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TP變頻器在空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展特別是21世紀(jì)初WTO的加入，能源的安全已成為擺在我們面前的一個(gè)刻不容緩的問題。全國范圍內(nèi)的連續(xù)限電已向我們拉響了能源的警報(bào)。也是關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)重要因素。同時(shí)異常激烈的市場競爭已滲透到各行各業(yè)的每個(gè)角落中。生產(chǎn)型企業(yè)怎樣能否有效的提高生產(chǎn)效率、工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本，保住產(chǎn)品優(yōu)勢業(yè)亦成為各廠家發(fā)展中的首要問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)在我國的電能的60%是被各行各業(yè)中廣泛使用的風(fēng)機(jī)、水泵所消耗，而空壓機(jī)則占了60%中的15%左右�？上攵淠晗牧坑卸啻�。而由于空壓機(jī)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通用設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長，配備電機(jī)功率較大，因而降低空壓機(jī)的功耗，提高空壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對節(jié)能具有一定意義。盡管我們加強(qiáng)日常運(yùn)行管理：減少泄漏、合理潤滑、定期維護(hù)，但是共蘊(yùn)藏的節(jié)能潛力遠(yuǎn)未被挖掘出來。下面就作簡單分析。
我們通常使用的都是活塞式空壓機(jī)，活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)行，周期性地改變缸內(nèi)的容積，從而使氣缸內(nèi)氣體容積發(fā)生變化，并與氣缸內(nèi)氣閥作相應(yīng)的開閉動(dòng)作配合，通過吸氣、壓縮、排氣等動(dòng)作，將無壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲(chǔ)壓罐內(nèi)。
首先，空壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上所需要的軸功率，與排氣壓力、空壓機(jī)轉(zhuǎn)速有直接的關(guān)系，也就是說，在實(shí)際運(yùn)行中，由于壓縮空氣的使用隨時(shí)在變化，空壓機(jī)并不經(jīng)常在額定工況下運(yùn)行，而空壓機(jī)排氣壓力的高低則直接影響到實(shí)際軸功率的大小。排氣壓力越高，所需軸功率也越大。試驗(yàn)證明滿負(fù)載時(shí)，空壓機(jī)的輸入電流（功率）與排氣壓力的關(guān)系符合圖2曲線與關(guān)系式。
其次，為滿足用氣量的隨時(shí)變化要求，儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力，我廠濾池運(yùn)行壓力為0.65-0.80MPA，目前大多數(shù)空壓機(jī)均采用切斷進(jìn)氣的調(diào)節(jié)方式來改變排至儲(chǔ)氣罐的氣量。對于空壓機(jī)氣量的供求關(guān)系表現(xiàn)為排氣壓力的變化，空壓機(jī)排氣量正好滿足生產(chǎn)用氣量要求時(shí)，儲(chǔ)氣壓力保持不變，若能維持這種狀態(tài)當(dāng)然最佳，但實(shí)際上用氣量是隨時(shí)變化的，而且設(shè)計(jì)冗余量較大，所以空壓機(jī)排氣量都要大于用氣量，如果空壓機(jī)仍恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，則儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體越積越多，當(dāng)罐內(nèi)壓力上升達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，一般采用兩種辦法：一種是空壓機(jī)卸荷運(yùn)行，不產(chǎn)生壓縮氣體，電動(dòng)機(jī)處于空載運(yùn)轉(zhuǎn)，其用電量仍為滿負(fù)載的30-60%，這部分電能被白白浪廢掉。另外一種辦法是停止空壓機(jī)運(yùn)行，這樣似乎空壓機(jī)空轉(zhuǎn)或不斷放空所浪費(fèi)的電能被消除了，但是若無容積較大的儲(chǔ)氣罐，將會(huì)帶來電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)，空壓機(jī)的空載啟動(dòng)電流大約是額定電流的5-7倍，對電網(wǎng)及其它用電設(shè)備沖擊較大，同時(shí)使空壓機(jī)的使用壽命也會(huì)縮短。
綜上所述，由于空壓機(jī)可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運(yùn)行，電機(jī)輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力—轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)匹配，減少了電機(jī)的實(shí)際輸入功率，達(dá)到節(jié)能目的。即電機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來控制，壓縮機(jī)需要多大的功率，電機(jī)就輸出多大的功率，而不必做無用功，從而取得良好的節(jié)能效果，節(jié)能的第二方面是空壓機(jī)停止了空轉(zhuǎn)，電機(jī)不存在輕載運(yùn)行，這部分能量很可觀。
