顧健

摘要：本文匯集了傳統(tǒng)空壓機變頻器改造中應(yīng)注意的幾個問題，通過空壓機的變頻改造，做到既能滿足生產(chǎn)工藝的要求，又能達到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：變頻器；空氣壓縮機；節(jié)能降耗

空壓機是很多企業(yè)常用設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計，在工業(yè)生產(chǎn)中空壓機的用電量占全部用電設(shè)備的9%，傳統(tǒng)的空壓機主要采用三相異步電動機Y-Δ啟動方式，工頻恒速運行，壓力和流量的調(diào)節(jié)靠閥門和旁通完成。由于工業(yè)設(shè)計時壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)必須按工廠負荷最大時設(shè)計，并且留10%～20%設(shè)計余量，空壓機正常不會運行在滿負載狀態(tài)下，而是隨著實際生產(chǎn)的需求波動，所以節(jié)能的空間很大。為了使空壓機能夠提供較穩(wěn)定的壓力及運轉(zhuǎn)模式，也為了節(jié)約能源，可以設(shè)計不同的控制方式。變頻調(diào)速技術(shù)，作為一項節(jié)能手段，在風機、水泵等設(shè)備的技改中得到廣泛使用，可大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。根據(jù)具體情況，風機、水泵等設(shè)備采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率在20%～40%范圍內(nèi)，通常1～2年內(nèi)可收回變頻器及其他安裝等附加費用等投資。

空壓機的種類有很多，有活塞式空壓機、螺桿式空壓機、離心式空壓機，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。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。變頻器則是改變了傳統(tǒng)空壓機的工作原理，它采用的是：以軟啟動、消除諧波干擾、無功補償?shù)裙δ芗捌交冾l調(diào)速的特點對流量壓力進行平穩(wěn)的調(diào)節(jié)，用改變電動機的轉(zhuǎn)速來取代閥門調(diào)節(jié)的供氣方式，使其與流量、壓力與其功率相匹配。空壓機系統(tǒng)采用變頻器控制空壓機的轉(zhuǎn)速從而達到節(jié)能是一種較為科學的節(jié)能控制方式。當電機轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的80%時，則空壓機供給管網(wǎng)流量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（80%）平方，電機消耗功率則降為80%的立方，即節(jié)能為51.2%，扣除電機機械損耗和電機銅損、鐵損等，其節(jié)能效率在40%左右。正因為變頻調(diào)速的這些優(yōu)點，許多生產(chǎn)企業(yè)在空壓機的技改中首選方案就是加裝變頻器。殊不知，不恰當?shù)氖褂米冾l器不僅不能達到節(jié)能的目的，還有可能造成空壓設(shè)備的嚴重損壞，造成不必要的損失和浪費。根據(jù)這幾年的監(jiān)測情況對原有空壓機進行節(jié)能改造應(yīng)注意的問題歸納如下：

一、空壓機的節(jié)能改造必須考慮符合GB/T16665-1996標準要求

無論是活塞式空壓機、螺桿式空壓機、離心式空壓機在設(shè)備出廠時其性能指標均能達到GB/T16665-1996的指標要求，使用者在使用過程中只要嚴格按照使用說明正常維護其設(shè)備的運行指標均完全能符合GB/T16665-1966的指標要求。但如果不針對不同機型，盲木套用，一裝了事，滿頻（50Hz）或低頻（20Hz及以下），其運行指標遠遠偏離GB/T16665-1996指標要求，造成節(jié)能監(jiān)測不合格。不僅達不到節(jié)能的目的，而且嚴重危及生產(chǎn)和設(shè)備安全，甚至造成空壓設(shè)備嚴重損壞。

二、變頻器的選用

由于空壓機是大轉(zhuǎn)動慣量負載，啟動時，很容易引起變頻器出現(xiàn)過流保護動作。因此，應(yīng)選用無速度傳感器矢量變頻器，既能保證機組工作的連續(xù)性，又能保證設(shè)備穩(wěn)定可靠的運行；一般往復式壓縮機在工作中，壓縮機利用曲軸將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為往復式運動，轉(zhuǎn)矩隨著曲軸的角度而改變，在這種情況下，電動機的電流隨負載的變化而產(chǎn)生較大的波動。所以，目前對往復式壓縮機存在的這些問題限制了變頻技術(shù)在壓縮機的推廣應(yīng)用，其中最嚴重的是低速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動及由此帶來的低頻噪聲和震動等問題。不推薦用變轉(zhuǎn)矩的變頻。同時功率選用比空壓機功率大一等級的變頻器，以免空壓機啟動出現(xiàn)頻繁跳閘的情況，也便于日后的系統(tǒng)工況擴展。為了有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減少因高次諧波引起的電磁干擾，選用輸出交流電抗器，還可以減少電機運行的噪音，提高電機的穩(wěn)定性；為了防止非正弦波干擾空壓機控制器，變頻器輸入端應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施?？刂凭€信號線采用屏蔽纜線，布線時要和動力電路分開，防止干擾引入電機變頻運行狀態(tài)保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。

三、空壓機不允許長時間在低頻下運行

由于轉(zhuǎn)速過低，其工作穩(wěn)定性差，壓縮機的缸體的潤滑變差，會加重機械磨損，效率下降。一般情況下不低于20Hz為佳；如活塞式空壓機、螺桿式空壓機，轉(zhuǎn)速太慢時，不但會影響工作效率，也會因電機轉(zhuǎn)速太慢造成油壓過低而油壓報警及跳閘停機，為使其不會由于油壓低報警，同時由于轉(zhuǎn)速較低，大部分的原有空壓機電機為普通電動機是設(shè)計成為電網(wǎng)直接運行的，而電網(wǎng)電壓波形基本為正弦波，如果變頻器輸出波形質(zhì)量不好的話，會對電動機產(chǎn)生不良影響。因此變頻器參數(shù)中“最低輸出頻率”值的設(shè)置十分重要，設(shè)置過低會影響其正常工作，設(shè)置過高又影響節(jié)電效果，根據(jù)實際運行的情況來看“最低輸出頻率”設(shè)置在30Hz較為適宜。在實際技改過程中，相對于傳統(tǒng)的空壓機而言，購買先進的變頻速度控制的新型空壓機產(chǎn)品在購買成本上付出的多余部分將在使用一到兩年后從電能節(jié)省中獲得相應(yīng)回報。

有資料顯示，在滿載情況下，安裝變頻器的空壓機耗電將超過4%（為變頻器本身的損耗），當空壓機長期工作在滿載情況下時沒必要安裝變頻器。在空壓機多機應(yīng)用中，傳統(tǒng)的控制壓力或出氣量的方法是將多臺空壓機全部運行，并通過加載和卸載來調(diào)節(jié)，最終達到壓力或出氣量的控制要求。顯然，所有的空壓機都是在全速運行，耗電嚴重且控制頻繁，尤其是在加一臺太多但減一臺又太少的情況下。因此，對于多機進行變頻控制是非常理想的。如果空氣壓力要求高或出氣量不高，只需要一臺空壓機工作即可，這時變頻空壓機便通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來達到要求；當變頻空壓機電機的頻率達到50Hz其出氣量仍無法滿足要求時，便要求加入1臺常規(guī)（即工頻供電）空壓機進行運行，變頻空壓機則通過速度調(diào)節(jié)來滿足要求；當變頻空壓機電機的頻率再次達到50Hz仍無法滿足要求時，則需要加入2臺常規(guī)空壓機來進行運行，變頻空壓機則通過速度調(diào)節(jié)來滿足出氣量或壓力要求。反之，當壓力或出氣量太富余時，則要求減去相應(yīng)的常規(guī)空壓機。

在空壓機的變頻改造過程中還會遇到如電機過熱、諧波治理等其他問題，但變頻調(diào)速技術(shù)作為一項節(jié)能手段在空壓機系統(tǒng)的應(yīng)用無疑是一個很好的方法，可大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)設(shè)備的故障率，延長設(shè)備的使用壽命，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。