變頻技術在空壓機技改應用中的誤區之我見

顧健

摘要：本文匯集了傳統空壓機變頻器改造中應注意的幾個問題，通過空壓機的變頻改造，做到既能滿足生產工藝的要求，又能達到節能降耗的目的。

關鍵詞：變頻器；空氣壓縮機；節能降耗

空壓機是很多企業常用設備之一。據統計，在工業生產中空壓機的用電量占全部用電設備的9%，傳統的空壓機主要采用三相異步電動機Y-Δ啟動方式，工頻恒速運行，壓力和流量的調節靠閥門和旁通完成。由于工業設計時壓縮空氣供應系統必須按工廠負荷最大時設計，并且留10%～20%設計余量，空壓機正常不會運行在滿負載狀態下，而是隨著實際生產的需求波動，所以節能的空間很大。為了使空壓機能夠提供較穩定的壓力及運轉模式，也為了節約能源，可以設計不同的控制方式。變頻調速技術，作為一項節能手段，在風機、水泵等設備的技改中得到廣泛使用，可大大降低企業的生產成本。根據具體情況，風機、水泵等設備采用變頻調速后，節電率在20%～40%范圍內，通常1～2年內可收回變頻器及其他安裝等附加費用等投資。

空壓機的種類有很多，有活塞式空壓機、螺桿式空壓機、離心式空壓機，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但存在能耗高，進氣閥易損壞、供氣壓力不穩定等諸多問題。變頻器則是改變了傳統空壓機的工作原理，它采用的是：以軟啟動、消除諧波干擾、無功補償等功能及平滑變頻調速的特點對流量壓力進行平穩的調節，用改變電動機的轉速來取代閥門調節的供氣方式，使其與流量、壓力與其功率相匹配。空壓機系統采用變頻器控制空壓機的轉速從而達到節能是一種較為科學的節能控制方式。當電機轉速降至額定轉速的80%時，則空壓機供給管網流量降為80%，管網壓力降為（80%）平方，電機消耗功率則降為80%的立方，即節能為51.2%，扣除電機機械損耗和電機銅損、鐵損等，其節能效率在40%左右。正因為變頻調速的這些優點，許多生產企業在空壓機的技改中首選方案就是加裝變頻器。殊不知，不恰當的使用變頻器不僅不能達到節能的目的，還有可能造成空壓設備的嚴重損壞，造成不必要的損失和浪費。根據這幾年的監測情況對原有空壓機進行節能改造應注意的問題歸納如下：

一、空壓機的節能改造必須考慮符合GB/T16665-1996標準要求

無論是活塞式空壓機、螺桿式空壓機、離心式空壓機在設備出廠時其性能指標均能達到GB/T16665-1996的指標要求，使用者在使用過程中只要嚴格按照使用說明正常維護其設備的運行指標均完全能符合GB/T16665-1966的指標要求。但如果不針對不同機型，盲木套用，一裝了事，滿頻（50Hz）或低頻（20Hz及以下），其運行指標遠遠偏離GB/T16665-1996指標要求，造成節能監測不合格。不僅達不到節能的目的，而且嚴重危及生產和設備安全，甚至造成空壓設備嚴重損壞。

二、變頻器的選用

由于空壓機是大轉動慣量負載，啟動時，很容易引起變頻器出現過流保護動作。因此，應選用無速度傳感器矢量變頻器，既能保證機組工作的連續性，又能保證設備穩定可靠的運行；一般往復式壓縮機在工作中，壓縮機利用曲軸將電機的旋轉運動轉化為往復式運動，轉矩隨著曲軸的角度而改變，在這種情況下，電動機的電流隨負載的變化而產生較大的波動。所以，目前對往復式壓縮機存在的這些問題限制了變頻技術在壓縮機的推廣應用，其中最嚴重的是低速范圍內的轉矩和轉速波動及由此帶來的低頻噪聲和震動等問題。不推薦用變轉矩的變頻。同時功率選用比空壓機功率大一等級的變頻器，以免空壓機啟動出現頻繁跳閘的情況，也便于日后的系統工況擴展。為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減少因高次諧波引起的電磁干擾，選用輸出交流電抗器，還可以減少電機運行的噪音，提高電機的穩定性；為了防止非正弦波干擾空壓機控制器，變頻器輸入端應有抑制電磁干擾的有效措施。控制線信號線采用屏蔽纜線，布線時要和動力電路分開，防止干擾引入電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。

三、空壓機不允許長時間在低頻下運行

由于轉速過低，其工作穩定性差，壓縮機的缸體的潤滑變差，會加重機械磨損，效率下降。一般情況下不低于20Hz為佳；如活塞式空壓機、螺桿式空壓機，轉速太慢時，不但會影響工作效率，也會因電機轉速太慢造成油壓過低而油壓報警及跳閘停機，為使其不會由于油壓低報警，同時由于轉速較低，大部分的原有空壓機電機為普通電動機是設計成為電網直接運行的，而電網電壓波形基本為正弦波，如果變頻器輸出波形質量不好的話，會對電動機產生不良影響。因此變頻器參數中“最低輸出頻率”值的設置十分重要，設置過低會影響其正常工作，設置過高又影響節電效果，根據實際運行的情況來看“最低輸出頻率”設置在30Hz較為適宜。在實際技改過程中，相對于傳統的空壓機而言，購買先進的變頻速度控制的新型空壓機產品在購買成本上付出的多余部分將在使用一到兩年后從電能節省中獲得相應回報。

有資料顯示，在滿載情況下，安裝變頻器的空壓機耗電將超過4%（為變頻器本身的損耗），當空壓機長期工作在滿載情況下時沒必要安裝變頻器。在空壓機多機應用中，傳統的控制壓力或出氣量的方法是將多臺空壓機全部運行，并通過加載和卸載來調節，最終達到壓力或出氣量的控制要求。顯然，所有的空壓機都是在全速運行，耗電嚴重且控制頻繁，尤其是在加一臺太多但減一臺又太少的情況下。因此，對于多機進行變頻控制是非常理想的。如果空氣壓力要求高或出氣量不高，只需要一臺空壓機工作即可，這時變頻空壓機便通過調節電機轉速來達到要求；當變頻空壓機電機的頻率達到50Hz其出氣量仍無法滿足要求時，便要求加入1臺常規（即工頻供電）空壓機進行運行，變頻空壓機則通過速度調節來滿足要求；當變頻空壓機電機的頻率再次達到50Hz仍無法滿足要求時，則需要加入2臺常規空壓機來進行運行，變頻空壓機則通過速度調節來滿足出氣量或壓力要求。反之，當壓力或出氣量太富余時，則要求減去相應的常規空壓機。

在空壓機的變頻改造過程中還會遇到如電機過熱、諧波治理等其他問題，但變頻調速技術作為一項節能手段在空壓機系統的應用無疑是一個很好的方法，可大大降低企業的生產成本，降低生產設備的故障率，延長設備的使用壽命，產生較好的經濟效益。