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在當(dāng)前能效、成本為王的空壓機(jī)市場(chǎng)上，以永磁變頻空壓機(jī)為主打的新型產(chǎn)品廣受好評(píng)。然而，對(duì)于量大面廣的在役常規(guī)螺桿空壓機(jī)，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，并不是全部能夠被置換。因此，對(duì)于壓縮機(jī)使用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造便較為普遍了。所以，就有必要對(duì)空壓機(jī)變頻器有一定程度的了解與掌握。
空壓機(jī)變頻器是為各類(lèi)壓縮機(jī)量身定制的一種專(zhuān)用型變頻器。變頻器主要用來(lái)調(diào)速，因?yàn)樗茉O(shè)備使性能更穩(wěn)定、操作更便捷、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)于空壓機(jī)來(lái)說(shuō)，采用變頻調(diào)速的意義在哪呢？
從節(jié)能的方面來(lái)說(shuō)：使用了變頻調(diào)速后，一旦當(dāng)設(shè)備用氣量減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以降下來(lái)，電機(jī)功率變小，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的功能。
我們發(fā)現(xiàn)，空壓機(jī)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速與壓縮機(jī)的實(shí)際消耗功率成一次方關(guān)系，所以，要想減少空壓機(jī)的實(shí)際消耗就需要通過(guò)降低馬達(dá)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。其節(jié)能原理及效果如下：
① 使用變頻器后，空壓機(jī)的壓力設(shè)定可以一點(diǎn)，即可以將滿足生產(chǎn)設(shè)備要求的最低壓力作為設(shè)定壓力，變頻器將根據(jù)管網(wǎng)壓力上下波動(dòng)的趨勢(shì)，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，甚至消除了空壓機(jī)的卸載運(yùn)行，節(jié)約了電能。
② 由于系統(tǒng)中的變頻器使得管網(wǎng)上下壓力穩(wěn)定，可以降低甚至消除壓力的波動(dòng)，從而使系統(tǒng)中所有運(yùn)行的壓縮機(jī)都在一個(gè)滿足生產(chǎn)要求的較低壓力下運(yùn)行，減少了壓力向上波動(dòng)造成的功率損失。
③ 由于空壓機(jī)不能排除在滿負(fù)載狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以只能按更大需求來(lái)決定電動(dòng)機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)容量一般偏大。在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占的比例非常高，如果采用變頻調(diào)速，可大大提高運(yùn)行時(shí)的工作效率。
④ 有些調(diào)節(jié)方式,即使在需求量較小的情況下，也不能減小電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率。采用了變頻調(diào)速后，當(dāng)需求量較小的情況下，可降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減小電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
⑤ 單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)大多不能根據(jù)負(fù)載的輕重連續(xù)地調(diào)節(jié)。而采用了變頻調(diào)速后，則可以十分方便地進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，能保持壓力、流量、溫度等參數(shù)的穩(wěn)定，從而大大提高空壓機(jī)的工作性能。
從運(yùn)行成本方面來(lái)看：變頻空壓機(jī)的運(yùn)行成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采購(gòu)成本，隨著使用的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，運(yùn)行成本也越來(lái)越高，所以后期運(yùn)行成本的節(jié)省就成了最主要的。
使用變頻功能之后，有效的減少了設(shè)備內(nèi)的沖擊，大大降低了各部件的損壞率，維護(hù)與維修成本減少。除此之外，它本身還有節(jié)省能耗的作用，大大降低了運(yùn)行成本。
從螺桿空壓機(jī)使用時(shí)限來(lái)看：螺桿空壓機(jī)使用了變頻功能后，在機(jī)器運(yùn)行時(shí)可以有效的減少電器部件與機(jī)械零件產(chǎn)生的沖擊。除此之外，還有效的減少了電流波動(dòng)等，有效的延長(zhǎng)的使用時(shí)限。
