變頻器節(jié)能技術(shù)在礦山空壓機改造中的應用

馬廣鑫

【摘要】空壓機廣泛應用于生產(chǎn)領(lǐng)域，是一種重要的機器設備。礦山企業(yè)需要空壓機設備在節(jié)能的前提下，進行穩(wěn)定的壓力提供及安全運轉(zhuǎn)，從而在對空壓機進行變頻器節(jié)能技術(shù)改造的過程中，要對傳統(tǒng)的空壓機供氣系統(tǒng)進行改造，針對其存在的弱點，進行節(jié)能設計和計算，從而提高空壓機的使用壽命。

【關(guān)鍵詞】變頻器；節(jié)能；礦山；空壓機改造

在現(xiàn)代化的礦山工業(yè)企業(yè)之中，空壓機屬于氣動系統(tǒng)的核心設備之一，變頻器節(jié)能技術(shù)應用于礦山空壓機設備之中，可以極大地提升空壓機設備的節(jié)能性能，對于降低礦山企業(yè)的生產(chǎn)成本具有重要的地位和作用。本文針對空壓機能耗較高的弱點，結(jié)合空壓機變頻器節(jié)能技術(shù)改造的原理，進行探討。

一、空壓機設備能耗弱點分析

盡管空壓機廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域，獲得了突飛猛進的發(fā)展，為企業(yè)帶來了巨額利潤，然而，它在運行過程中顯現(xiàn)出一定的弱點，主要是能耗過大、噪音巨大等問題，帶來了較大的能源浪費，不利于企業(yè)的長遠可持續(xù)發(fā)展。從空壓機設備的構(gòu)造原理來看，雖然它已日臻完善，卻仍然存在一定的技術(shù)缺陷，它的供氣系統(tǒng)主要是采用加載和卸載控制，利用空載星三角啟動方式，在大轉(zhuǎn)矩慣量負載條件下，啟動電流對電網(wǎng)的沖擊較大。在啟、停動作頻繁的狀態(tài)下，不僅會磨損電機的軸承，而且容易產(chǎn)生巨大的噪聲污染。同時，空壓機設備的人工調(diào)節(jié)速度較慢，在電機空轉(zhuǎn)的狀態(tài)時要消耗較大的電能。

二、比較空壓機工頻運行和變頻運行的狀態(tài)，分析其改造的必然性

一般而言，空壓機設備的電機功率較大，它在工頻運行狀態(tài)時，采用瞬時的加載和卸載方式，會導致強大的沖擊和波動，在電機不能自動調(diào)速的狀態(tài)下，無法實現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配。而變頻器技術(shù)則可以針對電機不能自動調(diào)速的缺陷，進行軟起、軟停，通過其無級調(diào)速的驅(qū)動性能和精準的控制性能，延長電機啟動的沖擊波，從而實現(xiàn)電機的自動轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，避免頻繁的加載、卸載。在電機轉(zhuǎn)速變化的狀態(tài)下，進行負載轉(zhuǎn)矩的恒定值，從而維持供氣系統(tǒng)的恒壓狀態(tài)，在控制調(diào)節(jié)精度的前提下，有效降低空壓機的噪聲，通過能源的節(jié)約降低礦山企業(yè)的運行成本。

三、變頻器節(jié)能技術(shù)應用于礦山空壓機改造

1、空壓機工作構(gòu)造及原理

在工業(yè)領(lǐng)域中，空壓機的構(gòu)件由電動機、壓縮腔、儲氣罐組成，空氣進入設備之中需要經(jīng)過空氣過濾器和調(diào)節(jié)閥，它們負責對空氣的控制，壓縮腔利用離心力的推力進行移動，呈現(xiàn)一種偏心的運行狀態(tài)。另外，空壓機的注油系統(tǒng)可以使空壓機冷卻，在注入潤滑油的過程中生成薄膜，從而隔離摩擦，減少磨損消耗。變頻器節(jié)能技術(shù)應用于空壓機改造中的原理，主要是指電動機生產(chǎn)的壓縮空氣存于貯氣罐中，比較貯氣罐實際壓力值與設定值之間的差值，再經(jīng)由PID調(diào)節(jié)器自動計算和分析，得出變頻器在空壓機設備中的運行頻率狀態(tài)值，轉(zhuǎn)換成電流信號控制電動機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)對電動機的自身轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，并使輸出壓力值與設定值趨于一致，在恒定的狀態(tài)下進行運轉(zhuǎn)。

