摘要：目前我國是世界上最大的發(fā)展中國家，自然資源的依賴程度約占60%以上，能源問題是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是近幾年煤荒、電荒已嚴(yán)重制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電高峰時(shí)期許多生產(chǎn)企業(yè)和部門不得不拉閘限電。從根本上解決能源問題有兩條途徑：一是開源，二是節(jié)能。變頻節(jié)能技術(shù)就是針對(duì)工頻負(fù)載并非是所有用電設(shè)備的最佳工作頻率及負(fù)荷，因而導(dǎo)致許多設(shè)備長期處于低效率，應(yīng)用面廣、見效快、投資回收期短的高效節(jié)能新技術(shù)，目前在冶金、礦山、石油、化工、醫(yī)藥、紡織、機(jī)械、電力、建材、造紙、印刷、供水、空調(diào)等各行各業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用。

空壓機(jī)工作原理簡述：

　　以單螺桿空壓機(jī)為例說明空氣壓縮機(jī)工作原理，如下圖所示為單螺桿空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個(gè)過程。當(dāng)螺桿在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進(jìn)氣口吸入，同時(shí)也吸入機(jī)油，由于齒溝嚙合面轉(zhuǎn)動(dòng)將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮；當(dāng)齒溝嚙合面旋轉(zhuǎn)至殼體排氣口時(shí)，較高壓力的油氣混合氣體排出機(jī)體。

    采用變頻器可通過改變螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方式來改變排氣量，當(dāng)用氣量發(fā)生變化時(shí)，變頻器改變轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)空壓機(jī)的排氣量，達(dá)到排氣壓力恒定不變，并節(jié)約能源的目的。

原系統(tǒng)工況存在的問題：

    1、主電機(jī)雖然星-角減壓起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大。

2、主電機(jī)時(shí)常空載運(yùn)行，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。

    3、主電機(jī)工頻運(yùn)行致使空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)噪音很大。

    4、主電機(jī)工頻起動(dòng)設(shè)備的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大。

節(jié)能原理及效果：

    我們知道，用調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法同樣可以調(diào)整供氣量。由于空壓機(jī)基本上屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，用變頻調(diào)速的方法調(diào)整供氣量能使電機(jī)的輸出功率基本與轉(zhuǎn)速（供氣量）成正比關(guān)系，達(dá)到很好的節(jié)電效果。兩種調(diào)節(jié)方法用電情況如下圖所示。

     我們采用具有矢量控制功能的AM300系列變頻器，可使電機(jī)在低速時(shí)也能提供滿足負(fù)載需要的轉(zhuǎn)矩。同時(shí)，AMB變頻器的自動(dòng)節(jié)能模式，可使電機(jī)在滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求下以最小電流運(yùn)行，達(dá)到更好的節(jié)電效果。

采用恒壓供氣變頻控制系統(tǒng)所帶來的效果如下：

（1）、出氣口釋放閥全部關(guān)閉，取消用出氣口釋放閥調(diào)節(jié)供氣量方式，以避免由此導(dǎo)致的電能浪費(fèi)。代之以變頻器調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整氣體流量，使電機(jī)輸出的功率與流量需求基本上成正比關(guān)系（如圖1所示），始終使電機(jī)高效率工作，以達(dá)到明顯的節(jié)電效果。例如當(dāng)用氣量是額定供氣量的50%時(shí)，節(jié)電率可達(dá)40%以上；

    （2）、利用變頻器的節(jié)能模式，可使電機(jī)在輕載時(shí)以最高效率運(yùn)行，減少不必要的電能損耗；

    （3）、根據(jù)嚴(yán)格的EMS標(biāo)準(zhǔn)，高效的PWM變頻器使用高速低耗的IGBT，降低諧波失真和電機(jī)的電能損失。

    （4）、可使電機(jī)起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設(shè)備的使用壽命；避免因電流峰值帶來的電力公司的罰款；

