為解決空壓機產(chǎn)能過剩而加、卸載頻繁，導(dǎo)致供氣壓力波動大、能源浪費嚴重的問題，黔江分廠采用變頻控制技術(shù)對阿特拉斯ZR250型無憂螺桿空壓機進行變頻控制改造，使電機轉(zhuǎn)速隨空壓機出口壓力變化自動調(diào)節(jié)，從而在恒定壓力輸出的基礎(chǔ)上縮短下載時間，實現(xiàn)節(jié)能運行。節(jié)能效果經(jīng)第三方能源利用檢測機構(gòu)的檢測，節(jié)能率達29.93%。因此對于空壓機加、卸載頻率的情況，采用變頻調(diào)速控制，可以有效達到節(jié)能的目的。

1.變頻調(diào)速技術(shù)早期主要應(yīng)用于生產(chǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速控制，近年來開始大量投入風(fēng)機、泵類負載的節(jié)能應(yīng)用，在空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用尤為廣泛。

空壓機是卷煙廠正常生產(chǎn)運行的重要保障，但在動力能源系統(tǒng)中，能耗僅次于鍋爐及空調(diào)系統(tǒng)。由于通常按照Zui大用氣量負荷設(shè)計空壓機容量，因此實際應(yīng)用中空壓機常常工作在空載狀態(tài)，從而浪費大量的電能。因此，筆者采用變頻控制技術(shù)，對黔江分廠1#空壓機實施變頻改造，探索空壓機變頻控制的節(jié)能效果。

同時由于目前空壓機變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在有油螺桿空壓機方面，因此筆者就阿特拉斯ZR250型無油螺桿空壓機變頻控制技術(shù)的實際應(yīng)用提出一些建議，旨為變頻控制技術(shù)在無油螺桿空壓機節(jié)能中的實際應(yīng)用提供參考。

2.空壓機變頻改造的背景：

黔江分廠3臺阿特拉斯ZR250型空壓機，電機功率245KW，單臺空壓機產(chǎn)氣量40m3/min，Zui高工作壓力0.75MPa，采用兩用一備工作方式，提供壓縮空氣供卷煙生產(chǎn)使用。

為保證生產(chǎn)用氣要求，機組供氣壓力上限設(shè)定到0.72MPa。由于空壓機采用上、下限壓力控制方式，通過加載、卸載實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，而生產(chǎn)用氣需求低于空壓機產(chǎn)量，因此機組運行存在壓縮空氣輸出壓力在上、下限之間波動，加、卸載頻繁的問題，電能浪費嚴重。

3.空壓機變頻節(jié)能分析：

阿特拉斯ZR250型空壓機為溶劑型空壓機，其工作原理為，通過電機帶動高、低壓轉(zhuǎn)子的陰陽螺桿在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使螺桿間齒溝內(nèi)的空氣不斷產(chǎn)生周期性容積變化，空氣沿著螺桿軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)螺桿空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。

因此，由螺桿壓縮機的時機容量流量公式 qv=?vCφCanλD31

式中 ?v——容積效率

Cφ——扭角系數(shù)

Ca——面積利用系數(shù)

n——陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

λ——L/D1

L——陽轉(zhuǎn)子長度

D1——陽轉(zhuǎn)子直徑

可知，螺桿空壓機的產(chǎn)氣量與電機轉(zhuǎn)速成正比，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，就可實現(xiàn)空壓機產(chǎn)氣量的調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)空壓機的產(chǎn)能，通過縮短或者消除空壓機卸載時間，避免空壓機空載運行的電能浪費，并且穩(wěn)定控制空壓機的供氣壓力，達到空壓機高效運行并降低額外電能消耗的目的。

另外，從電力拖動負載的角度來看，空壓機屬于恒轉(zhuǎn)速矩性質(zhì)的負載，恒轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩T的大小不隨轉(zhuǎn)速n變化。通過電機轉(zhuǎn)矩公式T=9550P/n可以看出，恒轉(zhuǎn)矩負載的軸功率P與轉(zhuǎn)速n成正比關(guān)系。因此，在用氣量減少時，通過調(diào)節(jié)空壓機的轉(zhuǎn)速n，可以降低所消耗的軸功率P，實現(xiàn)節(jié)能。

4.空壓機變頻控制原理：

壓縮空氣流量式空壓機供氣系統(tǒng)的基本控制對象，供氣流量需要隨時滿足用氣流量。在供氣系統(tǒng)中，空壓機壓縮空氣出口氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣需求之間的關(guān)系：

若   供氣流量＞用氣流量→出氣口氣壓上升；

若   供氣流量＞用氣流量→出氣口氣壓下降；

若   供氣流量＝用氣流量→出氣口氣壓不變。

因此，通過變頻改造，以供其系統(tǒng)壓力作為控制對象，在空壓機壓縮空氣出口管道上安裝壓力變送器，將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魉徒o變頻調(diào)速柜，并與壓力設(shè)定值進行比較，再根據(jù)偏差值大小按某種控制算法進行運算，產(chǎn)生控制信號去控制變頻調(diào)速柜的輸出電壓和頻率，從而動態(tài)調(diào)整空壓機電機的轉(zhuǎn)速，使空壓機壓縮空氣出口壓力始終保持在設(shè)定的壓力值，就可保證空壓機供氣能力恰好滿足用氣需求，其控制原理如下：

