空壓機恒壓變頻控制性能改進研究

吳蘊憲

摘要 空壓機一般采用電動機直接驅動，同時存在啟動電流不穩定，機械沖擊大等問題，通過增加變頻器，壓力變送器等控制組件，可以實現恒壓供氣，電動機變頻啟動，具有良好節能效果。

關鍵詞：空壓機；變頻；變送器；節能

空氣站是工業生產的必備設施，提供了最環保的動力源——壓縮空氣?？諌簷C是空氣站的核心設備， 一般采用電動機直接驅動。由于空壓機需要考慮在滿負荷運行的可能性，設計時一般是最大需求來進行設計電動機的容量，故設計容量一般偏大。在實際運行中，空載運行的時間所占的比例是非常高的。因此如果采用變頻調速，可以提高運行時的工作效率，節能的潛力很大。

1.空氣站工況分析

在我國工業生產中，空氣站使用較多的空壓機大多為螺桿式空氣壓縮機，螺桿式空氣壓縮機的工作過程主要為吸氣、傳輸、壓縮、排氣四個過程，通過螺桿的運動，壓縮螺桿與殼體的空間，使得空氣壓力升高，通過排氣口輸出至儲氣罐，再經過冷干，油氣分離，傳輸至用氣設備供使用。

在運行中，空壓機通過設定加載壓力和卸載壓力進行運行狀態切換，根據用氣設備的具體工況，當用氣量小于空壓機的排氣量時，傳輸空氣的管網壓力就會增加。當管網壓力達到空壓機所設定的卸載壓力值時，空壓機就會進入卸載狀態，停止空氣輸出，但此時電機仍處于工頻運行，無空氣輸出，屬于非經濟運行。

以圖1給出的空壓機數據為例，可以計算得出：空壓機運行時空載比例達到32.98% ，因此，降低空壓機的空載運行時間，將會大大提高空壓機的有效輸出。

當用氣量增大，管網壓力就會降低，當低于空壓機設定的加載壓力時，空壓機就會從卸載狀態切換至加載狀態。在加載狀態下，工頻啟動的瞬時電流會較大，同時機械沖擊大，頻繁加載、卸載會對空壓機造成磨損，減少其使用壽命，同時輸出的壓縮空氣壓力也會隨之波動，造成氣源不穩定的現象。

2.恒壓變頻性能改進過程

2.1 設計方案

按圖2所示進行改進后，空壓站應達到以下效果：

a空壓機通過變頻器驅動，保持恒壓供氣，減少氣壓波動

b空壓機卸載模式取消，減少空轉運行時間，降低能耗

c變頻器可以控制一臺或多臺空壓機，并且能實現工頻與變頻運行切換

d空氣站機械沖擊降低，噪音降低

2.2 實施方案

根據空壓站整體布局需要，可以引入空壓機電源作為變頻器供電電源，將變頻器與空壓機就近安裝。在儲氣罐處安裝壓力變送器，采集空氣壓力參數，把儲氣罐壓力作為控制對象，通過壓力變送器將儲氣罐內的空氣壓力轉換為電流信號反饋回智能控制器，與系統設定值進行比較運算，通過PID調節模式對變頻器的輸出頻率進行控制，進而控制空壓機的電機轉速，實現變頻運行。原有的工頻運行模式可以保留，作為備用。工頻和變頻模式可以通過切換電路進行切換。

3.性能分析

3.1 輸出壓力穩定

采用變頻控制系統后，可以實時監測儲氣罐內氣體的壓力，使空壓機輸出的壓縮空氣壓力與設定的氣壓相匹配，變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉速的改變而改變，讓供氣管路中的氣體的壓力保持相對穩定，提高了設備的運行效率和產品質量。

3.2 運行成本降低

空壓機的運行成本由三項組成：設備采購成本、維護成本和能源成本。根據數據統計顯示，其中能源成本占空壓機運行行成本的80%以上，通過變頻改造后能源成本可以降低20%左右，再加上變頻起動后，啟動電流小，空壓機根據用氣量自動調節電機轉速，電機運行頻率低，轉速慢，機械磨損小，延長了設備使用壽命，降低了維護工作量，后期維護成本也相應降低，所以運行成本將大大降低。

3.3 系統噪音降低

電機運轉頻率低，機械轉動噪音因此變小，通過變頻調節電機轉速的方式，不用反復加載、卸載，頻繁加卸載，氣壓不穩定的噪音也得以消除。

3.4 系統穩定性增強

改造后系統可以在原系統和變頻系統之間切換，增加了整套系統的抗風險能力。

4.結束語

隨著我國經濟的飛快發展，國家越來越關注高效低耗的技術，空壓機作為傳統耗電大戶，也越來越受到關注。伴隨變頻器技術的運用和普及，對傳統的空氣壓縮機進行恒壓變頻調速改造，具有顯著的經濟效益和社會效益，節省電能的同時也能提高了產出壓縮空氣的質量。

參考文獻：

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