摘  要：本文主要介紹了空壓機基本工藝，同時介紹了空壓機變頻改造的可行性和英威騰高壓變頻對空壓機改造的案例及其效果。

　　關鍵詞：高壓變頻器  活塞式空壓機

一
、引言

　　空(kong)氣(qi)壓(ya)縮(suo)機(ji)是(shi)空(kong)氣(qi)供(gong)給(gei)係(xi)統(tong)的(de)心(xin)髒(zang)，俗(su)稱(cheng)氣(qi)泵(beng)，它(ta)可(ke)以(yi)將(jiang)空(kong)氣(qi)的(de)壓(ya)力(li)從(cong)普(pu)通(tong)的(de)大(da)氣(qi)壓(ya)提(ti)升(sheng)到(dao)預(yu)定(ding)的(de)壓(ya)力(li)值(zhi)
，以(yi)供(gong)生(sheng)產(chan)使(shi)用(yong)，空(kong)氣(qi)壓(ya)縮(suo)機(ji)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)電(dian)力(li)、紡織、鋼鐵、食品、製藥等工業現場。空壓機在工業生產中有著廣泛的應用，種類有很多
，但其供氣控製方式大多采用的是加、卸(xie)載(zai)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)。該(gai)供(gong)氣(qi)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)雖(sui)然(ran)動(dong)作(zuo)原(yuan)理(li)簡(jian)單(dan)

，但(dan)存(cun)在(zai)電(dian)能(neng)浪(lang)費(fei)大(da)
，啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)大(da)，對(dui)電(dian)網(wang)衝(chong)擊(ji)大(da)，供(gong)氣(qi)壓(ya)力(li)不(bu)穩(wen)定(ding)
，進(jin)氣(qi)閥(fa)容(rong)易(yi)損(sun)壞(huai)等(deng)諸(zhu)多(duo)問(wen)題(ti)。根(gen)據(ju)國(guo)家(jia)節(jie)能(neng)減(jian)排(pai)的(de)要(yao)求(qiu)，大(da)多(duo)數(shu)企(qi)業(ye)都(dou)采(cai)用(yong)最(zui)新(xin)的(de)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)和(he)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)來(lai)實(shi)現(xian)設(she)備(bei)低(di)耗(hao)高(gao)效(xiao)的(de)生(sheng)產(chan)運(yun)行(xing)。

二、工藝介紹

　　空壓機供氣係統具體工作流程為：當(dang)按(an)下(xia)啟(qi)動(dong)按(an)鈕(niu)，控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)接(jie)通(tong)啟(qi)動(dong)器(qi)線(xian)圈(quan)並(bing)打(da)開(kai)斷(duan)油(you)閥(fa)，空(kong)壓(ya)機(ji)在(zai)卸(xie)載(zai)模(mo)式(shi)下(xia)啟(qi)動(dong)，這(zhe)時(shi)進(jin)氣(qi)閥(fa)處(chu)於(yu)關(guan)閉(bi)位(wei)置(zhi)
，而(er)放(fang)氣(qi)閥(fa)打(da)開(kai)以(yi)排(pai)放(fang)油(you)氣(qi)分(fen)離(li)器(qi)內(nei)的(de)壓(ya)力(li)。等(deng)降(jiang)壓(ya)n秒（由時間繼電器控製）後hou空kong壓ya機ji開kai始shi加jia載zai運yun行xing，係xi統tong壓ya力li開kai始shi上shang升sheng。如ru果guo係xi統tong壓ya力li上shang升sheng到dao壓ya力li開kai關guan上shang限xian值zhi，即ji起qi跳tiao壓ya力li，控kong製zhi器qi使shi進jin氣qi閥fa關guan閉bi
，油you氣qi分fen離li器qi放fang氣qi
，壓ya縮suo機ji空kong載zai運yun行xing

，直zhi到dao係xi統tong壓ya力li降jiang到dao壓ya力li開kai關guan下xia限xian值zhi後hou，即ji回hui跳tiao壓ya力li下xia，控kong製zhi器qi使shi進jin氣qi閥fa打da開kai，油you氣qi分fen離li器qi放fang氣qi閥fa關guan閉bi，壓ya縮suo機ji打da開kai，油you氣qi分fen離li器qi放fang氣qi閥fa關guan閉bi，壓ya縮suo機ji滿man載zai運yun行xing。

　　在管道供氣係統中，最基本的控製對象是流量，供氣係統的基本任務就是滿足用戶對流量的需求。目前，常見的氣體流量控製方式有加、卸載供氣控製方式和轉速控製方式兩種。

　　加、卸載供氣控製方式即為進氣閥開關控製方式

，即壓力達到上限時關閥
，壓縮機進入輕載運行；壓力抵達下限時開閥，壓縮機進入滿載運行。

　　經常卸載和加載導致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒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。

