變頻調(diào)速技術(shù)在恒壓供氣系統(tǒng)中的應(yīng)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(dòng)控制原理，以及變頻器在恒壓供氣系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)、選型、應(yīng)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(dòng)器：PLC
中圖分類號(hào)：TM921．5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1引言
隨著自動(dòng)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(diǎn)，已廣泛應(yīng)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(fù)載，如圖1所示，此類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比(如風(fēng)機(jī)、泵類等)。工廠供氣系統(tǒng)的負(fù)載主要是風(fēng)機(jī)，實(shí)踐證明這類負(fù)載采用交流變頻調(diào)速技術(shù)后，日常的運(yùn)行費(fèi)用會(huì)急劇降低，在某些應(yīng)用中降至60％，能量的消耗和相應(yīng)的輻射也有可能減少至****的水平。
2 恒壓供氣系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)
工廠恒壓供氣系統(tǒng)大多由多臺(tái)空壓機(jī)組成，采用擋板來調(diào)節(jié)風(fēng)量或閥門來調(diào)節(jié)流量，多臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行組合切換工作。設(shè)計(jì)初所留余量很大，致使這些系統(tǒng)不能達(dá)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(huì)被擋板和閥門浪費(fèi)掉。而在恒壓供氣系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后，可以改善空壓機(jī)性能，提高供氣品質(zhì)，同時(shí)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(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。
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(dá)到Pmin后，以前的控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升(直到Pmax)。這一過程中必將會(huì)向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另外高于Pmin的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)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(gè)耗能過程。
(2)卸載調(diào)節(jié)壓力時(shí)所消耗的能量
當(dāng)壓力達(dá)到Pmax時(shí)，空壓機(jī)會(huì)進(jìn)行降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)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(huì)造成很大的能量浪費(fèi)。關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體作功，但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)．實(shí)踐測算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)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(duì)應(yīng)，以達(dá)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(jī)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，減少了空氣流動(dòng)的速度，同時(shí)平衡風(fēng)門被調(diào)在更加開放的位置，使噪聲減輕。同時(shí)變頻器是軟起動(dòng)，減少了設(shè)備周期性的開／關(guān)動(dòng)作，避免產(chǎn)生比連續(xù)運(yùn)行更高、更壞的噪聲。
2.3磨損和破壞方面
減少停止／起動(dòng)次數(shù)意味著減少了機(jī)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(jí)的維護(hù)、，空氣流通量的減少意味著清潔次數(shù)的減少。對(duì)于消耗性元件，如過濾網(wǎng)、電機(jī)軸承和風(fēng)扇軸承的更換要求也相應(yīng)減少。采用變頻器可以使設(shè)備的維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用大大減少。
3 自動(dòng)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(shí)間和生產(chǎn)情況的不同流量變化很大。傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)無法保證壓力穩(wěn)定，因此只有采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)和合理的自動(dòng)控 |
