博萊特變頻空壓機原理

　　1.1空氣壓縮機的工作原理

　　我們知道，壓縮機在1640年由德國試制成功到目前已有幾百年歷史。壓縮機是一種將氣體壓縮從而提高氣體壓力或輸送氣體的機器，(如圖)例如：活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯軸器直接驅動曲軸，帶動連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機氣缸內作往復運動，完成吸入、壓縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲壓罐內。其中，活塞組件，活塞與汽缸內壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動下，在汽缸內作往復運動以實現汽缸內氣體的壓縮。

　　空氣壓縮機在國民經濟和國防建設的許多部門中應用極廣，特別是在石油、化工、動力等工業領域中已成為必不可少的關鍵設備，是許多工業部門工藝流程中的核心設備。提供自動化生產所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力，是生產流程順暢之要素，瞬間的壓降，即會影響產品品質。

　　1.2原系統存在的問題

　　由于空壓機不能排除在滿負荷狀態下長時間運行的可能性，所以只能按最大需要來決定電動機的容量，設計余量一般偏大。工頻起動設備時的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護量大。雖然都是降壓啟動，但起動時的電流仍然很大，會影響電網的穩定及其它用電設備的運行安全，而且大多數是連續運行，由于一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現降速調節輸出功率的匹配，電機不允許頻繁啟動，導致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行，電能浪費巨大。

　　經常卸載和加載導致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使用壽命。空壓機的有些調節方式(如調節閥門或調節卸載等方式)即使在需要流量較小的情況下，由于電機轉速不變，電機功率下降幅度比較小。

　　綜上所述，若能采用變頻調速技術，當流量需要量減少時，就可降低電動機的轉速，從而較大幅度減小電動機的運行功率，便可以實現節能的目的。

　　1. 變頻改造方案設計要求

　　根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，空壓機變頻改造后系統應滿足以下要求：

　　1) 主電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不超過±0.02Mpa;

　　2) 系統應具有變頻和工頻兩套控制回路，確保變頻出現異常跳保護時，不影響生產;

　　3) 在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運行時，應保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。

　　2. 空壓機變頻改造的注意事項

　　1) 空壓機是大轉動慣量負載，這種啟動特點就很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現跳過流保護的情況，建議選用具有高啟動轉矩的無速度傳感器矢量變頻器，保證即能實現恒壓供氣連續性，又保證設備可靠穩定的運行;

　　2) 空壓機不允許長時間在低頻下運行，當空壓機的轉速過低，一方面將使空壓機的工作穩定性變差，另一方面也使缸體的潤滑變差，會加快磨損。所以工作的下限頻率應不低于20Hz;

　　3) 為了有效濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的電磁干擾，建議選用輸出交流電抗器，還可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動機的穩定性。

　　3. 變頻調速改造方案

　　威海某輪胎廠原有132KW空壓機5臺，65KW空壓機1臺，空氣壓力調節范圍較大，壓力不穩定，且不在用氣高峰時，有一臺空壓機在空轉，耗能較大。由于該公司生產主要集中在白天，而晚上用氣量小，到晚上就出現嚴重的 “大馬拉小車”的現象了，空載時間較長，造成巨大的能源浪費。2005年3月公司設備科，經過反復的技術研討，決定對該廠的空壓站進行變頻節能改造。

　　4.1系統參數

　　1) 空壓機型號：L型兩級雙缸復動水冷空氣壓縮機4L-20/8

　　2) 主電機型號：Y315M2-6

　　額定功率132Kw，額定電壓380V，額定電流250A 960r/min

　　3) 變頻器：132KW 額定電流253A

　　4) 遠傳壓力表：VTP10-A-G10-B

　　4.2 系統工作原理圖

　　根據該廠要求，我們采用兩個選擇開關和兩個交流接觸器，可對兩臺空壓機中的任意一臺進行變頻控制，同時保留原有的Y-△降壓啟動柜，當變頻故障時可切換至工頻運行。

　　變頻調速系統以輸出壓力作為控制對象。該系統采用科姆龍無速度傳感器矢量變頻器和遠傳壓力變送器SP，組成閉環恒壓控制系統，所需壓力值可由變頻器面板直接操作,現場壓力由變送器來檢測,反饋到變頻器，變頻器通過內置PID進行比較計算，從而調節其輸出頻率，達到空壓機恒壓供氣的要求。

　　4.3變頻器的特點

　　1) 變頻器是全新一代可以廣泛應用的多功能標準變頻器，使用先進的無感矢量( Sensor- Less vector)控制技術，為電機在低速運轉時提供更大的轉矩，可自動補償高負載時馬達的轉速變動。良好的動態特性，同時具備超強的過載能力，以滿足廣泛的應用場合;

　　2) 變頻器控制可以獲得接近閉環控制的性能，同時省去了速度傳感器，具有較低的維護成本。與傳統的V/F控制比較，無感矢量變頻器控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調節能力也得到改善，同時可以獲得較高的啟動轉矩，這在高磨擦與慣性負載的啟動中有明顯的優勢。正是由于這些驅動特性，該控制技術已逐漸成為通用恒轉矩驅動應用客戶的選擇。

　　4.4空氣壓縮機的變頻運行

　　變頻器從低頻起動壓縮機，由于起動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，強系統的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網和其它設備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

　　從系統參數中，我們了解到，132Kw的空壓機主電機額定電流是250A，裝變頻器之前，空壓機在加載時的運行電流是240A，卸載時的運行電流是150A。而用變頻器后的加載電流是200A，卸載時的電流是26A。據統計，其節電率可達25%～35%。另外，變頻器還具有一系列保護功能，例如：過載、過流、過壓、缺相等保護功能。

　　4. 空壓機變頻改造后的效益

　　1) 控制品質大為提高，可使壓縮空氣的壓力保持恒定;

　　2) 節約能源，降低運行成本;

　　3) 提高壓力控制精度;

　　4) 延長壓縮機的使用壽命;

　　5) 降低了空壓機的噪音。

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