開環矢量變頻在空壓機上的應用

  空壓機,全名為空氣壓縮機,是一種工礦企空壓機業中最常用的空氣動力提供設備。通常,空壓機分為螺杆式空壓機、活塞式空壓機等。

  螺杆式空壓機工作原理

  螺杆式空壓機是由一對相互平行囓合的陰陽轉子(或稱螺杆)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,實現螺杆式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位於殼體的兩端,陰轉子的槽和陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉。

  活塞式空壓機工作原理

  活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯軸器直接驅動曲軸,帶動連杆與活塞杆,使活塞在壓縮機氣缸內作往復運動,完成吸入、壓縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓,並輸出到儲壓罐內。其中,活塞組件,活塞與汽缸內壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔,在曲柄連杆帶動下,在汽缸內作往復運動以實現汽缸內氣體的壓縮。

  空壓機系統控制

CNC Machine  空壓機主電機運行方式為星-角降壓起動後全壓運行,供氣系統具體工作流程為:當按下啟動按鈕,控制系統接通啟動器線圈並打開斷油閥,空壓機在卸載模式下啟動,這時進氣閥處於關閉位置,而放氣閥打開以排放油氣分離器內的壓力。等降壓n秒(由時間繼電器控制)後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,直到系統壓力降到壓力開關下限值後,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。
  空壓機系統節能分析
  在管道供氣系統中,最基本的控制對像是流量,供氣系統的基本任務就是要滿足用戶對流量的需求。目前,常見的氣體流量控制方式有加、卸載供氣控制方式和轉速控制方式兩種。

  加、卸載供氣控制

  加、卸載供氣控制方式即為進氣閥開關控制方式,即壓力達到上限時關閥,壓縮機進人輕載運行;壓力抵達下限時開閥,壓縮機進入滿載運行。
  由於空壓機不能排除在滿負荷狀態下長時間運行的可能性,所以只能按最大需要來決定電動機的容量,設計余量一般偏大。工頻起動設備時的衝擊大,電機軸承的磨損大,所以設備維護量大。雖然都是降壓啟動,但起動時的電流仍然很大,會影響電網的穩定及其它用電設備的運行安全,而且大多數是連續運行,由於一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調速,因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現降速調節輸出功率的匹配,電機不允許頻繁啟動,導致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行,電能浪費巨大。
  經常卸載和加載導致整個氣網壓力經常變化,不能保持恆定的工作壓力延長壓縮機的使用壽命。空壓機的有些調節方式(如調節閥門或調節卸載等方式)即使在需要流量較小的情況下,由於電機轉速不變,電機功率下降幅度比較小。

  轉速控制

  即通過改變空壓機的轉速來調節流量,而閥門的開度保持不變(一般保持最大開度)。當空壓機轉速改變時,供氣系統的揚程特性隨之改變,而管阻特性不變。
  在這種控制方式下,通過變頻調速技術改變空壓機電機的轉速,空壓機的供氣流量可隨著用氣流量的改變而改變,達到真正的供需平衡,在節能的同時,也可使整個系統達到最佳工作效率。變頻器基於交一直一交電源變換原理,可根據控制對像的需要輸出頻率連續可調的交流電壓。電動機轉速與電源頻率成正比,因此,用變頻器輸出頻率可調的交流電壓作為空壓機電動機的電源電壓,可方便地改變空壓機的轉速。

  空壓機系統節能原理

  采用變頻器控制空壓機的轉速以達到節能是一種較為科學的控制方法。根據空壓機運行特性知:
  Q1/Q2=n1/n2
  H1/H2=(n1/n2)2
  P1/P2=(n1/n2)3
  式中Q―――空壓機供給管網風量;
  H―――管網壓力;
  P―――電機消耗功率;
  n―――空壓機轉速。

  由上式可知,當電機轉速降至額定轉速的80%,則空壓機供給管網風量降為80%,管網壓力降為(80%)2,電機消耗功率則降為(80%)3,即51。2%,去除電機機械損耗和電機銅、鐵損耗等影響,節能效率也接近40%,這就是調速節能的原理所在。
  長期實踐證明,在供氣系統中接入變頻節能系統,利用變頻技術改變空壓機轉速軸承來調節管道中的流量,以取代閥門調節方式,能取得明顯的節能效果,一般節電率都在30%以上。另外,變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對流量的平穩調節,同時減少啟動衝擊並延長機組及管組的使用壽命。

  空壓機變頻改造方案

  空壓機變頻改造注意事項

  1)空壓機是大轉動慣量負載,這種啟動特點就很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現跳過流保護的情況,建議選用具有高啟動轉矩的無速度傳感器矢量變頻器,保證即能實現恆壓供氣連壓克力續性,又保證設備可靠穩定的運行;
  2)空壓機不允許長時間在低頻下運行,當空壓機的轉速過低,一方面將使空壓機的工作穩定性變差,另一方面也使缸體的潤滑變差,會加快磨損。所以工作的下限頻率應不低於20Hz;
  3)為了有效濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量,減小因高次諧波引起的電磁干擾,建議選用輸出交流電抗器,還可以減小電機運行噪音和溫升,提高電動機的穩定性。

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