变频器节能技术在矿山空压机改造中的应用

马广鑫

【摘要】空压机广泛应用于生产领域，是一种重要的机器设备。矿山企业需要空压机设备在节能的前提下，进行稳定的压力提供及安全运转，从而在对空压机进行变频器节能技术改造的过程中，要对传统的空压机供氣系统进行改造，针对其存在的弱点，进行节能设计和计算，从而提高空压机的使用寿命。

【关键词】变频器；节能；矿山；空压机改造

在现代化的矿山工业企业之中，空压机属于气动系统的核心设备之一，变频器节能技术应用于矿山空压机设备之中，可以极大地提升空压机设备的节能性能，对于降低矿山企业的生产成本具有重要的地位和作用。本文针对空压机能耗较高的弱点，结合空压机变频器节能技术改造的原理，进行探讨。

一、空压机设备能耗弱点分析

尽管空压机广泛应用于工业领域，获得了突飞猛进的发展，为企业带来了巨额利润，然而，它在运行过程中显现出一定的弱点，主要是能耗过大、噪音巨大等问题，带来了较大的能源浪费，不利于企业的长远可持续发展。从空压机设备的构造原理来看，虽然它已日臻完善，却仍然存在一定的技术缺陷，它的供气系统主要是采用加载和卸载控制，利用空载星三角启动方式，在大转矩惯量负载条件下，启动电流对电网的冲击较大。在启、停动作频繁的状态下，不仅会磨损电机的轴承，而且容易产生巨大的噪声污染。同时，空压机设备的人工调节速度较慢，在电机空转的状态时要消耗较大的电能。

二、比较空压机工频运行和变频运行的状态，分析其改造的必然性

一般而言，空压机设备的电机功率较大，它在工频运行状态时，采用瞬时的加载和卸载方式，会导致强大的冲击和波动，在电机不能自动调速的状态下，无法实现降速调节输出功率的匹配。而变频器技术则可以针对电机不能自动调速的缺陷，进行软起、软停，通过其无级调速的驱动性能和精准的控制性能，延长电机启动的冲击波，从而实现电机的自动转速调节，避免频繁的加载、卸载。在电机转速变化的状态下，进行负载转矩的恒定值，从而维持供气系统的恒压状态，在控制调节精度的前提下，有效降低空压机的噪声，通过能源的节约降低矿山企业的运行成本。

三、变频器节能技术应用于矿山空压机改造

1、空压机工作构造及原理

在工业领域中，空压机的构件由电动机、压缩腔、储气罐组成，空气进入设备之中需要经过空气过滤器和调节阀，它们负责对空气的控制，压缩腔利用离心力的推力进行移动，呈现一种偏心的运行状态。另外，空压机的注油系统可以使空压机冷却，在注入润滑油的过程中生成薄膜，从而隔离摩擦，减少磨损消耗。变频器节能技术应用于空压机改造中的原理，主要是指电动机生产的压缩空气存于贮气罐中，比较贮气罐实际压力值与设定值之间的差值，再经由PID调节器自动计算和分析，得出变频器在空压机设备中的运行频率状态值，转换成电流信号控制电动机的转速，从而实现对电动机的自身转速调节，并使输出压力值与设定值趋于一致，在恒定的状态下进行运转。

2、变频器节能技术在空压机改造中的配置设计

变频器节能技术在空压机改造中的配置设计，要以改造目标为原则，要使空压机改造后的配置符合以下要求：（1）变频运行状态下的输出压力恒定，波动范围在±0.02Mpa以内。（2）变频系统要设计两套控制回路，在出现突发故障的时候，可以确保至少有一条控制回路运行。（3）变频系统要保证恒定转矩的运行状态。（4）变频器节能技术要拥有抵御电磁辐射干扰的能力。（5）在用电量较小的状态时，变频器要采用低负载的运行，保证较低的噪声值。

2.1、变频器系统配置设计 由于空压机是大转矩惯性负载，需要选用较高启动转矩的无极速矢量变频器，以保证在电机转速变化状态下的恒定转矩驱动控制。同时，由于空压机的电机低速运行时间较短，因而，可以选用与电动机容量相一致的变频器，采用U/F控制方式，实现对空压机的节能控制。

2.2、压力变送器配置设计 压力变送器配置为了配合变频器节能技术，可以选用二线制24V供电、4～20mA输电的远传压力表，可以极强地抵抗电磁干扰，具有较强的安全性能。

2.3、PID调节仪配置设计 应用于空压机改造之中的PID调节仪可以进行预先的设定，在更改PID参数的条件下，避免变频器的频繁变动状态，保持较为平缓的恒定状态，并在观察、分析变频器压力和频率变化值的匹配状态下，对参数P和I的压力值进行微调，保证较小的波动，维持系统的压力恒定。

3、实例应用分析

空压机在矿山生产中用于生产压缩空气，以带动各种风动设备及工具，如：风动凿岩机、装岩机等，在矿山生产的电能源损耗之中占有较大的比重。为了降低矿山企业生产成本，需要从节能降耗的角度出发，对空压机进行变频节能改造。下面以某铅锌矿为实例，进行以下分析：某坑口空压机站点有六台空压机，在并联的运行状态下负责空气的压缩，由于活塞式空压机不能频繁起、停，因而要根据井下用气量的时间变化，进行空压机的起、停控制。但是，这明显存在一些缺陷：（1）空压机在启动状态时即要进行负载运行，其供气量总体而言要高于井下的实际用气量，显然这就使电网要承载较高的供气压力，产生无谓的电气损耗和浪费。（2）控制精度较低，波动状态较大，无法达到恒定风压的水平。（3）控制阀门动作值在一次整定后，会出现压力偏高的状态，从而增加电能损耗。然而，在经过变频节能改造之后，可以将工频空压机转变为变频运行方式，仅在出现故障时采用手动切换运行状态。在变频运行方式下，它可以根据井下耗气量的变化来调节空压机的排气量，并根据气压的变化频率控制电机的转速，从而实现恒定控制。这样，极大地降低了能源消耗，为工频空压机运行提供了全新的技术手段。

总而言之，将变频器节能技术应用于矿山空压机改造之中，可以在闭环自动控制的状态下，保障压缩空气的恒定输出状态，从而减少设备的磨损、减少噪声污染，在电机软起动的条件下安全稳定地运行。

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