空壓機(jī)節(jié)能解決方案空氣壓縮機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的許多部門中應(yīng)用極廣，在工業(yè)領(lǐng)域中已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，是許多工業(yè)部門工藝流程中的核心設(shè)備。提供自動(dòng)化生產(chǎn)所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力，是生產(chǎn)流程順暢之要素，瞬間的壓降，即會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。隨著變頻技術(shù)的成熟,變頻器在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機(jī)保護(hù)功能以及其特有的優(yōu)點(diǎn)是目前在工控領(lǐng)域其它無(wú)可比擬的。

一、螺桿式空壓機(jī)的工作原理。

1、空氣壓縮機(jī)工作原理。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過(guò)程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個(gè)過(guò)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(guò)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。 2、壓縮氣供氣系統(tǒng)組成及空壓機(jī)控制原理。

（1）、壓縮氣供氣系統(tǒng)組成。工廠空氣壓縮氣供氣系統(tǒng)一般由空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)、過(guò)濾器、儲(chǔ)氣罐、管路、閥門和用氣設(shè)備組成。

（2）、空氣壓縮機(jī)的控制原理。在工廠的空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中，普遍采用后端管道上安裝的壓力繼電器來(lái)控制空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行。空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，加載閥處于不工作態(tài)，加載氣缸不動(dòng)作，空壓機(jī)頭進(jìn)氣口關(guān)閉，電機(jī)空載啟動(dòng)。當(dāng)空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，如果后端設(shè)備用氣量較大，儲(chǔ)氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達(dá)到壓力上限值，則控制器動(dòng)作加載閥，打開進(jìn)氣口，電機(jī)負(fù)載運(yùn)行，不斷地向后端管路產(chǎn)生壓縮氣。如果后端用氣設(shè)備停止用氣，后端管路和儲(chǔ)氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高，當(dāng)達(dá)到壓力上限設(shè)定值時(shí)，壓力控制器發(fā)出卸載信號(hào)，加載閥停止工作，進(jìn)氣口關(guān)閉，電機(jī)空載運(yùn)行。二、螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻改造。

1、空壓機(jī)工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行的比較。空壓機(jī)電機(jī)功率一般較大，啟動(dòng)方式多采用空載（卸載）星-三角啟動(dòng)，加載和卸載方式都為瞬時(shí)。這使得空壓機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)有較大的啟動(dòng)電流（4~7倍），加載和卸載時(shí)對(duì)設(shè)備機(jī)械沖擊較大；不光引起電源電壓波動(dòng)，也會(huì)使壓縮氣源產(chǎn)生較大的波動(dòng)；同時(shí)這種運(yùn)行方式還會(huì)加速設(shè)備的磨損，降低設(shè)備的使用年限。由于一般空氣壓縮機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)本身不能調(diào)速，因 此就不能直接使用壓力或流量的變動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配，電機(jī)不允許頻繁啟動(dòng)，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，電能浪費(fèi)巨大。對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造，能夠使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起軟停，減小啟動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用年限；同時(shí)由于電機(jī)運(yùn)行頻率可變，實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)根據(jù)用氣量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少了電機(jī)頻繁的加載和卸載，從而較大幅度減小電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率，使得供氣系統(tǒng)氣壓維持恒定，便可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

2、變頻改造方案設(shè)計(jì)原則。根據(jù)原工況存在的問(wèn)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(guò)±0.02Mpa。

 2、系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制回路。如一套線路出現(xiàn)故障，自動(dòng)切換到另一線路，不影響生產(chǎn)。

3、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。

4、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。

 5、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(guò)允許的范圍。

 6、生產(chǎn)工藝要求，變頻改造后，適當(dāng)降低壓縮氣供氣系統(tǒng)的供氣壓力，將原來(lái)的高壓變流量供氣改變?yōu)樽冾l恒壓變流量供氣方式。

三、變頻調(diào)速改造方案變頻改造電路 變頻改造時(shí)采用變頻＋工頻控制方式。其控制柜主電路由電度表、變頻器和工頻旁路接觸器等構(gòu)成，控制電路由工頻/變頻切換開關(guān)、啟動(dòng)、復(fù)位開關(guān)、指示燈等構(gòu)成。