    （5）、采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；

    （6）、由于電機(jī)在高效率狀態(tài)下運(yùn)行，功率因數(shù)較高，降低了無功損耗，節(jié)約了大量電能（如圖2所示）。

    （7）、保存原釋放閥系統(tǒng)，在必要時(shí)可參加調(diào)節(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。   

    總之，采用恒壓供氣智能控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約30～40%的電力費(fèi)用，延長壓縮機(jī)的使用壽命，并可實(shí)現(xiàn)"恒壓供氣"的目的，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

變頻改造方案設(shè)計(jì)原則：

如圖所示：

    其中KM1、KM3為工變頻切換接觸器，控制器選用普勒特，變頻器選用安邦信AM300系列。變頻器與控制器的鏈接：R485通訊，開關(guān)量控制變頻器啟停，模擬信號(hào)控制變頻器速度，變頻器故障信號(hào)反饋等。

    根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，空壓機(jī)變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：

　　1、電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)保持儲(chǔ)氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動(dòng)范圍不能超過±0.02Mpa。

　　2、系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制回路。

　　3、系統(tǒng)具有開環(huán)和閉環(huán)兩套控制回路。

　　4、根據(jù)空壓機(jī)的工況要求，系統(tǒng)應(yīng)保障電動(dòng)機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性一。

5、為了防止非正弦波干擾空壓機(jī)控制器，變頻器輸入端應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施。

　　6、在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保障電機(jī)繞組溫度和電機(jī)的噪音不超過允許的范圍。

　  7、考慮到系統(tǒng)以后擴(kuò)展問題，變頻器應(yīng)滿足將來工況擴(kuò)展的要求。

變頻器的選型：

　　根據(jù)上述原則，經(jīng)過多方調(diào)研、比較，最后我們選擇安邦信公司生的AM300系列通用型變頻器，使該系統(tǒng)能夠滿足上述工況要求。

　　1、AM300變頻器的頻率精度：數(shù)字設(shè)定為±0.01%；模擬設(shè)定為±0.2%。可使壓力波動(dòng)范圍滿足設(shè)計(jì)要求。

　　2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)了變頻和工頻兩套主回路。

　　3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)了閉環(huán)與開環(huán)兩套控制回路。

　　4、AM300型變頻器適用恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載，該變頻器還具有轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償和提升的功能。

　　5、在該變頻器上端加裝輸入電抗器，有效的抑制了變頻器對(duì)電網(wǎng)的干擾。

　　6、在該變頻器下端加裝輸出電抗器，保障了低頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)溫度噪音不超過允許范圍。

改造方案原理：

　　由變頻器，壓力變送器、電機(jī)、螺旋轉(zhuǎn)子組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使儲(chǔ)氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，進(jìn)行恒壓控制。

　　反饋壓力與設(shè)定壓力進(jìn)行比較運(yùn)算，實(shí)時(shí)控制變頻器的輸出步，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使儲(chǔ)氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力上。http://www.anbangxin.com

空壓機(jī)變頻改造后的效益：

　　1、節(jié)約能源

　　變頻器控制壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓縮機(jī)比較，能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的，根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機(jī)工況是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀。

　　2、運(yùn)行成本降低

　　傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占?jí)嚎s機(jī)運(yùn)行成本的77%。通過能源成本降低44.3%，再加上變頻起動(dòng)后對(duì)設(shè)備的沖擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。

　　3、提高壓力控制精度

　　變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機(jī)的輸出氣量隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機(jī)速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。

　　4、延長壓縮機(jī)的使用壽命

　　變頻器從0HZ起動(dòng)壓縮機(jī)，它的起動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整，從而減少起動(dòng)時(shí)對(duì)壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機(jī)組起動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)，這一波動(dòng)電流會(huì)影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動(dòng)電流的峰值減少到最低程度

　　5、低了空壓機(jī)的噪音

　　根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音?，F(xiàn)場測定表明，噪音與原系統(tǒng)比較下降約3至7分貝。