變頻器在供氣控制系統(tǒng)中的應用

空壓機在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應用；比如在我們金屬包裝類行業(yè)中，它擔負著為廠內(nèi)生產(chǎn)線所有氣動元件（包括各種氣動閥門），提供氣源的職責；因此它運行的好壞直接影響生產(chǎn)線能否高效運轉。空壓機的種類有很多，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。例如我廠使用的南京三達活塞式空壓機、美國壽力ls-10型螺桿壓縮機和atlascopcoga-110型螺桿式空壓機都采用了這種控制方式。根據(jù)我們多年的運行經(jīng)驗，該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但存在能耗高，進氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問題。隨著社會的發(fā)展和進步，高效低耗的技術已愈來愈受到人們的關注。在空壓機供氣領域能否應用變頻調(diào)速技術，節(jié)省電能同時改善空壓機性能、提高供氣品質(zhì)就成為我們關心的一個話題。結合生產(chǎn)實際，我們選擇了一臺atlascopcoga-110型固定式螺桿式空壓機進行了研究。

空壓機加、卸載供氣控制方式簡介

本人以atlascopcoga-110型固定式螺桿空壓機電氣控制原理圖，對加、卸載供氣控制方式進行簡單介紹。按下起動按鈕sb2，kt1線圈得電，其瞬時閉合延時斷開的動合觸點閉合，km4和km6線圈得電動作壓縮機電機開始y形起動；此時進氣控制閥yv2得電動作，控制氣體從小儲氣罐中放出進入進氣閥活塞腔，關閉進氣閥，使壓縮機從輕載開始啟動。當kt2到達設定時間（一般為5秒后）其延時斷開的動斷觸點斷開，延時閉合的動合觸點閉合，km6線圈斷電釋放，km5線圈得電動作，空壓機電機從y形自動改接成△形運行。此時yv2斷電關閉，從儲氣罐放出的控制氣體被切斷，進氣閥全開，機組滿載運行。（注：進氣控制閥yv2只在起動過程起作用，而卸載控制閥yv1卻在起動完畢后起作用）。

若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升，當超過設定的最小壓力值pmin（也稱為加載壓力）時，壓力調(diào)節(jié)器動作，將控制氣輸送到進氣閥，通過進氣閥內(nèi)的活塞，部分關閉進氣閥，減少進氣量，使供氣與用氣趨于平衡。當管線壓力繼續(xù)上升超過壓力調(diào)節(jié)開關（sp2）設定的最大壓力值pmax（也稱為卸載壓力）時，壓力調(diào)節(jié)開關跳開，電磁閥yv1掉電。這樣，控制氣直接進入進氣閥，將進氣口完全關閉；同時，放空閥在控制氣的作用下打開，將分離罐內(nèi)壓縮空氣放掉。當管線壓力下降低于pmin時，壓力調(diào)節(jié)開關sp2復位（閉合），yv1接通電源，這時通往進氣閥和放空閥的控制氣都被切斷。這樣進氣閥重新全部打開，放空閥關閉，機組全負荷運行。

加、卸載供氣控制方式存在的問題

1能耗分析

我們知道，加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在pmin～pmax之間來回變化。pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，pmax、pmin之間關系可以用下式來表示：

pmax＝（1＋δ）pmin

δ是一個百分數(shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。

而若采用變頻調(diào)速技術可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上，即pmin附近。

由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機，所浪費的能量主要在2個部分：

（1）壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量

在壓力達到pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升（直到pmax）。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量，從而導致能量損失。另一方面，高于pmin的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近pmin。這一過程同樣是一個耗能過程。

（2）卸載時調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量

通常情況下，當壓力達到pmax時，空壓機通過如下方法來降壓卸載：關閉進氣閥使電機處于空轉狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費。關閉進氣閥使電機空轉雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功，但空壓機在空轉中還是要帶動螺桿做回轉運動，據(jù)我們測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%～15%（這還是在卸載時間所占比例不大的情況下）。換言之，該空壓機10%的時間處于空載狀態(tài)，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節(jié)能空間。

2其它不足之處

（1）靠機械方式調(diào)節(jié)進氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

（2）頻繁采用打開和關閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。

恒壓供氣控制方案的設計

針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，經(jīng)過上述對比分析，本人認為可應用變頻調(diào)速技術進行恒壓供氣控制。采用這一方案時，我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器yb將儲氣罐的壓力p轉變?yōu)闃藴孰娦盘査徒opid調(diào)節(jié)器，與壓力設定值p0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的pid控制模式進行運算，產(chǎn)生控制信號送到變頻調(diào)速器vvvf，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力p始終接近設定壓力p0。同時，該方案可以增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊。