1 引言 空壓機(jī)在工礦企業(yè)中應(yīng)用十分普遍，其配套電動(dòng)機(jī)容量一般都較大，而且大多數(shù)是常年連續(xù)運(yùn)行，但是其負(fù)載卻是一直變化的，故節(jié)能潛力很大。 在設(shè)計(jì)選用空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)容量時(shí)，通常是按空壓機(jī)滿負(fù)荷長時(shí)間運(yùn)行來選擇的，故設(shè)計(jì)容量一般都偏大，在實(shí)際運(yùn)行中輕載運(yùn)行的時(shí)間所占的比例是非常高的，采用變頻調(diào)速，可大大提高轉(zhuǎn)載運(yùn)行時(shí)工作效率。有些空壓機(jī)調(diào)節(jié)方式（調(diào)節(jié)閥門開度和改變?nèi)~片角度等）即使在需求量較小的情況下，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率減少也不多，空壓機(jī)運(yùn)行在低效狀態(tài)。如采用變頻調(diào)速，根據(jù)需要來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之在高效狀態(tài)下減少電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率，可在滿足生產(chǎn)要求的條件下達(dá)到節(jié)能的目的。從運(yùn)行質(zhì)量的角度看，空壓機(jī)系統(tǒng)大多不能根據(jù)負(fù)載的輕重連續(xù)地進(jìn)行調(diào)整。而采用變頻調(diào)速后，則可以十分方便地進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，能保持壓力、流量等參數(shù)的穩(wěn)定，從而大大提高壓縮機(jī)工作效率及性能。 2 在空壓機(jī)的使用中，有四大問題是用戶一直盼望解決的 （1） 如何有效提高供氣質(zhì)量; （2） 如何延長空壓機(jī)的壽命; （3） 如何降低工作環(huán)境噪音; （4） 如何節(jié)約高額的電費(fèi)開支。 3 設(shè)備現(xiàn)場情況 某公司有空壓機(jī)四臺:功率分別為60kW、37kW、30kW、22kW;制氣量分別為10.3m3/h、6.3m3/h、 5.2m3/h、3.5m3/h。空壓機(jī)出口有氣壓罐，互相連通到總氣管上。氣壓罐上裝有自動(dòng)放氣閥，在氣壓過高時(shí)可自動(dòng)開啟放氣閥以保證安全。該公司現(xiàn)有4臺螺桿式空氣壓縮機(jī)氣管聯(lián)接方式為并聯(lián)，儲(chǔ)氣罐上的壓力為7kg，現(xiàn)運(yùn)行一臺60kW的空氣壓縮就能滿足生產(chǎn)需要，由于企業(yè)擴(kuò)大再生產(chǎn)，運(yùn)行1臺機(jī)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，運(yùn)行2臺就有可能供大于需求的氣量，使壓縮機(jī)工作在低效率狀態(tài)下，造成能源白白的浪費(fèi);而且自動(dòng)化程度不高,需人工頻繁啟動(dòng)，這時(shí)考慮變頻節(jié)能系統(tǒng)很有必要，根據(jù)以上情況分析，我們設(shè)計(jì)安裝一套75kW變頻恒壓供氣控制的節(jié)能系統(tǒng)就可以滿足供氣要求。變頻系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)選擇。 4 原操作系統(tǒng)缺點(diǎn) （1） 由于空壓機(jī)組的卸載和加載是控制進(jìn)氣閥的開、關(guān)，當(dāng)壓力到達(dá)上限時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥，當(dāng)壓力低于上限時(shí)開閥，效率低，沖擊電流大，設(shè)備能耗大,功率因數(shù)低，無功損耗大; （2） 系統(tǒng)排氣壓力太高，管徑的配置達(dá)不到壓縮機(jī)氣體的流速要求，造成管路壓降偏高，減荷能耗大; （3） 機(jī)組頻繁加減負(fù)荷，沖擊電流大，啟動(dòng)能耗高，對設(shè)備和電網(wǎng)沖擊大。電磁閥動(dòng)作頻繁，損壞率高; （4） 供氣壓力偏低時(shí)，不能滿足工藝要求;供氣壓力偏高時(shí)，電耗高;但為滿足工藝要求勢必要供氣壓力偏高，從而造成供氣成本高，能耗高; （5） 由于運(yùn)行轉(zhuǎn)速高，以及進(jìn)氣閥門啟閉頻繁，造成機(jī)房噪音大; （6） 每臺空壓機(jī)的啟停需人工頻繁操作，由于自動(dòng)化程度不高，需投入大量的人工。 5 變頻恒壓供氣系統(tǒng)功能 （1） 通過對4臺空壓機(jī)進(jìn)行自動(dòng)變頻調(diào)速控制，能夠穩(wěn)定總管網(wǎng)的氣壓，達(dá)到恒壓供氣之目的，實(shí)時(shí)監(jiān)控總管網(wǎng)出口氣壓，確保機(jī)組正常運(yùn)行; （2） 把4臺空壓機(jī)全部納入變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動(dòng)切換，循環(huán)工作; （3） 根據(jù)總管壓力，系統(tǒng)自動(dòng)判斷開?？諌簷C(jī)的數(shù)量和大小，并自動(dòng)開停機(jī); （4） 全部機(jī)組實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流和對電網(wǎng)及機(jī)械的沖擊，延長主設(shè)備的使用壽命; （5） 具備自動(dòng)和手動(dòng)雙功能，故障情況下仍能夠手動(dòng)操作供氣，保持供氣不間斷; （6） 供氣壓力可根據(jù)實(shí)際情況由用戶隨時(shí)進(jìn)行參數(shù)修改，操作簡單; （7） 降低電耗，節(jié)約供氣成本; （8） 通過調(diào)節(jié)開、停機(jī)組數(shù)量和變頻調(diào)速器的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)總管網(wǎng)氣壓的目的，穩(wěn)定供氣壓力; （9） 根據(jù)供氣量自動(dòng)選擇開大機(jī)組還是開小機(jī)組，以保證設(shè)備節(jié)能高效運(yùn)行; （10） 4臺機(jī)組均為自動(dòng)軟啟動(dòng)工作; （11） 以“先入先出”為準(zhǔn)則，對4臺機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化組合，循環(huán)投切;通過對變頻機(jī)組負(fù)荷的實(shí)時(shí)計(jì)算，確定各機(jī)組的開、停時(shí)間，使各機(jī)組高效區(qū)段工作并磨損均勻; （12） 在軟件控制下，機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)變頻、工頻無擾動(dòng)切換; （13） 每臺機(jī)組具備自動(dòng)和手動(dòng)雙功能，故障情況下仍能夠手動(dòng)操作供氣，保持供氣不間斷; （14） 恒壓供氣確保管網(wǎng)不受壓力變化的沖擊，延長管網(wǎng)的使用壽命，降低維修成本。 6 變頻恒壓供氣的優(yōu)點(diǎn) （1） 根據(jù)現(xiàn)場工況的不同，平均節(jié)能率在10%～30%; （2） 先進(jìn)的設(shè)置、監(jiān)控及調(diào)節(jié)功能改善了空氣壓縮運(yùn)行特性; （3） 系統(tǒng)具有各種保護(hù)措施（過流、過壓、過載、過熱、電機(jī)相間和對地短路等），且變頻器具有自檢測功能，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和安全可靠性大大提高; （4） 系統(tǒng)工頻與節(jié)能可隨意轉(zhuǎn)換，改造后系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定，供氣質(zhì)量大大提高，減少了人工，提高了工作效率; （5） 使空壓機(jī)零速平滑起動(dòng)，提高生產(chǎn)安全性;延長空壓機(jī)使用壽命;降低工作環(huán)境噪音。 7 控制原理框圖 空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制原理框圖如附圖所示。 [align=center] 附圖 空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制原理框圖[/align] 8 系統(tǒng)工作原理 由壓力傳感器從貯氣罐取出壓力反饋信號，送至微電腦控制器內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器與預(yù)置的壓力給定信號相比較，經(jīng)微電腦控制器CPU處理后的綜合信號接至變頻器，從而決定電動(dòng)機(jī)的工作頻率和轉(zhuǎn)速。此種控制方式在保證壓縮空氣的壓力始終保持恒定的前提下，在輕載時(shí)降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保持高效率運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 假如氣壓要在0.55Mpa～0.7Mpa之間,這樣,我們可以設(shè)定要0.60Mpa壓力。當(dāng)啟動(dòng)微電腦控制器后，會(huì)使第一臺電機(jī)起動(dòng)（軟件自動(dòng)檢測使停機(jī)時(shí)間最長那臺作為第一臺機(jī)），這時(shí)氣壓會(huì)上升，若電機(jī)已運(yùn)行到最高速后，壓力還未到0.60Mpa，則會(huì)自動(dòng)使第二臺起動(dòng)。直到壓力達(dá)到0.60Mpa時(shí)，第二臺電機(jī)會(huì)停留在某轉(zhuǎn)速上（不會(huì)是最高速）。當(dāng)生產(chǎn)上用氣不多，而使壓力超過0.60Mpa時(shí)，變頻運(yùn)行那臺電機(jī)會(huì)逐漸減慢，以使氣壓保持在0.60Mpa上，當(dāng)電機(jī)慢到一定程度，氣壓還高于0.60Mpa時(shí)，微電腦控制器會(huì)使第一臺電機(jī)停掉，同時(shí)，第二臺電機(jī)會(huì)馬上由低速上升到最高速（50Hz），若壓力還高于0.60Mpa，則第二臺電機(jī)會(huì)逐漸減速，直到壓力穩(wěn)定在0.60Mpa為止。如此往復(fù)，使系統(tǒng)壓力維持在0.60Mpa上。由于變頻系統(tǒng)總能使空壓機(jī)工作在合適的轉(zhuǎn)速上，輸出合適的軸功率，所以沒有使空壓機(jī)浪費(fèi)能量，故在達(dá)到穩(wěn)壓的同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)能的目的。 9 在改造空氣壓縮機(jī)過程中應(yīng)注意的問題 （1） 由于空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，在選用變頻器時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的工況條件和現(xiàn)場的運(yùn)行電流情況確定選配的變頻器容量。 （2） 應(yīng)考慮壓力傳感器安裝的位置，要求應(yīng)在滿足生產(chǎn)需要的前提下，最大限度的節(jié)能。壓力傳感器應(yīng)采用4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號為佳，信號線要用雙芯屏蔽線。 （3） 在變頻器的控制系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有開環(huán)和閉環(huán)兩種控制模式，以便于調(diào)試和特殊情況下使用。 （4） 在螺桿式空氣壓縮機(jī)的調(diào)試中應(yīng)嚴(yán)格注意電機(jī)的轉(zhuǎn)向;開機(jī)前，必須檢查電機(jī)是否按規(guī)定方向旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，避免造成主機(jī)重大損失。 （5） 由于空氣壓縮機(jī)不允許長期工作在低頻狀態(tài)下，在低頻下運(yùn)行不但穩(wěn)定性變差，而且容易出現(xiàn)喘振;另一方面也使缸體的潤滑變差，會(huì)加快磨損，故應(yīng)設(shè)定合理的、有效的、安全的工作頻率下限。具體的設(shè)定要根據(jù)不同的工況，不同的使用條件和要求，耐心細(xì)致的調(diào)整。 10 結(jié)束語 實(shí)踐證明，變頻調(diào)速器在控制具有多變壓力及多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行供氣工業(yè)空氣壓縮機(jī)是非常理想的;隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。