（1） 變頻控制柜主電路圖3給出了空壓機(jī)變頻節(jié)能改造的主電路圖。圖中，QF為斷路器，KM1、KM2、KM3為接觸器。在改造空壓機(jī)時(shí)仍保留空壓機(jī)原有控制電路中的星-三角轉(zhuǎn)換電路，這樣可方便改造同時(shí)保持注塑原來(lái)的控制特性。采用工頻旁路目的是為了在變頻器出故障時(shí)可直接切換到工頻運(yùn)行，而不影響生產(chǎn)。 圖3：空壓機(jī)變頻節(jié)能改造主電路圖（2）變頻控制柜控制電路圖4為空壓機(jī)變頻柜的控制電路框圖。圖中，SB為工頻/變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)，選用三級(jí)開關(guān)；SB1為變頻器停止按鈕，SB2為變頻器啟動(dòng)按鈕；L1為總電源指示燈；L2為工頻運(yùn)行指示燈；L3變頻運(yùn)行指示燈；L4為變頻器故障指示燈，其故障信號(hào)由變頻器TA、TC輸出；KM1、KM2變頻運(yùn)行接觸器；KM3為工頻運(yùn)行接觸器。空壓機(jī)變頻柜控制電路框圖（3）、空壓機(jī)變頻柜的特點(diǎn) 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)功能，（1）、變頻器自身的保護(hù)；（2）、對(duì)電機(jī)的保護(hù)；如：電流限制、過(guò)載、輸出短路或輸出接地等（3）、對(duì)因誤操作引起的機(jī)械損傷進(jìn)行保護(hù)； (4)、 系統(tǒng)工作原理概述本自動(dòng)控制系統(tǒng)以輸出壓力作為控制對(duì)象，采用標(biāo)準(zhǔn)功能矢量變頻器和遠(yuǎn)傳壓力變送器SP，組成閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng)，所需壓力值可由壓力設(shè)置調(diào)整控制器直接操作,現(xiàn)場(chǎng)壓力由變送器來(lái)檢測(cè),反饋到壓力設(shè)置調(diào)整控制器，壓力設(shè)置調(diào)整控制器通過(guò)PID進(jìn)行比較計(jì)算，從而調(diào) 節(jié)變頻器的輸出頻率，并由控制器自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制空壓機(jī)的工變頻切換。達(dá)到空壓機(jī)恒壓供氣的要求。使用變頻器自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)整個(gè)空壓站的恒壓自動(dòng)控制，該系統(tǒng)可以根據(jù)儲(chǔ)氣罐壓力的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)，電動(dòng)機(jī)電流可以從0A逐漸升至所需的電流，在系統(tǒng)用氣不大的情況下電動(dòng)機(jī)可以慢慢降速，保持儲(chǔ)氣罐0.7公斤的壓力，當(dāng)儲(chǔ)氣罐的壓力低于0.7公斤時(shí)，通過(guò)壓力傳感器通知變頻器提高頻率，提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)補(bǔ)償所需的壓力。這樣電動(dòng)機(jī)不需要全額作功，大大節(jié)約了電費(fèi)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。經(jīng)濟(jì)費(fèi)用比較如下： 1、 市電（沒(méi)節(jié)電的情況下）費(fèi)用如下：以電動(dòng)機(jī)22KW，每小時(shí)耗電：22×0.95=20.9(度) 每天耗電量20.9×24=501.6(度) 每月耗電量:501.6×30=15048(度) 以電價(jià)平均0.8元計(jì)算則每月電費(fèi)是15048×0.8=12038.4元,每年以360天計(jì)算所用的費(fèi)用是18.0576萬(wàn)元左右 2、變頻節(jié)能費(fèi)用如下,以節(jié)電率30%計(jì)算則：每小時(shí)節(jié)電：20.9×0.3=6.27度) 每天節(jié)電量：6.27×24=150.48(度) 每月節(jié)電量:150.48×30=4514.4(度) 以電價(jià)平均0.8元計(jì)算則每月節(jié)省電費(fèi)是4514.4×0.8=3611.68元,每年以360天計(jì)算所每年節(jié)省電費(fèi)用是5.4萬(wàn)元左右，變頻器保修期12個(gè)月，使用壽命10年，終身有償服務(wù)。

4、空壓機(jī)變頻自控系統(tǒng)改造后的益處

4.1、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)約是比較有實(shí)際意義的，根據(jù)空氣量需求來(lái)供給的壓縮機(jī)工況是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。

 4.2、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(gòu)成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本和維護(hù)成本大約占?jí)嚎s機(jī)運(yùn)行成本的主要部分。通過(guò)能源成本降低，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。

 4.3、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)壓力變化保持在穩(wěn)定的變化范圍，有效地提高了工況的質(zhì)量。

4.4、延長(zhǎng)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(zhǎng)。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)電流的峰值減少到比較低程度。

 4.5、降低了空壓機(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，因此有效地降低了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音

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