從噪音方面來(lái)看：變頻空壓機(jī)通過(guò)使用變頻調(diào)速后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速明顯減慢，從而降低噪音。
變頻改造成敗與改造工程師的水平息息相關(guān)，也會(huì)在不少問(wèn)題：
1.變頻器的選擇與匹配負(fù)載特性不同變頻器的選配不同，壓縮機(jī)是恒扭矩負(fù)載，是否選擇了合適的變頻器。
2.變頻器電纜會(huì)產(chǎn)生對(duì)地耦合電容，造成變頻器出力不夠。
3.影響防護(hù)等級(jí)。
4.變頻器輸出含有高次諧波，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。
5.變頻器供電，電動(dòng)機(jī)電流增加10%溫升增加20%。
6.普通電動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下發(fā)熱量增加，自冷卻風(fēng)扇風(fēng)量劇烈減小。
7.軸承電流，軸承中的高頻電流是通過(guò)開(kāi)關(guān)的高速開(kāi)/關(guān)來(lái)產(chǎn)生的, 這樣會(huì)引起轉(zhuǎn)動(dòng)部件的波動(dòng), 進(jìn)而影響軸承的潤(rùn)滑。同時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花導(dǎo)致的彈坑, 如果不加保護(hù), 軸承就很容易損壞。
8.有電磁兼容性問(wèn)題，干擾周?chē)碾姎庠O(shè)備，也易受周?chē)母蓴_。
9.絕緣失效，變頻器中的開(kāi)關(guān)頻率會(huì)導(dǎo)致峰值電壓達(dá)到名義電壓的3.5倍。
10.在低轉(zhuǎn)速下，噴油螺桿壓縮機(jī)主機(jī)中容易產(chǎn)生冷凝水，從而造成油乳化，導(dǎo)致潤(rùn)滑失效，轉(zhuǎn)子咬死。
11.固定轉(zhuǎn)速的壓縮機(jī)仍存在加卸載閥，啟動(dòng)時(shí)需要油/氣分離器放空，有卸載時(shí)的浪費(fèi)。
除此之外，變頻器使用不當(dāng)，不但不能很好的發(fā)揮其優(yōu)良的功能，而且還可能損壞變頻器及其設(shè)備，或造成干擾影響等，因此在使用過(guò)程中應(yīng)該注意以下事項(xiàng)：
必須正確選用變頻器；
● 認(rèn)真閱讀產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，并按照說(shuō)明書(shū)的要求接線、安裝和使用；
● 變頻器裝置應(yīng)可靠接地，抑制射頻干擾，防止變頻器因漏電而引起電擊；
● 用變頻器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升及噪聲會(huì)比用網(wǎng)電（工頻）時(shí)高；在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因電動(dòng)機(jī)風(fēng)葉轉(zhuǎn)速低，應(yīng)注意通風(fēng)冷卻以及適當(dāng)減輕負(fù)載，以免電動(dòng)機(jī)溫升超過(guò)允許值；
● 供電線路的阻抗不能太小。變頻器接入電壓電網(wǎng)，當(dāng)配電變壓器的容量大于500kVA或配電變壓器的容量大于變頻器的容量的10倍時(shí)，或變頻器接在離配電變壓器很近的地方時(shí)，由于回路阻抗小，投入瞬間對(duì)變頻器產(chǎn)生很大的浪涌，會(huì)損壞變頻器的整流元件等。當(dāng)線路阻抗過(guò)小時(shí)，應(yīng)在電網(wǎng)與變頻器之間加裝交流電抗器；
● 當(dāng)電網(wǎng)三相電壓不平衡率大于3%時(shí)，變頻器輸入電流的峰值就很大，會(huì)造成變頻器及連接過(guò)熱或損壞電子元件，這時(shí)也需加裝交流電抗器。特別是變壓器為V形接法時(shí)更為嚴(yán)重，除在交流側(cè)加裝電抗器外，還需要在直流側(cè)加裝直流電抗器；
● 不能因?yàn)樘岣吖β室驍?shù)而在進(jìn)線側(cè)裝設(shè)過(guò)大的電容器，也不能在電動(dòng)機(jī)與變頻器之間裝設(shè)電容器，否則會(huì)使線路阻抗下降，產(chǎn)生過(guò)流而損壞變頻器；
● 變頻器出線側(cè)不能并聯(lián)補(bǔ)償電容，也不能為了減少變頻器輸出電壓的高次諧波而并聯(lián)電容器，否則可能損壞變頻器。為了減少諧波，可以串聯(lián)電抗器；
● 用變頻器調(diào)速的電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止，不能用斷路器及接觸器直接操作，而應(yīng)用變頻器的控制端子來(lái)操作，否則會(huì)造成變頻器失控，并可能造成嚴(yán)重的后果；
● 變頻器與電動(dòng)機(jī)之間一般不宜加裝交流接觸器，以免斷流間產(chǎn)生過(guò)電壓而損壞逆變器。若需要加裝，在變頻器運(yùn)行前，輸出接觸器應(yīng)先閉合；
