..螺桿式空氣壓縮機變頻改造方案一、概述螺桿式空壓機廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)中,在其控制中采用加載-卸載閥來控制空壓機的供氣。由于用氣設(shè)備的工作周期或是生產(chǎn)工藝的差別,使得用氣量發(fā)生波動,有時會造成空壓機頻繁加載、卸載?？諌簷C卸載后電機仍然工頻運轉(zhuǎn),不僅浪費電能而且增加設(shè)備的機械磨損；空壓機加載過程是突然加載,也會對設(shè)備和電網(wǎng)造成較大的沖擊。因此對空壓機進行變頻改造具有改善電機的啟動和運行方式、減少設(shè)備的機械磨損、在一定范圍內(nèi)節(jié)約電能等效果。二、螺桿式空壓機的工作原理

以單螺桿空壓機為例說明空氣壓縮機工作原理,如圖1所示為單螺桿空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)原理圖。螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。當螺桿在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時,螺桿與殼體的齒溝相互嚙合,空氣由進氣口吸入,同時也吸入機油,由于齒溝嚙合面轉(zhuǎn)動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小,油氣受到壓縮；當齒溝嚙合面旋轉(zhuǎn)至殼體排氣口時,較高壓力的油氣混合氣體排出機體。三、壓縮氣供氣系統(tǒng)組成及空壓機控制原理⑴、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、冷干機、過濾器、儲氣罐、管路、閥門和用氣設(shè)備組成。如圖2所示為壓縮氣供氣系統(tǒng)組成示意圖。⑵、空氣壓縮機的控制原理在工廠的空氣壓縮機控制系統(tǒng)中,普遍采用后端管道上安裝的壓力繼電器來控制空氣壓縮機的運行?？諌簷C啟動時,加載閥處于不工作態(tài),加載氣缸不動作,空壓機頭進氣口關(guān)閉,電機空載啟動。當空氣壓縮機啟動運行后,如果后端設(shè)備用氣量較大,儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達到壓力上限值,則控制器動作加載閥,打開進氣口,電機負載運行,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,后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高,當達到壓力上限設(shè)定值時,壓力控制器發(fā)出卸載信號,加載閥停止工作,進氣口關(guān)閉,電機空載運行。圖3為某品牌空氣壓縮機的系統(tǒng)原理圖。四、螺桿式空氣壓縮機變頻改造⑴、空壓機工頻運行和變頻運行的比較空壓機電機功率一般較大,啟動方式多采用空載〔卸載星-三角啟動,加載和卸載方式都為瞬時。這使得空壓機在啟動時會有較大的啟動電流,加載和卸載時對設(shè)備機械沖擊較大；不光引起電源電壓波動,也會使壓縮氣源產(chǎn)生較大的波動；同時這種運行方式還會加速設(shè)備的磨損,降低設(shè)備的使用年限。

對空壓機進行變頻改造,能夠使電機實現(xiàn)軟起軟停,減小啟動沖擊,延長設(shè)備使用年限；同時由于電機運行頻率可變,實現(xiàn)了空壓機根據(jù)用氣量的大小自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,減少了電機頻繁的加載和卸載,使得供氣系統(tǒng)氣壓維持恒定,在一定程度上節(jié)約了電能。⑵、空壓機主電路和控制電路的變頻改造以某品牌空壓機為例,圖4是其電路原理圖。可以看出該品牌型號的空壓機采用星-三角啟動方式,在其控制電路上有加載繼電器。在主電路改造時,將變頻器串接進原有的電源進線中；并適當修改控制回路,實現(xiàn)變頻器的啟停。⑶、空壓機變頻改造后的啟動和運行方式空壓機變頻改造后,電機啟動時原有的交流接觸器仍然由其控制PLC按星-三角方式動作,但在交流接觸器連接為星型時,角形交流接觸器的常開觸點沒有閉合,變頻器不啟動、無輸出；當PLC控制交流接觸器轉(zhuǎn)換為三角形接法后,變頻器開始空載變頻啟動電機。當變頻器啟動電機完成后,變頻器自動變頻運行。五、螺桿式空氣壓縮機變頻改造后的工頻運行在考慮變頻器發(fā)生故障或是檢修時,空壓機能按原有的工頻控制方式運行,這保證了空壓機在變頻和工頻狀態(tài)下都可以運行,也使得改造時可以不用重新編寫PLC程序,為此增加了一套工頻、變頻自由切換電路,以方便系統(tǒng)的切換。六、螺桿式空氣壓縮機變頻改造節(jié)能分析如式1所示拉力F與摩擦力F’大小相等、方向相反,拉力F在時間T內(nèi)拉動物體做直線運動,移動位移S。拉力F在時間T內(nèi)作的功率P為由數(shù)學知識可知線速度v和旋轉(zhuǎn)角速度ω之間的關(guān)系如式2所示,式中f為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)頻率。將式2代入式1可以求得旋轉(zhuǎn)物體摩擦阻力功率如式3所示由式3可以知道,克服旋轉(zhuǎn)體的摩擦阻力使旋轉(zhuǎn)體勻速轉(zhuǎn)動,需要向旋轉(zhuǎn)體提供的功率按式3公式計算〔忽略機械效率損失,認為η為1。式3中F’為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)摩擦阻力,r為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)半徑,f為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)頻率。所以我們可以在忽略空氣壓縮機機械效率損失,同時忽略空壓機機械效率因為電機轉(zhuǎn)速變化而變化的情況下,即始終認為空壓機機械效率η為1,可以近似地認為變頻器的輸出功率與空壓機電機的轉(zhuǎn)速成正比,即成一次方正比例關(guān)系。如圖7所示是螺桿式空壓機工頻運行時的轉(zhuǎn)速/功率-周期示意圖。t1是空壓機加栽運行時間,t2是空壓機卸栽運行時間,加栽/卸栽時的轉(zhuǎn)速和功率分別為P1/n1和P2/n2。忽略空壓機機械效率η的變化,W1和W2分別為空壓機加栽運行時間t1和卸栽運行時間t2中由電源輸送給空壓機電機的能量。其中W1轉(zhuǎn)換為壓縮空氣勢能、動能和熱能等形式的能量,供設(shè)備使用。而W2則轉(zhuǎn)換為機械的摩擦熱能和聲音、震動等形式的能量損失掉。所以螺桿式空壓機經(jīng)過變頻改造后,由于電機處于變速運行情況下,而通過式3的推導知道電機的平均功率與電機的平均轉(zhuǎn)速成一次方正比例關(guān)系?？諌簷C變頻改造后,是根據(jù)用氣系統(tǒng)的用氣量恒壓變流供氣；所以變頻改造后,空壓機在周期T〔t1+t2內(nèi)所作的功W,等于同