2、變頻器節(jié)能技術(shù)在空壓機改造中的配置設計

變頻器節(jié)能技術(shù)在空壓機改造中的配置設計，要以改造目標為原則，要使空壓機改造后的配置符合以下要求：（1）變頻運行狀態(tài)下的輸出壓力恒定，波動范圍在±0.02Mpa以內(nèi)。（2）變頻系統(tǒng)要設計兩套控制回路，在出現(xiàn)突發(fā)故障的時候，可以確保至少有一條控制回路運行。（3）變頻系統(tǒng)要保證恒定轉(zhuǎn)矩的運行狀態(tài)。（4）變頻器節(jié)能技術(shù)要擁有抵御電磁輻射干擾的能力。（5）在用電量較小的狀態(tài)時，變頻器要采用低負載的運行，保證較低的噪聲值。

2.1、變頻器系統(tǒng)配置設計 由于空壓機是大轉(zhuǎn)矩慣性負載，需要選用較高啟動轉(zhuǎn)矩的無極速矢量變頻器，以保證在電機轉(zhuǎn)速變化狀態(tài)下的恒定轉(zhuǎn)矩驅(qū)動控制。同時，由于空壓機的電機低速運行時間較短，因而，可以選用與電動機容量相一致的變頻器，采用U/F控制方式，實現(xiàn)對空壓機的節(jié)能控制。

2.2、壓力變送器配置設計 壓力變送器配置為了配合變頻器節(jié)能技術(shù)，可以選用二線制24V供電、4～20mA輸電的遠傳壓力表，可以極強地抵抗電磁干擾，具有較強的安全性能。

2.3、PID調(diào)節(jié)儀配置設計 應用于空壓機改造之中的PID調(diào)節(jié)儀可以進行預先的設定，在更改PID參數(shù)的條件下，避免變頻器的頻繁變動狀態(tài)，保持較為平緩的恒定狀態(tài)，并在觀察、分析變頻器壓力和頻率變化值的匹配狀態(tài)下，對參數(shù)P和I的壓力值進行微調(diào)，保證較小的波動，維持系統(tǒng)的壓力恒定。

3、實例應用分析

空壓機在礦山生產(chǎn)中用于生產(chǎn)壓縮空氣，以帶動各種風動設備及工具，如：風動鑿巖機、裝巖機等，在礦山生產(chǎn)的電能源損耗之中占有較大的比重。為了降低礦山企業(yè)生產(chǎn)成本，需要從節(jié)能降耗的角度出發(fā)，對空壓機進行變頻節(jié)能改造。下面以某鉛鋅礦為實例，進行以下分析：某坑口空壓機站點有六臺空壓機，在并聯(lián)的運行狀態(tài)下負責空氣的壓縮，由于活塞式空壓機不能頻繁起、停，因而要根據(jù)井下用氣量的時間變化，進行空壓機的起、?？刂?。但是，這明顯存在一些缺陷：（1）空壓機在啟動狀態(tài)時即要進行負載運行，其供氣量總體而言要高于井下的實際用氣量，顯然這就使電網(wǎng)要承載較高的供氣壓力，產(chǎn)生無謂的電氣損耗和浪費。（2）控制精度較低，波動狀態(tài)較大，無法達到恒定風壓的水平。（3）控制閥門動作值在一次整定后，會出現(xiàn)壓力偏高的狀態(tài)，從而增加電能損耗。然而，在經(jīng)過變頻節(jié)能改造之后，可以將工頻空壓機轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l運行方式，僅在出現(xiàn)故障時采用手動切換運行狀態(tài)。在變頻運行方式下，它可以根據(jù)井下耗氣量的變化來調(diào)節(jié)空壓機的排氣量，并根據(jù)氣壓的變化頻率控制電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)恒定控制。這樣，極大地降低了能源消耗，為工頻空壓機運行提供了全新的技術(shù)手段。

總而言之，將變頻器節(jié)能技術(shù)應用于礦山空壓機改造之中，可以在閉環(huán)自動控制的狀態(tài)下，保障壓縮空氣的恒定輸出狀態(tài)，從而減少設備的磨損、減少噪聲污染，在電機軟起動的條件下安全穩(wěn)定地運行。

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