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空壓機---變頻器在多功能天車空壓機節能改造中的應用

　　1 空壓機工作原理
　　多功能天車是鋁電解生產的關鍵設備之一，空壓機作為多功能天車的一部分，是給天車進行邊部加工、出鋁、軌道清掃時提供風源的設備�？諌簷C主要由一對陰陽轉子及殼體組成，屬于容積式。如果把陰轉子齒槽與殼體構成的腔比作活塞式壓縮機的氣缸，那么陽轉子的螺旋形齒在陰轉子齒槽中的滑動就相當于活塞的往復運動。主機的工作過程分為三個階段：吸氣階段、壓縮階段、排氣階段。當干凈的空氣在齒槽的嚙合點進入吸氣口，然后經過封閉腔隨轉子的連續轉動向排氣端移動，其容積不斷縮小，因而氣體受壓縮。最后被壓縮的油氣混合物排到油氣分離器中，分離后給生產工藝提供風源。在生產過程中空壓機經常隨工藝及操作的需要進行不同程度的調節，而傳統的調節方案是通過放空閥來調節的，即空壓機主機都是以定速運轉，通過改變空壓機入口的蝶閥開度來調節風量；給風量通過改變空壓機出風口管路上的調節閥開度來調節。因此大量的風量通過放空閥放掉，也就是說，造成電能的大量浪費。
　　而空壓機的最大特點是負載轉矩與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比，因此如將電機的定速運轉改為根據需要的流量來調節電機的轉速就可節約大量的電能。

　　2 調速方案的選擇
　　改變空壓機轉速的方法目前使用的有調速型液力耦合器和電動機變頻調速器等，而近年來隨著改革開放的深入發展和世界科學技術的進步，大功率晶體管、電子技術的迅速發展及大規模集成電路和微機技術的突飛猛進，變頻調速已成為現實。變頻調速在變頻范圍、動態響應、工作效率、調整精度、功率因數、輸出特性、保護功能及可靠性方面，都達到了較為完美的程度，因此得到了廣泛的應用。變頻調速的原理根據異步電動機的轉速

　　即改變供電頻率，就可改變電機的轉速。當轉速稍降低時會獲得很大的功率節省，改變電機運行頻率與功率節省的關系。

　　3 改造方案
　　從以上運行情況分析，要節約電能，可給空壓機電動機配裝調速裝置，根據工況調節轉速來滿足工況的要求。另外，用變頻器對空壓機進行改造不必對原系統做大的改動。因此，變頻器在空壓機改造方面得到了廣泛的應用，控制系統總體構成如圖1所示。

　　其中，控制器的輸出信號用來控制變頻器的輸出頻率，以達到穩定工況及提高風壓利用效率和節能之目的�？諌簷C變頻器加減速時間的設定原則是，在保證正常供風的前提下，盡量將時間設定長一點，這樣對工藝管道有利。

　　4 改造效果
　　變頻器在對多功能天車空壓機進行改造應用后，具有以下優點：
1）節能降耗效果顯著，操作簡便，調節平衡，尤其與微機控制相聯更體現了優越性；
2）平滑啟動及電機轉速下降，機械磨損減小，故障率降低，減少了停機、停風對生產的影響；
3）擋板和調節閥的機械磨損、卡死等故障不復存在了。
　　
以下以英格索蘭XF-100型空壓機為例，介紹改造前與改造后的比較情況。
　　改造前電機銘牌上的數據為：額定功率P=75 kW；
　　額定轉速n＝1 480 r/min；額定電壓U=380 V；頻率f＝50 Hz。
　　改造前每年耗電量為75 kW×330（全年運行天數）×15（每天實際工作時間）=371 250 kW·h。
　　改造后通過排氣口壓力傳感器對變頻調速系統實現閉環控制，滿足實際生產中需要的風量實現供風的要求。實際統計得出空壓機在頻率為40 Hz 的條件下運行，就能滿足工況的部分需求。通過以下計算可知改造后的節能效果顯著。
　　n0=60f/p=60×50/2=1 500 r/min
　　s＝（n0- n1）/ n0＝（1 500-1 480）/1 500＝0.013
　　n2＝60f2（1-s）/2＝60×40（1-s）/2＝1184.4 r/min
　　再由P1/P2=（n1/n2）3可得
　　P2=P1/（n1/n2）3
　　=75 kW/（1 480/1184.4）3 =38.5 kW
　　式中：n0為電動機同步轉速；
　　n1為電動機額定轉速；
　　n2為頻率為40 Hz時的轉速。
　　而在鋁電解生產中，空壓機只有在陽極殼面邊部加工時需要全速運轉，在添加陽極覆蓋料，交換陽極等工作時只需在40 Hz 頻率下運轉即可滿足工況需求。據統計這種工作時間是每天實際工作時間的1/3，從而可得出改造后每年耗電量（全年運行330天計，每天實際工作時間為15 h，那么頻率在40 Hz 時的運轉方式為實際工作時間的2/3，全速運轉占實際工作時間的1/3）。由
　　38.5×10×330=127 050 kW·h
　　75×5×330＝123 750 kW·h
　　得出總耗電量為
　　123 750+127 050＝250 800 kW·h
　　改造前與改造后相比較每年節省的電量為
　　371 250－250 800=120 450 kW·h
　　節電率
　　120 450÷371 250=32.4% 請登陸:輸配電設備網 瀏覽更多信息
　　每年節約電費（按0.5元/kW·h計）120 450×0.5=60 225元

　　采用變頻器對空壓機進行節能改造具有結構簡單、改造方便、節能效果明顯、投資回收期短的特點。使用變頻器后，空壓機可軟起軟停，減少了對設備的機械沖擊，延長了設備使用壽命，降低了設備的維修費用。 來源:http://www.tede