　　加載時的電能消耗分析：在壓力達到最小值後
，原控製方式決定其壓力會繼續上升直到最大壓力值。在加壓過程中,一定要向外界釋放更多的熱量
，從而導致電能損失。另一方麵
，高於壓力最大值的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經過減壓閥減壓,這一過程同樣是一個耗能過程。

　　卸載時電能的消耗分析：當壓力達到壓力最大值時，空壓機通過如下方法來降壓卸載:關guan閉bi進jin氣qi閥fa使shi電dian機ji處chu於yu空kong轉zhuan狀zhuang態tai，同tong時shi將jiang分fen離li罐guan中zhong多duo餘yu的de壓ya縮suo成cheng很hen大da的de能neng量liang浪lang費fei。據ju我wo們men測ce算suan
，空kong壓ya機ji卸xie載zai時shi的de能neng耗hao約yue占zhan空kong壓ya機ji滿man載zai運yun行xing時shi的de10%～25%(這空氣通過放空閥放空。這種調節方法要造還是在卸載時間所占比例不大的情況下)。換言之，該空壓機20%的時間處於空載狀態
，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控製方式下，空壓機電機存在很大的節能空間。

　　kaojixiefangshitiaojiejinqifa，shigongqiliangwufalianxutiaojie，dangyongqiliangbuduanbianhuashi，gongqiyalibukebimiandichanshengjiaodafududebodong。yongqijingdudabudaogongyiyaoqiu。zaijiashangpinfantiaojiejinqifa
，huijiasujinqifademosun，zengjiaweixiuliangheweixiuchengben。pinfancaiyongdakaiheguanbifangqifa，fangqifadenaiyongxingdebudaobaozhang。

三、空壓機節能計算理論

　1) 流量與轉子轉速的關係式為：

　　Qth=(丌/2)DLλN (1)

　　式中：Qth――理論流量，m³/min                  D――葉輪外徑，m

　　L――葉輪長度，m                         N――葉輪轉速r/min

　　λ――麵積利用係數；表示氣缸空間的有效利用程度（圓弧一漸開線型線的麵積利用係數λ＝0.563～0.521）

　2) 實際流量Q為：

　　Q＝Qthη(2)

　　式中：η――容積效率
，一般為0.7～0.9

　　由（１）和（２）可知，對每一台空壓機，其氣缸容積利用係數都是一個定值，當可忽略容積效率的變化時，空壓機的流量正比於轉速．

　3) 功率特性

　　空壓機的軸功率為：

　　            P =( QthΔH)/6000β                   (3)

　　式中：  P――軸功率，KW                Qth――理論流量，m³/min

　　ΔH――進出口壓差

，Pa             β――機械效率，一般為0.9

　　由式（１）和（３）可知，當空壓機轉速變化時
，其軸功率與轉速成正比

　4) 轉矩特性

　　空壓機的轉矩為：

　　M=9552(P/N)                            (4)

　　由於空壓機的軸功率與轉速在正比，因此式（４）可知，當轉速變化時，轉矩不變，即空壓機屬於恒轉矩運行．

　　可見空壓機風量Q和電機的轉速n是成正比關係的，而軸功率P與轉速也是成正比關係。所以當需要80％的額定風量時，通過變頻調節電機的轉速至額定轉速的80％
，即調節頻率到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的80％．

　　考慮減速後效率下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統計，一般空壓機通過變頻調速控製可節能10％～40％；詳情見下圖1：

　　

　　圖 1 節能示意圖

四、係統方案

　　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dang空kong壓ya機ji轉zhuan速su改gai變bian時shi，供gong氣qi係xi統tong的de揚yang程cheng特te性xing隨sui之zhi改gai變bian，而er管guan阻zu特te性xing不bu變bian。在zai這zhe種zhong控kong製zhi方fang式shi下xia，通tong過guo變bian頻pin調tiao速su技ji術shu改gai變bian空kong壓ya機ji電dian機ji的de轉zhuan速su
，空kong壓ya機ji的de供gong氣qi流liu量liang可ke隨sui著zhe用yong氣qi流liu量liang的de改gai變bian而er改gai變bian，達da到dao真zhen正zheng的de供gong需xu平ping衡heng。

　　采用的是深圳市英威騰電氣股份有限公司的CHH100-0630-10高壓變頻器。

　　4.1 一次控製方案

　　本項目切換控製旁路係統采用一拖一手動方案
，變頻與工頻能夠手動切換
，其一次原理圖如下圖2所示：

　　

