空壓機(jī)變頻恒壓供氣節(jié)能

空壓機(jī)變頻恒壓供氣節(jié)能
　
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   1　引言 
    空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應(yīng)用。它擔(dān)負(fù)著為所有氣動(dòng)元件，包括各種氣動(dòng)閥門，提供氣源的職責(zé)。因此它運(yùn)行的好壞直接影響生產(chǎn)工藝。空壓機(jī)的種類主要有活塞式、螺桿式，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。 
2　電機(jī)原理及空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的電能浪費(fèi) 
2（1）交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:
　　　　　　　　　　　　　　　　n=60f（1-s）/p
　　　　　　　　　　　　　　　　其中 n—電機(jī)轉(zhuǎn)速　　　f—運(yùn)行電頻率;
　　　　　　　　　　　　　　　　p—電機(jī)極對(duì)數(shù)　　　　 s—轉(zhuǎn)差率;
2（2） 空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的問題 
2.1 能耗分析 
　　加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來回變化。Pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmax、Pmin之間關(guān)系可以用下式來表示:
　　Pmax＝（1＋δ）Pmin
δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在15%～30%之間。  
在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分:
（1） 加載時(shí)的電能消耗 
　　在壓力達(dá)到最小值后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升直到最大壓力值。在加壓過程中,一定要向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致電能損失。另一方面，高于壓力最大值的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓,這一過程同樣是一個(gè)耗能過程。 
（2） 卸載時(shí)電能的消耗 
　　當(dāng)壓力達(dá)到壓力最大值時(shí)，空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。據(jù)我們測算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的10%～25%（這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下）。換言之，該空壓機(jī)20%的時(shí)間處于空載狀態(tài)，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。 
2.2 其它不足之處 
（1）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。 
（2） 頻繁采用打開和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。 

3　恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì) 

　　針對(duì)原有供氣控制方式存在的諸多問題，可應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制。采用這一方案時(shí)，我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，壓力變送器YB將儲(chǔ)氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給PID智能調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值P0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)送變頻調(diào)速器VVVF，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力P0。同時(shí)，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。 

4　系統(tǒng)元器件的選配及系統(tǒng)的安裝與調(diào)試  
（1） 安裝 
　　控制柜安裝在空壓機(jī)房內(nèi)，與原控制柜分離，但與壓縮機(jī)之間的主配線不要超過30m。控制回路的配線采用屏蔽雙絞線，雙絞線的節(jié)距在15m以下。另外控制柜上裝有換氣裝置，變頻器接地端子一定不能與動(dòng)力接地混用，以上措施增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。 


（2） 調(diào)試 
　a） 變頻器功能設(shè)定（不同的工況及控制方式，功能設(shè)定可能不同） 

　01-00=1設(shè)定為1:運(yùn)行指令由外部端子控制 
　01-05=20加速時(shí)間:設(shè)定為20S,具體數(shù)值根據(jù)工況及生產(chǎn)要求 
　01-06=20減速時(shí)間:設(shè)定為20S
　01-10=50最大頻率:設(shè)定為50Hz（等于電機(jī)額定頻率）
　01-24=1 （設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)）
　01-25=100-105 電機(jī)過載保護(hù)水平:具體數(shù)值根據(jù)工況及生產(chǎn)要求 
　05-00=1 PI控制方劍荷櫛行?I> 
　05-01=0 PI調(diào)節(jié)誤差極性：設(shè)為正極 
　05-02=0 PI給定信號(hào)選擇：設(shè)為0
　05-03=72% （給定壓力值） PI數(shù)字給定值 （100%對(duì)應(yīng)10KG）
　05-04=1或2　PI反饋信號(hào)選擇 
　05-07=5-10 積分時(shí)間 5-10秒 
　05-09=25 PI調(diào)節(jié)運(yùn)行最小頻

（3） 調(diào)試中其他事項(xiàng) 
    增加工變頻裝置,整套改造裝置并不改變空壓機(jī)原有控制原理，原空壓機(jī)系統(tǒng)保護(hù)裝置依然有效。并且工頻/變頻切換采用了電氣及機(jī)械雙重聯(lián)鎖，大大的提高了系統(tǒng)的安全、可靠性。 
在調(diào)試過程中，將下限頻率調(diào)至40Hz，然后用紅外線測溫儀對(duì)空壓機(jī)電機(jī)的溫升及管路的油溫進(jìn)行了長時(shí)間、嚴(yán)格的監(jiān)測，電機(jī)溫升約2-4℃之間，屬正常溫升范圍，油溫基本無變化，排氣溫度下降5℃。所以40Hz下限頻率運(yùn)行對(duì)空壓機(jī)機(jī)組的工作很安全。 
（4）節(jié)電數(shù)據(jù) 


 
5　結(jié)束語 
    經(jīng)過一系列的反復(fù)調(diào)整，最終系統(tǒng)穩(wěn)定在39.5-42.5Hz的頻率范圍，管線壓力基本保持在0.69Mpa，供氣質(zhì)量得到提高。改造后空壓機(jī)的運(yùn)行安全、可靠，同時(shí)達(dá)到了工廠用氣的工藝要求。