TC变频器在空气压缩机系统中的应用

随着我国经济的高速发展特别是21世纪初WTO的加入，能源的安全已成为摆在我们面前的一个刻不容缓的问题。全国范围内的连续限电已向我们拉响了能源的警报。也是关系到我国经济可持续发展战略的一个重要因素。同时异常激烈的市场竞争已渗透到各行各业的每个角落中。生产型企业怎样能否有效的提高生产效率、工艺、节能降耗从而降低生产成本，保住产品优势业亦成为各厂家发展中的首要问题。据不完全统计在我国的电能的60%是被各行各业中广泛使用的风机、水泵所消耗，而空压机则占了60%中的15%左右。可想而知其年消耗量有多大。
而由于空压机是结构复杂的通用设备，运转时间长，配备电机功率较大，因而降低空压机的功耗，提高空压机的经济运行，对节能具有一定意义。尽管我们加强日常运行管理：减少泄漏、合理润滑、定期维护，但是共蕴藏的节能潜力远未被挖掘出来。下面就作简单分析。
我们通常使用的都是活塞式空压机，活塞在气缸内作往复运行，周期性地改变缸内的容积，从而使气缸内气体容积发生变化，并与气缸内气阀作相应的开闭动作配合，通过吸气、压缩、排气等动作，将无压或低压气体升压，并输出到储压罐内。
首先，空压机的驱动轴上所需要的轴功率，与排气压力、空压机转速有直接的关系，也就是说，在实际运行中，由于压缩空气的使用随时在变化，空压机并不经常在额定工况下运行，而空压机排气压力的高低则直接影响到实际轴功率的大小。排气压力越高，所需轴功率也越大。试验证明满负载时，空压机的输入电流（功率）与排气压力的关系符合图2曲线与关系式。
其次，为满足用气量的随时变化要求，储气罐内气体必须保持一定的压力，我厂滤池运行压力为0.65-0.80MPA，目前大多数空压机均采用切断进气的调节方式来改变排至储气罐的气量。对于空压机气量的供求关系表现为排气压力的变化，空压机排气量正好满足生产用气量要求时，储气压力保持不变，若能维持这种状态当然最佳，但实际上用气量是随时变化的，而且设计冗余量较大，所以空压机排气量都要大于用气量，如果空压机仍恒速运转，则储气罐内的气体越积越多，当罐内压力上升达到设定压力时，一般采用两种办法：一种是空压机卸荷运行，不产生压缩气体，电动机处于空载运转，其用电量仍为满负载的30-60%，这部分电能被白白浪废掉。另外一种办法是停止空压机运行，这样似乎空压机空转或不断放空所浪费的电能被消除了，但是若无容积较大的储气罐，将会带来电动机的频繁启动，空压机的空载启动电流大约是

额定电流的5-7倍，对电网及其它用电设备冲击较大，同时使空压机的使用寿命也会缩短。

综上所述，由于空压机可以在保证生产所需要的最低压力下运行，电机输入功率大大下降，辅以压力闭环控制，实现空压机的供气压力—转速的动态匹配，减少了电机的实际输入功率，达到节能目的。即电机的转速由供气压力来控制，压缩机需要多大的功率，电机就输出多大的功率，而不必做无用功，从而取得良好的节能效果，节能的第二方面是空压机停止了空转，电机不存在轻载运行，这部分能量很可观。
相应带来的其它好处是：供气压力稳定，通过压力调节器，可使空压机保持在设定的压力值下工作，压力稳定可靠性高，而且压力可以无级设定，随时可调。电机实现软启动，压缩机的使用寿命及检修周期都将得到大大延长。空压机排气量由空压机的转速来控制，气缸内气阀片不再反复地开启和关闭，阀座、弹簧等工作条件大大改善，避免了高温、高压气体急剧的流动与冲击，维修工作量减少。
示例1、以下为某水厂的空压机运行状况：
自来水厂的每日供水量随季节天气的变化而不同，一日之随每时的供水量也随时间昼夜而有别。水厂的供水量始终处于动态的变化之中，滤池的运行数量也在不断地改变。水厂滤池总数为32格，进水闸板、排水闸板、反冲气蝶阀、反冲水蝶阀与出水蝶阀都采用气动控制，以四台空压机（两用两备）组成的空压站供给气源。以下是滤池空压站节能效果的测算：（空压机配用电机Pe=11KW，Ie=22.3A，Ue=380V）


1.1 只运行—组滤池（16格）
现场实测：只开启一台空压机，卸荷时运行电流为11A，电压为400V，功率因数约为0.85，消耗有功功率：P＝ 3×400×11×0.85＝6477.68W＝6.4777KW
载荷—卸荷时间比为8：6，那么一年一台空压机卸荷运行所需电能为：
W＝P×24×365×6÷14＝24319.06kWh
1.2 一组滤池全部投运，另一组运行4格（共20格）
现场实测：只开启一台空压机，这时空压机不再有卸荷运行，储气罐压力为0.65MPA，输入电流为20A，没有做无用功。
1.3 两组滤池全部运行（32格）
必须将两台空压机全部投入运行，这时运行情况与1类似。
1 空压机变频调速的实现方案
根据现场情况，目前控制滤池气动阀共有四台（两用两备）空压机，型号相
同。选用一台TP变频器轮换去驱动两台空压机，这样在运行两台时，一台调速一台定速；再辅以适当的控制功能，实现整个空压站的恒压自动控制，该系统可以根据储气罐压力的变化，自动调节空压机的转速和空压机的运转台数。
该系统自动化程度高，运行方式合理，不

到一年时间就能收回投资。当然，
空压机采用了变频调速后，对空压机正常运行有无影响应该注意，首先是润滑问题，其实空压机转速越低，吸、排气压力差越小，润滑油耗量也就越小，即所谓“低转速，低润滑”。
变频器性能要求：
1、由于空压机同时具备了变转矩负载和恒转矩负载的特性。所以我们选用了德国原装的TP2200A系列变频器，它的过载特性最高可达电机额定电流的200%，IGBT的极限电流为额定电流的6倍。全面的电机保护功能保证空压机的长期无故障运行。且由于其唯一的出厂24个月保质期最大限度的保护用户利益。
2、TP2200变频器采用多种控制模式包括磁场定向矢量控制、直接转矩控制等，可以保证变频器足够的转矩输出。
3、TP2200变频器内置PI功能，可以直接输入压力信号便于压力闭环控制。
4、TP2200可以在0℃-55℃中的环境温度无障碍运行（一般空压机安装场合温度较高）；甚至可以在海拔4000M的高原地区正常使用；可在320V到528V之间，宽电压运行；
总之TP2200系列变频器在各行各业中，特别是对变频器性能、功能要求较高的场合已逐渐得到广泛的应用，以上案例仅为抛砖引玉。我们相信在不久的将来，TP系列变频器将成为中国电气传动领域的重要一员。