　　圖 2 CHH100係列高壓變頻一拖一手動切換控製圖

　　變頻調速係統由用戶開關
、一拖一手動切換旁路櫃
、CHH100係列高壓變頻器
、高壓電機組成。一拖一手動切換旁路櫃是由三個高壓隔離開關QS1
、QS2、QS3組成。手動旁路櫃嚴格按照“五防”聯鎖要求設計
，變頻器輸入輸出高壓隔離開關QS1、QS2和旁路高壓隔離開關QS3機械閉鎖，完全能夠保證變頻調速係統安全運行。

　　? 在變頻運行狀況下，QS1、QS2閉合，QS3斷開。如需切換至工頻運行時(故障)，係統先停止變頻器輸出
，斷開用戶開關, 再由機械操作依次斷開QS1、QS2，然後機械操作閉合QS3,使電機切換至工頻側
，再合上用戶開關,使電機工頻運行；

　　? 在工頻旁路運行狀況下QS3閉合，QS1
、QS2斷開。如需手動切換至變頻運行時
，係統先斷開用戶開關，由機械操作斷開QS3
，然後由機械操作依次閉合QS1、QS2
，使電機切換至變頻側，再合上用戶開關, 變頻器自動檢測電機運行相位和頻率，在沒有電流衝擊的情況下，電機投入變頻運行。

　　該係列高壓變頻調速係統采用單元串聯多電平技術

，10kV輸入，10kV高壓輸出
，屬高－高電壓源型變頻器。

　　4.2 二次控製方案

　　把ba管guan網wang壓ya力li作zuo為wei控kong製zhi對dui象xiang
，通tong過guo裝zhuang在zai出chu氣qi口kou的de壓ya力li變bian送song器qi檢jian測ce管guan網wang壓ya力li，將jiang壓ya力li值zhi變bian換huan為wei電dian信xin號hao傳chuan輸shu給gei遠yuan程cheng監jian控kong係xi統tong或huo變bian頻pin調tiao速su係xi統tong內nei部bu的dePID調節器
，與壓力給定值進行比較，根據差值的大小按既定的PID控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)進(jin)行(xing)運(yun)算(suan)，產(chan)生(sheng)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)去(qu)控(kong)製(zhi)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)和(he)逆(ni)變(bian)頻(pin)率(lv)，調(tiao)整(zheng)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)，從(cong)而(er)使(shi)實(shi)際(ji)壓(ya)力(li)始(shi)終(zhong)維(wei)持(chi)在(zai)給(gei)定(ding)壓(ya)力(li)（如下圖）。特別注意，在壓力容差範圍內，變頻器的PID不調節，即保持輸出頻率不變。整個控製過程如下：

　　用氣需求↑——管路氣壓↓——壓力設定值與反饋值的差值↑——PID輸出↑——變頻調速係統輸出頻率↑——空壓機電機轉速↑——供氣流量↑——管路氣壓趨於穩定

　　長chang期qi實shi踐jian證zheng明ming，在zai供gong氣qi係xi統tong中zhong接jie入ru變bian頻pin節jie能neng係xi統tong
，利li用yong變bian頻pin技ji術shu改gai變bian空kong壓ya機ji的de轉zhuan速su來lai調tiao節jie管guan道dao中zhong的de流liu量liang，以yi取qu代dai閥fa門men調tiao節jie方fang式shi
，能neng取qu得de明ming顯xian的de節jie能neng效xiao果guo
，另ling外wai，變bian頻pin器qi的de軟ruan啟qi動dong功gong能neng及ji平ping滑hua調tiao速su的de特te點dian可ke實shi現xian對dui流liu量liang的de平ping穩wen調tiao節jie
，同tong時shi減jian少shao啟qi動dong衝chong擊ji並bing延yan長chang機ji組zu及ji管guan組zu的de使shi用yong壽shou命ming；變頻器有效提高電動機的功率因數。

五
、空壓機變頻改造優點

　　使用英威騰高壓變頻器的對現用的空壓機係統進行改造，以建立恒壓供氣係統，從而達到節電
、減少噪音、降低設備磨損、減少電網衝擊
、提高功率因數、起到穩定產品質量的效果，達到了預期效果，實現了節能預期。

六、結束語

　　目mu前qian國guo內nei同tong行xing對dui高gao壓ya空kong壓ya機ji的de變bian頻pin改gai造zao案an例li很hen少shao
，英ying威wei騰teng高gao壓ya變bian頻pin成cheng功gong應ying用yong在zai空kong壓ya機ji改gai造zao，標biao誌zhi著zhe英ying威wei騰teng高gao壓ya變bian頻pin技ji術shu已yi達da到dao一yi個ge新xin的de台tai階jie。

　參考文獻：

　　[1] 《CHH100係列高壓變頻器產品說明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司

　　[2]  仲明振  趙相賓  《高壓變頻器應用手冊》機械工業出版社  2010-09出版