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深圳科陆高压变频器在空压机上的应用(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2011/4/19 18:02:28   

  空压机在工业生产中有着广泛地应用。它担负着为所有气动元件,包括各种气动阀门,提供气源的职责。因此它运行的好坏直接影响生产工艺。空压机的种类主要有活塞式、螺杆式、离心式,但其供气控制方式几乎都是采用进气口调节与加、卸载控制方式的控制模式。

    

  首先来了解一下空压机的基本工作原理。空压机结构复杂,运转时间长,配备的功率大。以活塞式空压机为例,在空压机工作过程中,活塞在气缸内作往复运动,周期性地改变缸内的容积,从而使气缸内气体容积发生变化,并与气缸内气阀相应的开启和闭合动作相配合,通过吸气、压缩、排气等动作,将自然气体或较低压力的气体(一级缸气体)升压,最终输出到储气罐内。为了满足设备的用气需求,储气罐内气体必须保持一定的压力,以作缓冲作用,加上设备自身的原因,空气压力变化幅度必然很大,通常采用切断进气的调节方式来改变排气量。理想状态是供气压力刚好满足需求,保持压力不变,实际上通过进气门控制起来不太理想,通常是空压机排气量大于实际用气量,空压机保持恒速运转,此时储气罐内气体越积越多,直到压力上升到设定的最高压力。通常采取以下两种方法解决高压问题:一是使空压机卸荷运行,保持运转但不产生气体,此时空压机消耗的功率一般在额定功率的30%左右,全是无用功;二是停止空压机的运行,这样看起来是节约了电能消耗,但是大功率电动机的启动会带来诸多问题,而且空气储存的容积有限,当气压低于下限压力值时,空压机再次以额定转速给储气罐加压,直到压力达到上限压力而停止运行,如此循环,如图1所示

   

  

  二、空压机加、卸载供气控制方式存在的电能浪费

  

  2(1)交流异步电动机的转速公式为:

  

  n=60f(1-s)/p

 

  其中 n—电机转速 f—运行频率;

  

  p—电机极对数 s—转差率;

 

  2(2) 空压机加、卸载供气控制方式存在的问题

  

  2.1 能耗分析

  

  加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin~Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值,即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下,Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示:

  

  Pmax=(1+δ)Pmin

  

  δ是一个百分数,其数值大致在15%~30%之间。

 

  在加、卸载供气控制方式下的空压机,所浪费的能量主要在2个部分:

  

  (1) 加载时的电能消耗

   

  在压力达到最小值后,原控制方式决定其压力会继续上升直到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放更多的热量,从而导致电能损失。另一方面,高于压力最大值的气体在进入气动元件前,其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样是一个耗能过程。另外,空压机本身通过检测压力,自动调节进气门,一部分能量消耗在进气门上。

   

  (2) 卸载时电能的消耗

  

  当压力达到压力最大值时,空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态,同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。据我们测算,空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%~25%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之,该空压机20%的时间处于空载状态,在作无用功。很明显在自动调节进气门与加卸载供气控制方式下,空压机电机存在很大的节能空间。

  

  2.2 其它不足之处

   

  (1)靠机械方式调节进气阀,使供气量无法连续调节,当用气量不断变化时,供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀,会加速进气阀的磨损,增加维修量和维修成本。

  

  (2) 频繁采用打开和关闭放气阀,放气阀的耐用性得不到保障。

  

  

   

来源:深圳市科陆变频器有限公司

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