5.實際應(yīng)用：

(1)節(jié)能分析：通過2010年3月22~26日，在1#空壓機加、卸載運行，2#空壓機加載運行的前提下，每天隨機測量5次1#空壓機加、下載時間及加、下載電流，并按經(jīng)驗公式估算，1#空壓機平均耗電率（K）達64.3%，具體數(shù)據(jù)如下表：

K=1-T1/T1+AT2

1#空壓機加卸載時間統(tǒng)計表：（時間單位：s）

1#空壓機耗電率統(tǒng)計表：

式中 A=I卸載電流/I加載電流

     T1——加載運行時間

     T2——卸載運行時間

I加載運行時間——481A

I卸載運行時間——207A

(2)變頻控制系統(tǒng)：黔江分廠空壓機變頻系統(tǒng)用于1#空壓機，主要由一臺施耐德Atv71型250KW矢量變頻器、一臺4~20Ma、0~1MPa壓力傳感器及一臺MSC控制器組成，Zui低安全工作頻率35Hz。

(3)節(jié)能效果：空壓機實施變頻技術(shù)改造后投入運行至今，系統(tǒng)運行正常，節(jié)能效果顯著。經(jīng)第三方節(jié)能監(jiān)測機構(gòu)重慶市輕工能源利用監(jiān)測站現(xiàn)場檢查，相同工況相同時間間隔的用電參數(shù)測試，測試結(jié)果。

節(jié)能效果對比表

6.無油螺桿空壓機變頻改造實施注意事項：由于空壓機控制的專業(yè)化和特殊性，不同廠家的空壓機具有不同的控制特點，必須對空壓機的控制有足夠理解才能實施改造。在針對阿特拉斯無油螺桿空壓機進行變頻控制設(shè)計時必須考慮以下幾個方面：

（1）由于空壓機屬于大轉(zhuǎn)動慣量恒轉(zhuǎn)矩負載，這種啟動特點導(dǎo)致V/F控制方式的變頻器在啟動時出現(xiàn)過流保護的情況，因此必須選用具有高起動轉(zhuǎn)矩的矢量變頻器。

（2）由于ZR250型空壓機油泵與電機聯(lián)動，電機轉(zhuǎn)速過低，會使高、低壓轉(zhuǎn)子軸承潤滑變差，而且機組油路布局緊湊，有沒配置輔助油泵的空間，因此變頻器工作下限頻率必須確保機組油壓大于0.12MPaZui低允許工作壓力。

（3）由于ZR250型空壓機雖然配備變頻電機，但沒有選配的獨立風(fēng)扇，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速降低時，電機風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨之降低，散熱能力減弱。而且變頻器供電也會導(dǎo)致電機發(fā)熱，因此變頻器工作下限頻率必須確保電機溫升滿足正常運行要求。

（4）ZR250型空壓機必須采取抑制干擾的措施，否追導(dǎo)致壓力信號受干擾波動強烈而致使壓力控制不穩(wěn)定。變頻器輸入、輸出端必須配備交流電抗器，控制線纜應(yīng)采用屏蔽線纜，并實現(xiàn)強弱電隔離鋪設(shè)，變頻器接地應(yīng)與空壓機接地隔離。

（5）由于變頻器產(chǎn)生的不平衡高次電壓諧波形成共模電壓，會導(dǎo)致電機軸承存在高頻軸承電流，對軸承壽命產(chǎn)生嚴重影響，縮短軸承以及從動負載的使命壽命，因此必須在變頻器輸出端配備輸出濾波器，并且變頻器連接至電機的電力電纜必須采用屏蔽電纜。條件醋可的情況下，還應(yīng)更換軸承、聯(lián)軸器為絕緣軸承、聯(lián)軸器。

（6）由于ZR250型空壓機控制器配備各項檢測及保護功能，為保證變頻改造后空壓機的各項功能正常使用，對于變頻器及變頻控制器的啟?？刂?，應(yīng)由空壓機控制器實現(xiàn)，操作人員按正常空壓機操作程序操作空壓機，就可以啟停空壓機變頻控制。

（7）由于ZR250型空壓機默認星三角轉(zhuǎn)換時間為15s，因此選擇變頻器時，應(yīng)確保變頻器的啟動時間可以限定在15s以內(nèi)，否則空壓機會因油壓過低而飽經(jīng)停機，導(dǎo)致變頻啟動失敗。

（8）變頻系統(tǒng)應(yīng)具備工頻與變頻切換功能。正常情況下，空壓機在變頻調(diào)速控制方式下工作，當(dāng)變頻柜出現(xiàn)故障時，可方便其切換到工頻電源供電，式空壓機正常工作，以保障生產(chǎn)工藝的工期要求。

7.Zui后實現(xiàn)證明，對于無油螺桿空壓機加、寫在頻繁的運行工況，也可以采用變頻控制技術(shù)，使空壓機根據(jù)負荷變化而自動調(diào)節(jié)工況，既能實現(xiàn)恒定壓力輸出，還能通過降低空壓機產(chǎn)能，消除卸載工礦，達到節(jié)能的目的。

                                                                              廖裕生，冉井旺