【正文】 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 空壓機(jī)應(yīng)用背景 空氣壓縮機(jī)，顧名思義，是生產(chǎn)壓縮空氣的。當(dāng)空壓機(jī)的壓力輸出波動(dòng)大，空壓機(jī)的壓力低的話，而干燥機(jī)的容量是按照額定的壓力配置的話，干燥機(jī)就會(huì)過載，就有水分通過干燥機(jī)，或者干燥機(jī)高壓保護(hù)開關(guān)動(dòng)作。用了變頻控制系統(tǒng)的話，就不需要大的儲(chǔ)氣罐了。當(dāng)用戶用氣量增加時(shí)，壓力的輕微降低通過PID 調(diào)節(jié)器的作用使變頻器的輸出頻率升高，從而使壓力上升；當(dāng)系統(tǒng)用氣量減小時(shí)壓力的輕微上升同樣通過 PID 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使變頻器的輸出頻率降低，從而使實(shí)際壓力降低，由此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力保持恒定，穩(wěn)定的壓力對壓力敏感的工藝過程是非常重要的，對后處理設(shè)備也是有影響的。 傳統(tǒng)空壓機(jī)為卸載壓力到時(shí)卸載，上載壓力到時(shí)上載，壓力波動(dòng)范圍大。 變頻化螺桿式空壓機(jī)由于采用變頻器拖動(dòng)電機(jī)，變頻器具有 軟啟動(dòng)的作用，替代原 Y△起動(dòng)方式，平穩(wěn)起動(dòng)，電流沖擊大大減少，并且簡化了系統(tǒng)接線。同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊，容易對機(jī)械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修量和備品、備件費(fèi)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告紙 共 30 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 傳統(tǒng)空壓機(jī)與變頻化螺桿式空壓機(jī) 的比較 傳統(tǒng)空壓機(jī)采用的是 Y△起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流是其額定電流的 5～ 7倍，一臺(tái) 90KW 的電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流將達(dá)到 600A。 （ 2） 系統(tǒng)的潤滑 風(fēng)險(xiǎn) 目前 ， 螺桿 式 空壓機(jī)采用的壓力式的潤滑方式跟電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有關(guān)系，因此，變頻化的風(fēng)險(xiǎn)不存在；而活塞式空壓機(jī)的變頻化 則 必須考慮這個(gè)風(fēng)險(xiǎn) 。 空壓機(jī)變頻化的風(fēng)險(xiǎn) 變頻空壓機(jī)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，然而， 從系統(tǒng)可靠性的角度考慮， 實(shí)現(xiàn) 變頻化 以后 的空壓機(jī) 必須考慮兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)： （ 1） 電機(jī)散熱的風(fēng)險(xiǎn) 由于采用普通電機(jī)，轉(zhuǎn)速下降后電機(jī)散熱效果變差，因此 ， 變頻器必須限制一定的最低運(yùn)行頻率以保證足夠的散熱效果。 （ 4） 噪音低，由于穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)運(yùn)行頻率小于工頻，機(jī)械噪音下降，機(jī)械磨損小 。 （ 3） 啟動(dòng)無沖擊：由于變頻器本身是一個(gè)軟啟動(dòng)裝置，啟動(dòng)電流最大在額定電流的兩倍左右，與工頻啟動(dòng)一般在額定電流的 6 倍 以上相比，啟動(dòng)沖擊很小。 （ 2） 更節(jié)能：盡管各個(gè)廠家的螺桿空壓機(jī)采取了不同的節(jié)能運(yùn)行模式，但由于變頻器是根據(jù)實(shí)際用氣量實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的，用氣量低的時(shí)候還可以讓空壓機(jī)自動(dòng)休眠，這樣就大大減少能 源的損失。 空壓機(jī)使用場合一般有如下特點(diǎn)：配置容量比實(shí)際氣量大、氣量消耗不穩(wěn)定、氣壓要求穩(wěn)定、噪音要盡可能低 ， 尤其夜間 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告紙 共 30 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 變頻空壓機(jī)的特點(diǎn) 空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制后可以完成對產(chǎn)氣壓力的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，并且機(jī)組啟動(dòng)時(shí)沒有峰值電流不會(huì)對機(jī)組或電網(wǎng)造成影響。 （ 3） Direct stop level 直接停機(jī)壓力點(diǎn) 圖 4342 直接停機(jī)壓力點(diǎn) 當(dāng)壓力增加的太快，在壓縮機(jī)到達(dá)最低轉(zhuǎn)速之前已經(jīng)突破間接停機(jī)壓力點(diǎn)，這里會(huì)有第二個(gè)停機(jī)壓力設(shè)定以避免壓力太高，這稱作直接停機(jī)壓力點(diǎn)。 、 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告紙 共 30 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 2） Indirect stop level 間接停機(jī)壓力點(diǎn) 圖 4341 間接停機(jī)壓力點(diǎn) 如圖 4341，如果管網(wǎng)的壓力不斷增加即使壓縮機(jī)已經(jīng)在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，管網(wǎng)壓力一旦到達(dá)特定壓力，壓縮機(jī)會(huì)停機(jī)，這稱作間接停機(jī)壓力水平。 空壓機(jī)的變頻控制 圖 4331空壓機(jī)的變頻控制 空壓機(jī)的變頻控制如圖 4331： 一旦 VSD 啟動(dòng) ， 壓力傳感器讀數(shù)會(huì)不斷地和設(shè)定的設(shè)定值 比較 ，如果管網(wǎng)壓力大于設(shè)定值，轉(zhuǎn)速降低； 如果管網(wǎng)壓力小于設(shè)定值，轉(zhuǎn)速增加 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告紙 共 30 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 由于電機(jī)為直接啟動(dòng)或 Y△ 啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于 57 倍額定電流，這樣會(huì)對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還 會(huì)對電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。 