《電子技術(shù)應(yīng)用》
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變頻技術(shù)在空壓機上的應(yīng)用
摘要: 介紹了空壓機的基本工作原理與工作狀態(tài),,說明了將變頻技術(shù)應(yīng)用在空壓機上,其直接經(jīng)濟效益和間接經(jīng)濟效益是十分可觀的,。
Abstract:
Key words :

1 空壓機工作原理與變頻節(jié)能實施可行性
首先來了解一下空壓機的基本工作原理,??諌簷C結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運轉(zhuǎn)時間長,,配備的功率大,。以活塞式空壓機為例,在空壓機工作過程中,,活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動,,周期性地改變缸內(nèi)的容積,從而使氣缸內(nèi)氣體容積發(fā)生變化,,并與氣缸內(nèi)氣閥相應(yīng)的開啟和閉合動作相配合,,通過吸氣、壓縮,、排氣等動作,,將自然氣體或較低壓力的氣體(一級缸氣體)升壓,最終輸出到儲氣罐內(nèi),。為了滿足設(shè)備的用氣需求,儲氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力,,以作緩沖作用,,加上設(shè)備自身的原因,空氣壓力變化幅度必然很大,,通常采用切斷進氣的調(diào)節(jié)方式來改變排氣量,。理想狀態(tài)是供氣壓力剛好滿足需求,保持壓力不變,,實際上是辦不到的,,通常是空壓機排氣量大于實際用氣量,空壓機保持恒速運轉(zhuǎn),,此時儲氣罐內(nèi)氣體越積越多,,直到壓力上升到設(shè)定的最高壓力。通常采取以下兩種方法解決高壓問題:一是使空壓機卸荷運行,,保持運轉(zhuǎn)但不產(chǎn)生氣體,,此時空壓機消耗的功率一般在額定功率的50%左右,全是無用功,;二是停止空壓機的運行,,這樣看起來是節(jié)約了電能消耗,但是空氣儲存的容積有限,當(dāng)氣壓低于下限壓力值時,,空壓機再次以額定轉(zhuǎn)速給儲氣罐加壓,,直到壓力達到上限壓力而停止運行,如此循環(huán),,如圖1所示,。這樣頻繁的啟動和停止,不僅對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊都很大,,而且也縮短了空壓機的壽命,。實際上,空壓機驅(qū)動時軸功率與排氣壓力和其自身的轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系,,也就是說在實際的運行中,,由于設(shè)備用氣隨時在發(fā)生變化,致使空壓機不能保持在額定的工況下運行,,而其排氣壓力的高低則直接影響實際的軸功率的大小,。

針對空壓機的運行情況,設(shè)計出空壓機專用變頻節(jié)能控制器,,可以十分方便地進行連續(xù)調(diào)節(jié),,保持壓力、流量等參數(shù)的穩(wěn)定(如圖2所示),。當(dāng)流量需要量減少時,,就可降低電動機的轉(zhuǎn)速,從而較大幅度地減小了電動機的運行功率,,實現(xiàn)了節(jié)能的目的,。
在空壓機的整個運行過程中,如空載運行所占的時間比例啄(占空比)=t2/(t1+t2)=t2/T(見圖3)越大,,則電能浪費越嚴(yán)重,,空壓機效率越低,反之電能浪費越小,,空壓機效率越高,。圖3中,p0為空載運行壓力,,p0 =0(關(guān)斷/停止)要下次起動有損耗,,適用周期長次數(shù)多的運行情況。采用變頻調(diào)速技術(shù)" title="變頻調(diào)速技術(shù)" target="_blank">變頻調(diào)速技術(shù)能很好地解決空壓機空載能源浪費問題,,根據(jù)空壓機實際運行情況及經(jīng)驗總結(jié),,采用變頻調(diào)速后的節(jié)電效果如圖4所示,由占空比查圖4,,要考慮油路選單獨泵飛濺方式閥,。

2 變頻節(jié)能解決方案
由于異步電機的轉(zhuǎn)速   顯然轉(zhuǎn)速n與f成正比,,只要改變f,即可改變電動機的轉(zhuǎn)速,。當(dāng)頻率f在0~50 Hz的范圍內(nèi)變化,,電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍就非常的寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率來實現(xiàn)調(diào)速的,。我們的實施方案是通過對空壓機出口的壓力取樣,,經(jīng)過閉環(huán)自動調(diào)節(jié)控制技術(shù)實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效控制。即由裝在空壓機出口的壓力傳感器檢測到空氣壓力信號值,,再經(jīng)過模擬數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換,,通過PID調(diào)節(jié)器的功能,在確保工作所需壓力(根據(jù)各設(shè)備用氣壓力的實際情況)的情況下,,保證電動機的最小功率輸出,,在精確控制壓力的同時,實現(xiàn)電動機的軟啟動,,而不會產(chǎn)生沖擊電流(一般直接起動電流為額定電流的5~7倍),,使空壓機的使用壽命和檢修周期都得到延長。
此外還提高了功率因數(shù),,改善了供配電系統(tǒng)的電力品質(zhì),,降低了用電容量的要求,對電力缺相,、欠電壓,、過電流及過載、過熱等故障具有保護作用,。相應(yīng)帶來的好處還有:由于供氣壓力的穩(wěn)定,,通過壓力調(diào)節(jié)器,可使空壓機保持在設(shè)定的壓力值下工作,,壓力穩(wěn)定可靠性高,且可無級設(shè)定,,隨時可調(diào),。空壓機的排氣量由空壓機的轉(zhuǎn)速來控制,,氣缸內(nèi)閥片不再反復(fù)地開啟和關(guān)閉,,閥座、彈簧等工作條件也大大地得到改善,,有效地避免了高溫和高壓氣體急劇的流動和沖擊,,減少了維修的工作量。在系統(tǒng)設(shè)計過程中,,還考慮了變頻和工頻的自由切換功能,,一旦變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障,,立即可以切換到工頻狀態(tài)下工作,確保供氣的可靠性,。系統(tǒng)控制框圖如圖5所示,。

3 結(jié)語
實踐證明變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機上的應(yīng)用是成功的,其節(jié)電率由兩部分組成,。

但要檢驗一下轉(zhuǎn)速降過大時是否存在出口壓力波動過大影響正常使用,,以及是否造成對潤滑油的供應(yīng)不足(指飛濺供油,對單獨供油泵時不存在此問題),。
間歇式工作的空壓機節(jié)電效果好些,,調(diào)節(jié)進氣量的空壓機節(jié)能效果小些,對空氣壓縮機來講是屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,,其輸出功率
 

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