相應(yīng)帶來的其它好處是：供氣壓力穩(wěn)定，通過壓力調(diào)節(jié)器，可使空壓機(jī)保持在設(shè)定的壓力值下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，而且壓力可以無級(jí)設(shè)定，隨時(shí)可調(diào)。電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，壓縮機(jī)的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長�？諌簷C(jī)排氣量由空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制，氣缸內(nèi)氣閥片不再反復(fù)地開啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動(dòng)與沖擊，維修工作量減少。
示例1、以下為某水廠的空壓機(jī)運(yùn)行狀況：
自來水廠的每日供水量隨季節(jié)天氣的變化而不同，一日之隨每時(shí)的供水量也隨時(shí)間晝夜而有別。水廠的供水量始終處于動(dòng)態(tài)的變化之中，濾池的運(yùn)行數(shù)量也在不斷地改變。水廠濾池總數(shù)為32格，進(jìn)水閘板、排水閘板、反沖氣蝶閥、反沖水蝶閥與出水蝶閥都采用氣動(dòng)控制，以四臺(tái)空壓機(jī)（兩用兩備）組成的空壓站供給氣源。以下是濾池空壓站節(jié)能效果的測算：（空壓機(jī)配用電機(jī)Pe=11KW，Ie=22.3A，Ue=380V）
1.1 只運(yùn)行—組濾池（16格）
現(xiàn)場實(shí)測：只開啟一臺(tái)空壓機(jī)，卸荷時(shí)運(yùn)行電流為11A，電壓為400V，功率因數(shù)約為0.85，消耗有功功率：P＝ 3×400×11×0.85＝6477.68W＝6.4777KW
載荷—卸荷時(shí)間比為8：6，那么一年一臺(tái)空壓機(jī)卸荷運(yùn)行所需電能為：
W＝P×24×365×6÷14＝24319.06kWh
1.2 一組濾池全部投運(yùn)，另一組運(yùn)行4格（共20格）
現(xiàn)場實(shí)測：只開啟一臺(tái)空壓機(jī)，這時(shí)空壓機(jī)不再有卸荷運(yùn)行，儲(chǔ)氣罐壓力為0.65MPA，輸入電流為20A，沒有做無用功。
1.3 兩組濾池全部運(yùn)行（32格）
必須將兩臺(tái)空壓機(jī)全部投入運(yùn)行，這時(shí)運(yùn)行情況與1類似。
1 空壓機(jī)變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方案
根據(jù)現(xiàn)場情況，目前控制濾池氣動(dòng)閥共有四臺(tái)（兩用兩備）空壓機(jī)，型號(hào)相
同。選用一臺(tái)TP變頻器輪換去驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)空壓機(jī)，這樣在運(yùn)行兩臺(tái)時(shí)，一臺(tái)調(diào)速一臺(tái)定速；再輔以適當(dāng)?shù)目刂乒δ�，�?shí)現(xiàn)整個(gè)空壓站的恒壓自動(dòng)控制，該系統(tǒng)可以根據(jù)儲(chǔ)氣罐壓力的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速和空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)。
該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行方式合理，不到一年時(shí)間就能收回投資。當(dāng)然，
空壓機(jī)采用了變頻調(diào)速后，對空壓機(jī)正常運(yùn)行有無影響應(yīng)該注意，首先是潤滑問題，其實(shí)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速越低，吸、排氣壓力差越小，潤滑油耗量也就越小，即所謂“低轉(zhuǎn)速，低潤滑”。
變頻器性能要求：
1、由于空壓機(jī)同時(shí)具備了變轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性。所以我們選用了德國原裝的TP2200A系列變頻器，它的過載特性最高可達(dá)電機(jī)額定電流的200%，IGBT的極限電流為額定電流的6倍。全面的電機(jī)保護(hù)功能保證空壓機(jī)的長期無故障運(yùn)行。且由于其唯一的出廠24個(gè)月保質(zhì)期最大限度的保護(hù)用戶利益。
2、TP2200變頻器采用多種控制模式包括磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，可以保證變頻器足夠的轉(zhuǎn)矩輸出。
3、TP2200變頻器內(nèi)置PI功能，可以直接輸入壓力信號(hào)便于壓力閉環(huán)控制。
4、TP2200可以在0℃-55℃中的環(huán)境溫度無障礙運(yùn)行（一般空壓機(jī)安裝場合溫度較高）；甚至可以在海拔4000M的高原地區(qū)正常使用；可在320V到528V之間，寬電壓運(yùn)行；
總之TP2200系列變頻器在各行各業(yè)中，特別是對變頻器性能、功能要
求較高的場合已逐漸得到廣泛的應(yīng)用，以上案例僅為拋磚引玉。我們相信在不久的將來，TP系列變頻器將成為中國電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的重要一員。
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