由流體力學(xué)可知， P（功率） =Q（流量） *H（壓力），流量 Q 與轉(zhuǎn)速 N 的一次方成正比，壓力 H 與轉(zhuǎn)速 N 的平方成正比，功率 P 與轉(zhuǎn)速 N 的立方成正比，如果機(jī)組的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速 N 可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率 P 成立方關(guān)系下降。速度降低，排氣量就降低，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)的速度是和電源的頻率成正比的，改變電源的頻率就可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變空壓機(jī)系統(tǒng)的排氣量，耗能降低，這樣就相當(dāng)于可以控制排氣量，用多少的氣量就生產(chǎn)多少的壓縮氣體，不像工頻控制，用不了就放空，卸載，增加了噪音，浪費(fèi)了能源。 用戶的用氣量是波動(dòng)的，為用戶配置的空壓機(jī)是按最大用氣量配置的，當(dāng)用氣量不是最大時(shí)，空壓機(jī)依然是按額定的排氣量排氣，系統(tǒng)壓力就會(huì)升高，這樣空壓機(jī)就會(huì)卸載，持續(xù)空載運(yùn)行一段時(shí)間后停機(jī)。 變頻技術(shù)在空壓機(jī)中的應(yīng)用 變頻技術(shù)在空壓機(jī)應(yīng)用的背景 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)上空 壓機(jī)的用電量占全部用電設(shè)備的 9%，傳統(tǒng)的空壓機(jī)主要采用三相異步電動(dòng)機(jī) Y△啟動(dòng)方式，工頻恒速運(yùn)行，壓力和流量的調(diào)節(jié)靠閥門和旁通完成，由于工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)必須按工廠負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留 1020%設(shè)計(jì)余量，事實(shí)上很多空壓機(jī)是不會(huì)運(yùn)行在滿負(fù)載狀態(tài)下的，并且隨著工廠實(shí)際生產(chǎn)的需求的波動(dòng)，存在較大的浮動(dòng)，所以節(jié)能的空間很大！ 變頻調(diào)速節(jié)能原理 裝在空壓機(jī)上的電機(jī)一般是標(biāo)準(zhǔn)的三相鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)接到工頻電源時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是改變不了的。而與之相比的變頻空壓機(jī)變頻器改變壓縮機(jī)供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，依靠壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢達(dá)到控制壓力的目的，壓力波動(dòng)小、電能消耗少，其穩(wěn)定性得到 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告紙 共 30 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 較大提高。這樣不但壓力穩(wěn)定，還避免了壓縮機(jī)頻繁地開開停停所造成的對壽命的衰減，而且耗電量大大下降，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能。同時(shí)，通過變頻器還穩(wěn)定了電源電壓，徹底解決了由于電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定而造成空壓機(jī)器不能正常工作的難題。壓縮機(jī)是空壓機(jī)的心臟，其轉(zhuǎn)速直接影響到空壓機(jī)的使用效率，變頻器就是用來控制和調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)，使之始終處于最佳的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，從而提高能效比。 控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提 供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的運(yùn)算電路，主電路的電壓、電流檢測電路，電動(dòng)機(jī)的速度檢測電路，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路組成。 逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使 6 個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流 器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的整流器，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的平波回路，以及將直流功率變換為交流功率的逆變器。 變頻器的工作原理 圖 4131 變頻器控制器 如圖 4131， 主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類 ： 電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告紙 共 30 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 器，直流回路的濾波是電容。 （ 3） 逆變器：由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。 （ 1） 整流單元：將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告紙 共 30 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 螺桿式 空壓機(jī)的變頻化控制 4． 1 變頻器工作原理簡介 什么是 變頻器 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一率的能控制裝置?？諝庵械乃忠驕囟冉档托纬傻哪?，經(jīng)分離器排出。 止回閥防止空氣返回二級(jí)空氣端， 它安裝在后冷卻器出口