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TP變頻器在空氣壓縮機系統(tǒng)中的應用
隨著我國經濟的高速發(fā)展特別是21世紀初WTO的加入，能源的安全已成為擺在我們面前的一個刻不容緩的問題。全國范圍內的連續(xù)限電已向我們拉響了能源的警報。也是關系到我國經濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要因素。同時異常激烈的市場競爭已滲透到各行各業(yè)的每個角落中。生產型企業(yè)怎樣能否有效的提高生產效率、工藝、節(jié)能降耗從而降低生產成本，保住產品優(yōu)勢業(yè)亦成為各廠家發(fā)展中的首要問題。據(jù)不完全統(tǒng)計在我國的電能的60%是被各行各業(yè)中廣泛使用的風機、水泵所消耗，而空壓機則占了60%中的15%左右。可想而知其年消耗量有多大。而由于空壓機是結構復雜的通用設備，運轉時間長，配備電機功率較大，因而降低空壓機的功耗，提高空壓機的經濟運行，對節(jié)能具有一定意義。盡管我們加強日常運行管理：減少泄漏、合理潤滑、定期維護，但是共蘊藏的節(jié)能潛力遠未被挖掘出來。下面就作簡單分析。
我們通常使用的都是活塞式空壓機，活塞在氣缸內作往復運行，周期性地改變缸內的容積，從而使氣缸內氣體容積發(fā)生變化，并與氣缸內氣閥作相應的開閉動作配合，通過吸氣、壓縮、排氣等動作，將無壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲壓罐內。
首先，空壓機的驅動軸上所需要的軸功率，與排氣壓力、空壓機轉速有直接的關系，也就是說，在實際運行中，由于壓縮空氣的使用隨時在變化，空壓機并不經常在額定工況下運行，而空壓機排氣壓力的高低則直接影響到實際軸功率的大小。排氣壓力越高，所需軸功率也越大。試驗證明滿負載時，空壓機的輸入電流（功率）與排氣壓力的關系符合圖2曲線與關系式。
其次，為滿足用氣量的隨時變化要求，儲氣罐內氣體必須保持一定的壓力，我廠濾池運行壓力為0.65-0.80MPA，目前大多數(shù)空壓機均采用切斷進氣的調節(jié)方式來改變排至儲氣罐的氣量。對于空壓機氣量的供求關系表現(xiàn)為排氣壓力的變化，空壓機排氣量正好滿足生產用氣量要求時，儲氣壓力保持不變，若能維持這種狀態(tài)當然最佳，但實際上用氣量是隨時變化的，而且設計冗余量較大，所以空壓機排氣量都要大于用氣量，如果空壓機仍恒速運轉，則儲氣罐內的氣體越積越多，當罐內壓力上升達到設定壓力時，一般采用兩種辦法：一種是空壓機卸荷運行，不產生壓縮氣體，電動機處于空載運轉，其用電量仍為滿負載的30-60%，這部分電能被白白浪廢掉。另外一種辦法是停止空壓機運行，這樣似乎空壓機空轉或不斷放空所浪費的電能被消除了，但是若無容積較大的儲氣罐，將會帶來電動機的頻繁啟動，空壓機的空載啟動電流大約是額定電流的5-7倍，對電網及其它用電設備沖擊較大，同時使空壓機的使用壽命也會縮短。
綜上所述，由于空壓機可以在保證生產所需要的最低壓力下運行，電機輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實現(xiàn)空壓機的供氣壓力—轉速的動態(tài)匹配，減少了電機的實際輸入功率，達到節(jié)能目的。即電機的轉速由供氣壓力來控制，壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，而不必做無用功，從而取得良好的節(jié)能效果，節(jié)能的第二方面是空壓機停止了空轉，電機不存在輕載運行，這部分能量很可觀。
相應帶來的其它好處是：供氣壓力穩(wěn)定，通過壓力調節(jié)器，可使空壓機保持在設定的壓力值下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，而且壓力可以無級設定，隨時可調。電機實現(xiàn)軟啟動，壓縮機的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長。空壓機排氣量由空壓機的轉速來控制，氣缸內氣閥片不再反復地開啟和關閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動與沖擊，維修工作量減少。
示例1、以下為某水廠的空壓機運行狀況：
自來水廠的每日供水量隨季節(jié)天氣的變化而不同，一日之隨每時的供水量也隨時間晝夜而有別。水廠的供水量始終處于動態(tài)的變化之中，濾池的運行數(shù)量也在不斷地改變。水廠濾池總數(shù)為32格，進水閘板、排水閘板、反沖氣蝶閥、反沖水蝶閥與出水蝶閥都采用氣動控制，以四臺空壓機（兩用兩備）組成的空壓站供給氣源。以下是濾池空壓站節(jié)能效果的測算：（空壓機配用電機Pe=11KW，Ie=22.3A，Ue=380V）
1.1只運行—組濾池（16格）
現(xiàn)場實測：只開啟一臺空壓機，卸荷時運行電流為11A，電壓為400V，功率因數(shù)約為0.85，消耗有功功率：P＝3×400×11×0.85＝6477.68W＝6.4777KW
載荷—卸荷時間比為8：6，那么一年一臺空壓機卸荷運行所需電能為：
W＝P×24×365×6÷14＝24319.06kWh
1.2一組濾池全部投運，另一組運行4格（共20格）
現(xiàn)場實測：只開啟一臺空壓機，這時空壓機不再有卸荷運行，儲氣罐壓力為0.65MPA，輸入電流為20A，沒有做無用功。
1.3兩組濾池全部運行（32格）
必須將兩臺空壓機全部投入運行，這時運行情況與1類似。
1空壓機變頻調速的實現(xiàn)方案
根據(jù)現(xiàn)場情況，目前控制濾池氣動閥共有四臺（兩用兩備）空壓機，型號相
同。選用一臺TP變頻器輪換去驅動兩臺空壓機，這樣在運行兩臺時，一臺調速一臺定速；再輔以適當?shù)目刂乒δ埽瑢崿F(xiàn)整個空壓站的恒壓自動控制，該系統(tǒng)可以根據(jù)儲氣罐壓力的變化，自動調節(jié)空壓機的轉速和空壓機的運轉臺數(shù)。
該系統(tǒng)自動化程度高，運行方式合理，不到一年時間就能收回投資。當然，
空壓機采用了變頻調速后，對空壓機正常運行有無影響應該注意，首先是潤滑問題，其實空壓機轉速越低，吸、排氣壓力差越小，潤滑油耗量也就越小，即所謂“低轉速，低潤滑”。
變頻器性能要求：
1、由于空壓機同時具備了變轉矩負載和恒轉矩負載的特性。所以我們選用了德國原裝的TP2200A系列變頻器，它的過載特性最高可達電機額定電流的200%，IGBT的極限電流為額定電流的6倍。全面的電機保護功能保證空壓機的長期無故障運行。且由于其唯一的出廠24個月保質期最大限度的保護用戶利益。
2、TP2200變頻器采用多種控制模式包括磁場定向矢量控制、直接轉矩控制等，可以保證變頻器足夠的轉矩輸出。
3、TP2200變頻器內置PI功能，可以直接輸入壓力信號便于壓力閉環(huán)控制。
4、TP2200可以在0℃-55℃中的環(huán)境溫度無障礙運行（一般空壓機安裝場合溫度較高）；甚至可以在海拔4000M的高原地區(qū)正常使用；可在320V到528V之間，寬電壓運行；
總之TP2200系列變頻器在各行各業(yè)中，特別是對變頻器性能、功
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