The Application of Delta B Series Frequency Converter in Air Compressor’s Alteration
【摘要】空壓機(jī)，全名為空氣壓縮機(jī)，是一種工礦企業(yè)中最常用的空氣動(dòng)力提供設(shè)備，將變頻器導(dǎo)入空壓機(jī)，使得空壓機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行成本降低，達(dá)到節(jié)能的效果。
【Abstract】Air compressor is one of the most commonly used air power in industrial and mining enterprises.The introduction of frequency converter into the air compressor reducing the cost of air compressor system and saving energy.
【關(guān)鍵詞】空壓機(jī);變頻器;節(jié)能
【Keywords】Air compressor;Frequency converter;Energy saving

1  螺桿式空壓機(jī)工作原理簡(jiǎn)述　　
　　螺桿式空壓機(jī)是由一對(duì)相互平行齒合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實(shí)現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉(zhuǎn)子的槽也陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒被主電機(jī)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。
　　原空壓機(jī)的主電機(jī)運(yùn)行方式為Y-△降壓起動(dòng)，然后全速運(yùn)行。具體操作程序?yàn)椋喊聪聠?dòng)按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動(dòng)器線圈并打開斷油閥，空壓機(jī)在卸載模式下啟動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣閥處于關(guān)閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力。等降壓2秒后空壓機(jī)開始加載運(yùn)行，系統(tǒng)壓力開始上升。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)上限值，即起跳壓力，控制器使進(jìn)氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣，壓縮機(jī)空載運(yùn)行，直到系統(tǒng)壓力跌到壓力開關(guān)下限值后，即回跳壓力下，控制器使進(jìn)氣閥打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)滿載運(yùn)行。
　　空壓機(jī)的工作過程如圖1所示。

圖1 空壓機(jī)工作過程

2  空壓機(jī)運(yùn)行中自身存在的問題
　　主電機(jī)雖然采用Y-△降壓起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，并且有一定的啟動(dòng)時(shí)間,這段時(shí)間消耗的電能不容忽視。另外啟動(dòng)時(shí)大電流的沖擊會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全。
　　主電機(jī)時(shí)常工作在滿負(fù)荷上，但能量浪費(fèi)在出口閥門上，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
　　主電機(jī)工頻運(yùn)行致使空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)噪音很大。
　　主電機(jī)工頻起動(dòng)設(shè)備的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)工作時(shí)機(jī)械量大。
　　當(dāng)卸荷運(yùn)行時(shí)那部分電流不是做有用功的, 而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗.這種機(jī)械式調(diào)節(jié)裝置雖然也能起到壓力調(diào)節(jié)作用,但是壓力調(diào)節(jié)精度低，壓力波動(dòng)大;壓縮機(jī)總是在額定轉(zhuǎn)速下工作，機(jī)械磨損大、電耗高　
3  空壓機(jī)變頻節(jié)能原理
　　由于許多空壓機(jī)運(yùn)行方式是加載、卸載方式。卸載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn),造成能源浪費(fèi)。變頻控制即通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制空壓機(jī)單位時(shí)間的出風(fēng)量，從而達(dá)到控制管路的壓力。
　　控制原理是：通過壓力變送器測(cè)得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較，得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動(dòng)機(jī)的頻率值。由變頻器輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電，調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，空壓機(jī)輸出相應(yīng)的壓縮空氣至儲(chǔ)氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。

圖2 控制原理圖

4  空壓機(jī)變頻改造后的效益
　　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，能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的，根據(jù)空氣量需求來(lái)供給的壓縮機(jī)工況是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀。
　　運(yùn)行成本降低。傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購(gòu)成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占?jí)嚎s機(jī)運(yùn)行成本的77%。通過能源成本降低24.3%，再加上變頻起動(dòng)后對(duì)設(shè)備的沖擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。
　　提高壓力控制精度。變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。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。由于變頻控制電機(jī)速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。
　　延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命。變頻器從0HZ起動(dòng)壓縮機(jī)，它的起動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整，從而減少起動(dòng)時(shí)對(duì)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)的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長(zhǎng)。此外，變頻控制能夠減少機(jī)組起動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)，這一波動(dòng)電流會(huì)影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動(dòng)電流的峰值減少到最低程度。
　　降低了空壓機(jī)的噪音。根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定表明，噪音與原系統(tǒng)比較下降約3-7dB。　　
5  變頻器改造要求
　　現(xiàn)場(chǎng)空壓機(jī)功率：30KW，最大工作電流59A。
　　設(shè)計(jì)要求：主電機(jī)變頻器運(yùn)行狀態(tài)保持儲(chǔ)氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動(dòng)范圍不超過±0.01Mpa；保持原有的工頻控制系統(tǒng)，以確保變頻器出現(xiàn)異常保護(hù)時(shí)，可以直接切入工頻，不影響生產(chǎn)；在用氣量較小的情況下，變頻器處于低頻運(yùn)行或者進(jìn)入休眠狀態(tài)，應(yīng)保障電機(jī)繞組溫度不超過允許的范圍。
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況：選用臺(tái)達(dá)B系列變頻器：VFD300B43A；額定電流：60A；過載能力：變頻器額定輸出電流150%，1min。
　　改造電氣原理圖如圖3。

圖3 改造電氣原理圖

6  結(jié)束語(yǔ)
　  綜上所述，由于空壓機(jī)可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運(yùn)行，電機(jī)輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力與轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)匹配，減少了電機(jī)的實(shí)際輸入功率，達(dá)到節(jié)能目的。即電機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來(lái)控制，壓縮機(jī)需要多大的功率，電機(jī)就輸出多大的功率，而不必做無(wú)用功，從而取得良好的節(jié)能效果，其次，空壓機(jī)停止了空轉(zhuǎn)，電機(jī)不存在輕載運(yùn)行，這部分能量很可觀。相應(yīng)帶來(lái)的其它好處是：供氣壓力穩(wěn)定，通過壓力調(diào)節(jié)器，可使空壓機(jī)保持在設(shè)定的壓力值下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，而且壓力可以無(wú)級(jí)設(shè)定，隨時(shí)可調(diào)。電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，壓縮機(jī)的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長(zhǎng)。空壓機(jī)排氣量由空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制，氣缸內(nèi)氣閥片不再反復(fù)地開啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動(dòng)與沖擊，維修工作量減少。