變頻器在供氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式簡介

　　本人以atlascopcoga-110型固定式螺桿空壓機(jī)電氣控制原理圖（如圖3所示）為例，對加、卸載供氣控制方式進(jìn)行簡單介紹。按下起動按鈕sb2，kt1線圈得電，其瞬時閉合延時斷開的動合觸點(diǎn)閉合，km4和km6線圈得電動作壓縮機(jī)電機(jī)開始y形起動；此時進(jìn)氣控制閥yv2得電動作，控制氣體從小儲氣罐中放出進(jìn)入進(jìn)氣閥活塞腔，關(guān)閉進(jìn)氣閥，使壓縮機(jī)從輕載開始啟動。當(dāng)kt2到達(dá)設(shè)定時間（一般為5秒后）其延時斷開的動斷觸點(diǎn)斷開，延時閉合的動合觸點(diǎn)閉合，km6線圈斷電釋放，km5線圈得電動作，空壓機(jī)電機(jī)從y形自動改接成△形運(yùn)行。此時yv2斷電關(guān)閉，從儲氣罐放出的控制氣體被切斷，進(jìn)氣閥全開，機(jī)組滿載運(yùn)行。（注：進(jìn)氣控制閥yv2只在起動過程起作用，而卸載控制閥yv1卻在起動完畢后起作用）。

　　若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升，當(dāng)超過設(shè)定的最小壓力值pmin（也稱為加載壓力）時，壓力調(diào)節(jié)器動作，將控制氣輸送到進(jìn)氣閥，通過進(jìn)氣閥內(nèi)的活塞，部分關(guān)閉進(jìn)氣閥，減少進(jìn)氣量，使供氣與用氣趨于平衡。當(dāng)管線壓力繼續(xù)上升超過壓力調(diào)節(jié)開關(guān)（sp2）設(shè)定的最大壓力值pmax（也稱為卸載壓力）時，壓力調(diào)節(jié)開關(guān)跳開，電磁閥yv1掉電。這樣，控制氣直接進(jìn)入進(jìn)氣閥，將進(jìn)氣口完全關(guān)閉；同時，放空閥在控制氣的作用下打開，將分離罐內(nèi)壓縮空氣放掉。當(dāng)管線壓力下降低于pmin時，壓力調(diào)節(jié)開關(guān)sp2復(fù)位（閉合），yv1接通電源，這時通往進(jìn)氣閥和放空閥的控制氣都被切斷。這樣進(jìn)氣閥重新全部打開，放空閥關(guān)閉，機(jī)組全負(fù)荷運(yùn)行。

　　加、卸載供氣控制方式存在的問題

　　1能耗分析

　　我們知道，加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在pmin～pmax之間來回變化。pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，pmax、pmin之間關(guān)系可以用下式來表示：

　　pmax＝（1＋δ）pmin

　　δ是一個百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。

　　而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上，即pmin附近。

　　由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個部分：

　?。?）壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量

　　在壓力達(dá)到pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升（直到pmax）。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另一方面，高于pmin的氣體在進(jìn)入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近pmin。這一過程同樣是一個耗能過程。

　?。?）卸載時調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量

　　通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到pmax時，空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體作功，但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是要帶動螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，據(jù)我們測算，空壓機(jī)卸載時的能耗約占空壓機(jī)滿載運(yùn)行時的10%～15%（這還是在卸載時間所占比例不大的情況下）。換言之，該空壓機(jī)10%的時間處于空載狀態(tài)，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。

　　2其它不足之處

　?。?）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

　　（2）頻繁采用打開和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。

　　恒壓供氣控制方案的設(shè)計

　　針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，經(jīng)過上述對比分析，本人認(rèn)為可應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制。采用這一方案時，我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器yb將儲氣罐的壓力p轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號送給pid調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值p0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的pid控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號送到變頻調(diào)速器vvvf，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力p始終接近設(shè)定壓力p0。同時，該方案可以增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動，實(shí)現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。