● 對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng)普通電動(dòng)機(jī)作恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行的場(chǎng)合，應(yīng)盡量避免長(zhǎng)期低速運(yùn)行，否則電動(dòng)機(jī)散熱效果變差，發(fā)熱嚴(yán)重。如果需要以低速恒轉(zhuǎn)矩長(zhǎng)期運(yùn)行，就必須選用變頻電動(dòng)機(jī)；
● 對(duì)于提升負(fù)載、頻繁起停的場(chǎng)合，會(huì)有大轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，需要選配適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻，否則變頻器將常因過(guò)電流或過(guò)電壓故障而跳閘；
● 當(dāng)電動(dòng)機(jī)另有制動(dòng)器時(shí)，變頻器應(yīng)工作于自由停機(jī)方式，且制動(dòng)的動(dòng)作信號(hào)在變頻器發(fā)出停車(chē)指令后才發(fā)出；
● 變頻器外接的制動(dòng)電阻的阻止不能小于變頻器允許所帶制動(dòng)電阻的要求。在滿足制動(dòng)要求的前提下，制動(dòng)電阻宜取大些。切不可將應(yīng)接制動(dòng)電阻的端子直接短接，否則，在制動(dòng)時(shí)會(huì)通過(guò)開(kāi)關(guān)管發(fā)生短路事故；
● 變頻器與電動(dòng)機(jī)相連時(shí)，不允許用兆歐表去測(cè)量電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻，否則，兆歐表輸出的高壓會(huì)損壞逆變器；
● 正確處理好升速與減速問(wèn)題。變頻器設(shè)定的加、減速時(shí)間過(guò)短，容易受到“電沖擊”而有可能損壞變頻器。因此使用變頻器時(shí)，在負(fù)載設(shè)備允許的前提下，應(yīng)盡量延長(zhǎng)加、減速時(shí)間。
● 如果負(fù)載重，則應(yīng)增加加、減速時(shí)間；反之，可適當(dāng)減少加、減速時(shí)間。如果負(fù)載設(shè)備需要短時(shí)間內(nèi)加、減速，則必須考慮增大變頻器的容量，以免出現(xiàn)太大的電流，超過(guò)變頻器的額定電流。如果負(fù)載設(shè)備需要很短的加、減速時(shí)間（如1s以內(nèi)），則應(yīng)考慮在變頻器上采用剎車(chē)系統(tǒng)。一般較大容量的變頻器都配有剎車(chē)系統(tǒng)；
● 避開(kāi)負(fù)載設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在一定的頻率范圍內(nèi)，可能會(huì)遇到設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn)，產(chǎn)生機(jī)械的諧振，影響系統(tǒng)的運(yùn)行。為此，需要對(duì)變頻器設(shè)置跳躍頻率（或稱(chēng)回避頻率），把該頻率跳過(guò)去（回避掉）以避開(kāi)共振點(diǎn)；
● 電動(dòng)機(jī)首次使用或長(zhǎng)時(shí)間放置后再接入變頻器使用之前，必須對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量（用500V或1000V兆歐表，測(cè)量值應(yīng)不小于5M歐）。如果絕緣電阻過(guò)低，則會(huì)損壞變頻器；
● 變頻器應(yīng)垂直安裝，留有通風(fēng)空間，并控制環(huán)境溫度不超過(guò)40℃；
● 必須采取抗干擾措施，以免變頻器受干擾而影響其正常工作，或變頻器產(chǎn)生的高次諧波干擾其他電子設(shè)備的正常工作；
● 注意電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)。如果電動(dòng)機(jī)與變頻器容量適配，則變頻器內(nèi)部的熱保護(hù)能有效的保護(hù)電動(dòng)機(jī)。如果兩者容量不匹配，須調(diào)整其保護(hù)值或采取其他保護(hù)措施以保證電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。
● 變頻器電子熱保護(hù)值（電動(dòng)機(jī)過(guò)載檢測(cè)），可在變頻器額定電流的25%-105%范圍內(nèi)設(shè)定。
空壓機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造，技術(shù)可靠，安裝簡(jiǎn)單，操作方便，故障率低，經(jīng)濟(jì)效益可觀，值得大力推廣應(yīng)用，但我們也應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注壓縮機(jī)變頻器技改和使用中的相關(guān)知識(shí)掌握，以避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
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作者:德耐爾@德耐爾空壓機(jī) 空壓機(jī)修訂日期：2017-09-20
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