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結構復雜，運轉時間長，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，此時儲氣罐內(nèi)氣體越積越多，直到壓力上升到設定的最高壓力。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，當氣壓低于下限壓力值時，空壓機再次以額定轉速給儲氣罐加壓，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，空壓機驅動時軸功率與排氣壓力和其自身的轉速呈正比關系，也就是說在實際的運行中，由于設備用氣隨時在發(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)。當流量需要量減少時，就可降低電動機的轉速，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，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

由于異步電機的轉速

顯然轉速n與f成正比，只要改變f，即可改變電動機的轉速。當頻率f在0~50 Hz的范圍內(nèi)變化，電動機轉速調(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定的壓力值下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，且可無級設定，隨時可調(diào)。空壓機的排氣量由空壓機的轉速來控制，氣缸內(nèi)閥片不再反復地開啟和關閉，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 結語

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

但要檢驗一下轉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不足(指飛濺供油，對單獨供油泵時不存在此問題)。