变频技术在空压机上的应用_空压机_变频调速

变频技术在空压机上的应用

2011/8/8 14:41:00

1 空压机工作原理与变频节能实施可行性
首先来了解一下空压机的基本工作原理。空压机结构复杂，运转时间长，配备的功率大。以活塞式空压机为例，在空压机工作过程中，活塞在气缸内作往复运动，周期性地改变缸内的容积，从而使气缸内气体容积发生变化，并与气缸内气阀相应的开启和闭合动作相配合，通过吸气、压缩、排气等动作，将自然气体或较低压力的气体（一级缸气体）升压，最终输出到储气罐内。为了满足设备的用气需求，储气罐内气体必须保持一定的压力，以作缓冲作用，加上设备自身的原因，空气压力变化幅度必然很大，通常采用切断进气的调节方式来改变排气量。理想状态是供气压力刚好满足需求，保持压力不变，实际上是办不到的，通常是空压机排气量大于实际用气量，空压机保持恒速运转，此时储气罐内气体越积越多，直到压力上升到设定的最高压力。通常采取以下两种方法解决高压问题：一是使空压机卸荷运行，保持运转但不产生气体，此时空压机消耗的功率一般在额定功率的50%左右，全是无用功；二是停止空压机的运行，这样看起来是节约了电能消耗，但是空气储存的容积有限，当气压低于下限压力值时，空压机再次以额定转速给储气罐加压，直到压力达到上限压力而停止运行，如此循环，如图1所示。这样频繁的启动和停止，不仅对电网和设备的冲击都很大，而且也缩短了空压机的寿命。实际上，空压机驱动时轴功率与排气压力和其自身的转速呈正比关系，也就是说在实际的运行中，由于设备用气随时在发生变化，致使空压机不能保持在额定的工况下运行，而其排气压力的高低则直接影响实际的轴功率的大小。

针对空压机的运行情况，设计出空压机专用变频节能控制器，可以十分方便地进行连续调节，保持压力、流量等参数的稳定（如图2所示）。当流量需要量减少时，就可降低电动机的转速，从而较大幅度地减小了电动机的运行功率，实现了节能的目的。
在空压机的整个运行过程中，如空载运行所占的时间比例啄（占空比）=t2/（t1+t2）=t2/T（见图3）越大，则电能浪费越严重，空压机效率越低，反之电能浪费越小，空压机效率越高。图3中，p0为空载运行压力，p0 =0（关断/停止）要下次起动有损耗，适用周期长次数多的运行情况。采用变频调速技术能很好地解决空压机空载能源浪费问题，根据空压机实际运行情况及经验总结，采用变频调速后的节电效果如图4所示，由占空比查图4，要考虑油路选单独泵飞溅方式阀。

2 变频节能解决方案
由于异步电机的转速

显然转速n与f成正比，只要改变f，即可改变电动机的转速。当频率f在0~50 Hz的范围内变化，电动机转速调节范围就非常的宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率来实现调速的。我们的实施方案是通过对空压机出口的压力取样，经过闭环自动调节控制技术实现对系统的有效控制。即由装在空压机出口的压力传感器检测到空气压力信号值，再经过模拟数字信号的转换，通过PID调节器的功能，在确保工作所需压力（根据各设备用气压力的实际情况）的情况下，保证电动机的最小功率输出，在精确控制压力的同时，实现电动机的软启动，而不会产生冲击电流（一般直接起动电流为额定电流的5~7倍），使空压机的使用寿命和检修周期都得到延长。
此外还提高了功率因数，改善了供配电系统的电力品质，降低了用电容量的要求，对电力缺相、欠电压、过电流及过载、过热等故障具有保护作用。相应带来的好处还有：由于供气压力的稳定，通过压力调节器，可使空压机保持在设定的压力值下工作，压力稳定可靠性高，且可无级设定，随时可调。空压机的排气量由空压机的转速来控制，气缸内阀片不再反复地开启和关闭，阀座、弹簧等工作条件也大大地得到改善，有效地避免了高温和高压气体急剧的流动和冲击，减少了维修的工作量。在系统设计过程中，还考虑了变频和工频的自由切换功能，一旦变频控制系统发生故障，立即可以切换到工频状态下工作，确保供气的可靠性。系统控制框图如图5所示。