變頻調(diào)速技術(shù)在恒壓供氣系統(tǒng)中的應用
冉翔
(焦作鐵路電纜工廠，河南焦作454001)
摘要：介紹了變頻調(diào)速自動控制原理，以及變頻器在恒壓供氣系統(tǒng)中的設(shè)計、選型、應用。闡述了該系統(tǒng)的組成、工作原理及節(jié)能方面。
關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速：變頻器PID閉環(huán)控制：軟起動器：PLC
中圖分類號：TM921．5 文獻標識碼：B
1引言
隨著自動控制技術(shù)和大功率開關(guān)器件制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)速以其自身功能完善、性能可靠、節(jié)能顯著等優(yōu)點，已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和生活等領(lǐng)域。
變頻交流調(diào)速適合用于減轉(zhuǎn)矩特性負載，如圖1所示，此類負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比(如風機、泵類等)。工廠供氣系統(tǒng)的負載主要是風機，實踐證明這類負載采用交流變頻調(diào)速技術(shù)后，日常的運行費用會急劇降低，在某些應用中降至60％，能量的消耗和相應的輻射也有可能減少至****的水平。
2 恒壓供氣系統(tǒng)中應用變頻調(diào)速的優(yōu)點
工廠恒壓供氣系統(tǒng)大多由多臺空壓機組成，采用擋板來調(diào)節(jié)風量或閥門來調(diào)節(jié)流量，多臺空壓機進行組合切換工作。設(shè)計初所留余量很大，致使這些系統(tǒng)不能達到很好的調(diào)節(jié)效果，而且噪音大、壓力不穩(wěn)定、容易損壞氣錘、元件，而且大量的電能會被擋板和閥門浪費掉。而在恒壓供氣系統(tǒng)中應用變頻調(diào)速技術(shù)后，可以改善空壓機性能，提高供氣品質(zhì)，同時節(jié)省了電能，減少了噪音。恒壓供氣系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)具有以下幾個方面的優(yōu)點。
2.1節(jié)能方面
未采用變頻調(diào)速的恒壓系統(tǒng)可控制壓縮氣體的壓力在Pmin-Pmax之間來回變化。Pmin為****壓力值，是能夠保證用戶正常工作的****壓力。Pmin、Pmax之間關(guān)系式為：
在壓力達到Pmin后，以前的控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升(直到Pmax)。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量，從而導致能量損失。另外高于Pmin的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近Pmin，這一過程同樣是一個耗能過程。
(2)卸載調(diào)節(jié)壓力時所消耗的能量
當壓力達到Pmax時，空壓機會進行降壓卸載：關(guān)閉進氣閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法會造成很大的能量浪費。關(guān)閉進氣閥使電機空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功，但空壓機在空轉(zhuǎn)中還是要帶動螺桿做回轉(zhuǎn)運動．實踐測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10％-15％。
而采用變頻捌速技術(shù)后，可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量，將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上，即Pmin附近。變頻器能夠使系統(tǒng)生產(chǎn)的空氣流量和所需求的流量精確對應，以達到****的系統(tǒng)調(diào)整。這就意味著在同樣的壓力要求下所需的流量最小、功率最小，如圖2所示。
2.2噪聲方面
變頻器通過減少電機和風扇轉(zhuǎn)速，減少了空氣流動的速度，同時平衡風門被調(diào)在更加開放的位置，使噪聲減輕。同時變頻器是軟起動，減少了設(shè)備周期性的開／關(guān)動作，避免產(chǎn)生比連續(xù)運行更高、更壞的噪聲。
2.3磨損和破壞方面
減少停止／起動次數(shù)意味著減少了機械磨損，延長了設(shè)備的使用壽命，使一些元器件只需要較低等級的維護、，空氣流通量的減少意味著清潔次數(shù)的減少。對于消耗性元件，如過濾網(wǎng)、電機軸承和風扇軸承的更換要求也相應減少。采用變頻器可以使設(shè)備的維護和運行費用大大減少。
3 自動控制系統(tǒng)的原理
工廠供氣系統(tǒng)中以恒壓供氣為原則。由于供氣隨著時間和生產(chǎn)情況的不同流量變化很大。傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)無法保證壓力穩(wěn)定，因此只有采用先進的變頻調(diào)速技術(shù)和合理的自動控 |
