：具有自動旁路和手動旁路，萬一發生故障則自動恢復空壓機的原有工況，保證使用安全。兩不：不改變空壓機的任何設定值；不改變空壓機的任何操作模式，不增加任何額外操作。三降：降低空壓機的耗電量，平均16%，降低空壓機的油溫至少10℃，最多30℃，降低空壓機的故障率和維護成本。

（3）節電王與變頻器的區別：普通變頻是采用反饋控制，根據氣壓的變動不斷調節轉速，由于用氣量不斷變化，造成壓縮機轉速不斷變動，且呈現出自然振蕩，寬幅波動，對壓縮機很不利，運行時的噪聲聽起來也非常奇怪，讓人不能接受。壓縮機轉速不斷波動時效率也低，節能效果不理想。

5 節能空間的核算

本方案的主要原理在于根據空壓機的一系列變量的實時采樣，隨時計算出最優工作狀態；這個方案兼顧了氣體供應、能源消耗等方面，實現了最優節能。類似于一個不知疲倦的空壓機專家一直在對空壓機進行實時診斷，在調節的時候盡量做到最優，并盡量減少重復調節，使得空壓機的出力為最穩定狀態，達到設計最大效率運行，節能效果顯著。

6 效果

年節約電量112萬度，按平均電價0.7元/度，節約電費約78萬元/年，進一步提高了企業的能源利用水平，降低了企業成本。通過積極吸收國內外先進的節能技術、設備和先進的管理經驗，使公司實現了真正意義上的節能，進一步提高了企業的能源利用水平，降低了企業成本。

7 結語

本項目從空壓機的根本能耗分析，搭建了空壓機節電王的動態優化控制模型。設計了實時采集系統氣壓、功率、轉速、加卸載時間等參數的主控制器。通過主控制器實時計算，通過動態排序，尋找空壓機功耗最小的工作狀態。將此最優工作狀態傳遞給驅動器。驅動空壓機在最優工作狀態下運行，從而達到節約能耗的目的。本項目選擇的空壓機節電王具有節電率高；供氣量充足；控制系統簡單；抗干擾能力強；自動旁路、安全性高等優點。

作者簡介：郭長安（1979-），男，畢業于山東科技大學計算機科學與技術專業。