广东省东莞电机有限公司 523141
摘 要：空压机是一种用来压缩气体提高气体压力的机械，广泛地应用在采矿、冶金、机械制造、石油化工以及国防工业中。变频调速技术是对交流电动机进行智能化控制的技术措施，是变频技术在实际当中的一种应用形式。
关键词：变频调速；节能措施；空压机
0 引言
作为我国当前机械制造及加工行业中不可或缺的重要设备，电动机能够带动相关机械设备工作。由于技术发展所限，电动机基本上是以固定的速度进行拖动，在控制精度要求不高的情况下尚可满足相关设备的需要，但近年来随着工业智能化及自动化的快速发展，固定转速拖动的方式以难以适应当前机械制造加工业的生产需要，因此，在实际生产就需要利用变频调速来提高转速控制的精度，所谓变频调速技术，就是利用变频器来驱动电机，即让电机按照既定的程序或方式进行工作，从而实现速度的可调性。空压机是工厂里最重要的机器设备之一。空压机供气领域能否应用变频调速技术，在节省电能的同时改善空压机性能，提高供气品质，降低生产设备的故障率，延长设备的使用寿命备受社会各界关注。只有解决节能这一全球性问题，才能提高企业的竞争力。
1 空压机变频技术原理
压气站和储气库的空压机系统主要为阿特拉斯GA22P 型空压机和英格索兰M L45D 型空压机，大部分为一开一备，24h运行。变频器的型号分别为英格索兰的IR5000-22-II、IR5000-45-II、IR5000-132-II，主要根据空压机的功率进行选择。
空压机变频器的工作原理如下：空压机与高效节能控制系统组合后，空压机发给变频器起停信号、加载信号（PID 调节信号）、变频器返回空压机的故障信号，同时通过压力变送器从压缩空气系统中采集压力信号输入到变频器中，作为空压机加载PID 调节参考的外部压力模拟反馈。高效节能控制系统通过对空压机进行变频控制，帮助用户实现系统的节能控制。
IR5000 会根据实际的用气量，自动调节电动机的转速以达到稳定输出压力的目的，实现节能。除此之外，使用VFD 还能实现电动机软启动、减少电动机的频繁加卸载、降低电动机噪音等功能。VFD 的运作可以大致分为两个步骤：
1）当空压机卸载运行时，变频驱动会以最小转速（fmin =27 Hz）恒速运转。
2）当空压机加载运行时，变频驱动会自动调节转速，稳定压力。
IR5000型高效节能控制系统为一拖二型变频控制系统，所谓一拖二型即通过IR5000可以进行两台空压机的工/ 变频模式的选择切换。这样保证了两台空压机系统的节能空间，提高了整个空压机系统的可靠性。
IR5000系统主要由两大部分组成：ACS550型VFD 是该系统组成的主要部件，是ABB 公司的产品；一拖二工变频控制柜，用来实现两台空压机的工/ 变频运行模式切换及变频器的故障输出。两部分成套在一个柜体，中间隔板分开，VFD 和控制部分为独立的安装空间。
2 变频调速技术优点
2.1 变频调速技术应用于空压机的优点
①节电效益明显。
②安装简易，只需将空压机的出口压力使用的软管引到控制柜即可完成。
③过载能力强，最大允许 22% 过载。
④调整方便，压力不停机调整，节能控制故障时可快速切换到自身控制；控制精确，压力波动在 ±0.01MPa 。
⑤降低空压机温升，减少空压机故障，延长空压机和机油使用寿命。
2.2 变频调速技术应用在提升绞车的优点
①在电网波动 ±20％ 范围内，恒转矩提升，不会因为电网波动影响负载提升情况。
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②启动平稳，具有优良的转矩特性，具有超强的过载能力。
③电机实现无级调速，加、减速过程很平滑；电流冲击小，大大减轻了机械冲击的强度。
④系统可以实现四象限运行，机内带有回馈单元，回馈能量直接输给电网，且不受回馈能量大小的限制，适应范围广，节能效果明显。
⑤安全保护功能齐全，除了过压、欠压、过载、过热、短路等自身保护外，还设有外围控制的连锁保护，包括制动闸信号与正、反转信号的连锁，变频器故障信号与系统安全回路的连锁，机内备有自动减速程序等。
2.3 变频调速应用于轴流式通风机上的优点
①有效节约电能，能够分别对前置动叶和后置动叶实施干涉性调速达到两级动叶最佳流动匹配，不仅随机改善了风机运行工况，满足矿井生产需求风量，据统计：节电率可达15％-47％ 左右。
②柔性启动，停止平稳，可实现对前置叶轮电机、后置叶轮电机的分别单调或双级统调的无级调速，随机性强调速范围大（10％ 左右），可从 0Hz-55Hz 进行调速。
③与传统电力拖动方式相比，变频调速装置在启动时对系统电网电压无冲击，有利于保证安全供电。减少机械冲击，瞬时态转矩反应，降低电动机的疲劳磨损，有效延长电动机的使用寿命。
2.4 变频调速技术的其它优点
变频调速技术具有 PTC、DSP 系统控制，采用芯片统一控制和 PLC 外端电路接 Vl 相结合，使调速系统具有很高的可靠性，同时利用 PLC 强大的控制能力实现灵活的控制方式；通过实时在线检测系统，可实现无人值守，能够为实现矿井自动化创造有利条件。
3变频调速技术对空压机改造的应用
3.1空压机变频控制改造的需求
通常空压机所带的负荷是非常大的，且其起动方式多为星形三角起动，当起动完成后要迅速进行负载的装载，这就使得空压机的起动电流瞬间达到其额定运行电流的 4-7 倍，对电源造成严重的冲击，加速设备的老化的同时影响正常生产，降低了相关设备的使用寿命。由于普通的空压机是无法进行调速的，因此无法对其使用压力或流量来实现降速的目的，同时在正常运行的过程中空压机也是无法进行频繁起动的，这就使得空压机需长期保持高损耗运行，造成了资源的严重浪费。
由于变频调速技术的节电效果好，调速能力和适应能力强，且平滑的变速性能和软起动方式能够降低起动和变速中对机械的冲击，减小了设备的损耗，延长了设备的使用寿命。同时由于电机运行时频率可以改变，在气量较小的时候可以降低电机的速度，这就是实现了在不需要对空压机进行加载和卸载的条件下完成了对空压机输出功率的调节，进而大幅提高了电机的运行功率，使气压供气系统保持在一个相对稳定的工况下运行，实现了节能的目标。
通过以上分析我们可以发现对空气压缩机进行变频改造可以实现节约能源、降低运行成本，延长设备的使用寿命，提高控制的精度等特点，能够从根本上改善空压机的运行工况和成本。
3.2空压机的变频调速改造要求
在对空压机进行变频改造时，应保证储气罐出口压力稳定，其波动的范围在生产要求范围之内，同时系统应具备工频和变频两种控制回路，工频控制作为变频控制出现故障时的备用控制，根据空压机工况和转矩特征进行改造，在变频器的输入端可加载一些抗干电磁干扰元件以增强空压机对外界干扰的抵抗能力，若生产工艺发生改变，则应保证改造后的变频控制系统利用横气压和变流方式实现对供气气压的调整。
结束语
综上所述，变频调速技术在应用中所取得的节能效果是显而易见的。变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全性和延长设备使用寿命等优点已成为现代技术的一个主要发展方向，变频节能系统的应用是社会生产发展的必然趋势，它有着早改造、早受益、早使用、早发展的特点。
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论文作者:何新
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/8
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