变频技术在空压机上的应用

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。

3 结语

实践证明变频调速技术在空压机上的应用是成功的，其节电率由两部分组成。

但要检验一下转速降过大时是否存在出口压力波动过大影响正常使用，以及是否造成对润滑油的供应不足(指飞溅供油，对单独供油泵时不存在此问题)。