The Application of Delta B Series Frequency Converter in Air Compressor’s Alteration
【摘要】空壓機，全名為空氣壓縮機，是一種工礦企業中最常用的空氣動力提供設備，將變頻器導入空壓機，使得空壓機系統的運行成本降低，達到節能的效果。
【Abstract】Air compressor is one of the most commonly used air power in industrial and mining enterprises.The introduction of frequency converter into the air compressor reducing the cost of air compressor system and saving energy.
【關鍵詞】空壓機;變頻器;節能
【Keywords】Air compressor;Frequency converter;Energy saving

1  螺桿式空壓機工作原理簡述　　
　　螺桿式空壓機是由一對相互平行齒合的陰陽轉子(或稱螺桿)在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉子的槽也陽轉子齒被主電機驅動而旋轉。
　　原空壓機的主電機運行方式為Y-△降壓起動，然后全速運行。具體操作程序為：按下啟動按鈕，控制系統接通啟動器線圈并打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進氣閥處于關閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內的壓力。等降壓2秒后空壓機開始加載運行，系統壓力開始上升。如果系統壓力上升到壓力開關上限值，即起跳壓力，控制器使進氣閥關閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到系統壓力跌到壓力開關下限值后，即回跳壓力下，控制器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機滿載運行。
　　空壓機的工作過程如圖1所示。

圖1 空壓機工作過程

2  空壓機運行中自身存在的問題
　　主電機雖然采用Y-△降壓起動，但起動時的電流仍然很大，并且有一定的啟動時間,這段時間消耗的電能不容忽視。另外啟動時大電流的沖擊會影響電網的穩定及其它用電設備的運行安全。
　　主電機時常工作在滿負荷上，但能量浪費在出口閥門上，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。
　　主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大。
　　主電機工頻起動設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護工作時機械量大。
　　當卸荷運行時那部分電流不是做有用功的, 而是機械在額定轉速下的空轉損耗.這種機械式調節裝置雖然也能起到壓力調節作用,但是壓力調節精度低，壓力波動大;壓縮機總是在額定轉速下工作，機械磨損大、電耗高　
3  空壓機變頻節能原理
　　由于許多空壓機運行方式是加載、卸載方式。卸載時電機空轉,造成能源浪費。變頻控制即通過改變電動機的轉速來控制空壓機單位時間的出風量，從而達到控制管路的壓力。
　　控制原理是：通過壓力變送器測得的管網壓力值與壓力的設定值相比較，得到偏差，經PID調節器計算出變頻器作用于異步電動機的頻率值。由變頻器輸出相應頻率和幅值的交流電，調節馬達的轉速，空壓機輸出相應的壓縮空氣至儲氣罐，使之壓力變化，直到管網壓力與給定壓力值相同。

圖2 控制原理圖

4  空壓機變頻改造后的效益
　　節約能源。變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較，能源節約是最有實際意義的，根據空氣量需求來供給的壓縮機工況是經濟的運行狀。
　　運行成本降低。傳統壓縮機的運行成本由三項組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過能源成本降低24.3%，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。
　　提高壓力控制精度。變頻控制系統具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網的系統壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內，有效地提高了工況的質量。
　　延長壓縮機的使用壽命。變頻器從0HZ起動壓縮機，它的起動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網和其它設備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。
　　降低了空壓機的噪音。根據壓縮機的工況要求，變頻調速改造后，電機運轉速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機運行時的噪音。現場測定表明，噪音與原系統比較下降約3-7dB。　　
5  變頻器改造要求
　　現場空壓機功率：30KW，最大工作電流59A。
　　設計要求：主電機變頻器運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不超過±0.01Mpa；保持原有的工頻控制系統，以確保變頻器出現異常保護時，可以直接切入工頻，不影響生產；在用氣量較小的情況下，變頻器處于低頻運行或者進入休眠狀態，應保障電機繞組溫度不超過允許的范圍。
　　根據現場狀況：選用臺達B系列變頻器：VFD300B43A；額定電流：60A；過載能力：變頻器額定輸出電流150%，1min。
　　改造電氣原理圖如圖3。

圖3 改造電氣原理圖

6  結束語
　  綜上所述，由于空壓機可以在保證生產所需要的最低壓力下運行，電機輸入功率大大下降，輔以壓力閉環控制，實現空壓機的供氣壓力與轉速的動態匹配，減少了電機的實際輸入功率，達到節能目的。即電機的轉速由供氣壓力來控制，壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，而不必做無用功，從而取得良好的節能效果，其次，空壓機停止了空轉，電機不存在輕載運行，這部分能量很可觀。相應帶來的其它好處是：供氣壓力穩定，通過壓力調節器，可使空壓機保持在設定的壓力值下工作，壓力穩定可靠性高，而且壓力可以無級設定，隨時可調。電機實現軟啟動，壓縮機的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長。空壓機排氣量由空壓機的轉速來控制，氣缸內氣閥片不再反復地開啟和關閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動與沖擊，維修工作量減少。