圖1 空壓機(jī)的循環(huán)運(yùn)行圖

二、空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的電能浪費(fèi)

2（1）交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:

n=60f(1-s)/p

其中 n—電機(jī)轉(zhuǎn)速 f—運(yùn)行頻率;

p—電機(jī)極對(duì)數(shù) s—轉(zhuǎn)差率;

2（2） 空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的問(wèn)題

2.1 能耗分析

加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來(lái)回變化。Pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶(hù)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(lái)表示:

Pmax＝(1＋δ)Pmin

δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在15%～30%之間。

　　在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分:

(1) 加載時(shí)的電能消耗

　　在壓力達(dá)到最小值后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升直到最大壓力值。在加壓過(guò)程中,一定要向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致電能損失。另一方面，高于壓力最大值的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓,這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。另外，空壓機(jī)本身通過(guò)檢測(cè)壓力，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣門(mén)，一部分能量消耗在進(jìn)氣門(mén)上。

(2) 卸載時(shí)電能的消耗

　　當(dāng)壓力達(dá)到壓力最大值時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)如下方法來(lái)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(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。據(jù)我們測(cè)算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)的10%～25%(這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下)。換言之，該空壓機(jī)20%的時(shí)間處于空載狀態(tài)，在作無(wú)用功。很明顯在自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣門(mén)與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。

2.2 其它不足之處

　　(1)靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無(wú)法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。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(huì)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(kāi)和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。

三、 恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)

電機(jī)型號(hào):Y450-2

功率因數(shù):0.87

額定電壓:10KV

額定電流:35.1A

額定功率:500KW

額定轉(zhuǎn)速:2975rpm

空氣壓縮機(jī)

額定流量:120 m3/min

額定壓力:0.3MPa

變頻器: 深圳市科陸變頻器有限公司CL2700-10-0630-9QY高壓變頻器

控制模式：PID恒壓控制

　　針對(duì)原有供氣控制方式存在的諸多問(wèn)題，采用深圳科陸變頻器有限公司CL2700系列高壓變頻調(diào)速器對(duì)上述空壓機(jī)進(jìn)行恒壓供氣控制。采用這一方案時(shí)，我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡?a target="_blank">信號(hào)送給PID智能調(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(hào)送變頻調(diào)速器VVVF，通過(guò)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(shí)，該方案可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(lái)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。

　　在以上PID恒壓控制模式下，我們根據(jù)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的需要，把壓力設(shè)定值P0設(shè)定為0.25 Mpa，當(dāng)用戶(hù)生產(chǎn)用氣量加大，管網(wǎng)壓力低于0.25 Mpa時(shí)，變頻器輸出頻率增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，空氣壓縮量增大，壓力隨之上升；當(dāng)生產(chǎn)用氣量減少，管網(wǎng)壓力高于0.25 Mpa時(shí)，變頻器輸出頻率減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，空氣壓縮量減小，壓力隨之下降，始終使壓力保持在0.25Mpa左右。

四、 改造效益

4.1 工頻運(yùn)行參數(shù)測(cè)量

　　電機(jī)運(yùn)行參數(shù)：電壓：10KV, 有功功率385KW,年運(yùn)行時(shí)間約7200小時(shí)，電費(fèi)0.8元/度；

　　空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù):進(jìn)口閥門(mén)開(kāi)度40%,出口閥門(mén)開(kāi)度100%,出氣口壓力:0.25MPa。

4.2 變頻運(yùn)行參數(shù)測(cè)量

　　電機(jī)運(yùn)行參數(shù)：運(yùn)行頻率46HZ, ,有功功率330KW，年運(yùn)行時(shí)間約7200小時(shí)，電費(fèi)0.8元/度；

　　空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù): 進(jìn)口閥門(mén)開(kāi)度80%，出口閥門(mén)開(kāi)度100%，出氣口壓力0.25 Mpa。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

節(jié)約電功率：385-330=55（kW）

節(jié)電率：（385-330）÷385=14.28%

每年節(jié)約電能：55×7200÷10000=39.6（萬(wàn)度）

每年節(jié)約電費(fèi)：39.6×0.8=31.68（萬(wàn)元）

4.4 附加經(jīng)濟(jì)效益

1)解決壓力波動(dòng)幅度大，提高精度。

2)解決閥門(mén)磨損成本和降低維修量。