祁生军 中国铝业青海分公司，青海大通810108 摘要 空压机是铝电解生产中不可缺少的设备之一，它提供的风能由于没有很好地被控制而白白浪费，从而造成了对电能的巨大浪费。通过采用变频调速提高了能源的利用率，而且节省了电能。 关键字 变频器；天车空压机；节能 Abstract Keywords
1 空压机工作原理
多功能天车是铝电解生产的关键设备之一，空压机作为多功能天车的一部分，是给天车进行边部加工、出铝、轨道清扫时提供风源的设备。空压机主要由一对阴阳转子及壳体组成，属于容积式。如果把阴转子齿槽与壳体构成的腔比作活塞式压缩机的气缸，那么阳转子的螺旋形齿在阴转子齿槽中的滑动就相当于活塞的往复运动。主机的工作过程分为三个阶段：吸气阶段、压缩阶段、排气阶段。当干净的空气在齿槽的啮合点进入吸气口，然后经过封闭腔随转子的连续转动向排气端移动，其容积不断缩小，因而气体受压缩。最后被压缩的油气混合物排到油气分离器中，分离后给生产工艺提供风源。在生产过程中空压机经常随工艺及操作的需要进行不同程度的调节，而传统的调节方案是通过放空阀来调节的，即空压机主机都是以定速运转，通过改变空压机入口的蝶阀开度来调节风量；给风量通过改变空压机出风口管路上的调节阀开度来调节。因此大量的风量通过放空阀放掉，也就是说，造成电能的大量浪费。
而空压机的最大特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，因此如将电机的定速运转改为根据需要的流量来调节电机的转速就可节约大量的电能。
2 调速方案的选择
改变空压机转速的方法目前使用的有调速型液力耦合器和电动机变频调速器等，而近年来随着改革开放的深入发展和世界科学技术的进步，大功率晶体管、电子技术的迅速发展及大规模集成电路和微机技术的突飞猛进，变频调速已成为现实。变频调速在变频范围、动态响应、工作效率、调整精度、功率因数、输出特性、保护功能及可靠性方面，都达到了较为完美的程度，因此得到了广泛的应用。变频调速的原理根据异步电动机的转速
即改变供电频率，就可改变电机的转速。当转速稍降低时会获得很大的功率节省，改变电机运行频率与功率节省的关系见表1。
3 改造方案
从以上运行情况分析，要节约电能，可给空压机电动机配装调速装置，根据工况调节转速来满足工况的要求。另外，用变频器对空压机进行改造不必对原系统做大的改动。因此，变频器在空压机改造方面得到了广泛的应用，控制系统总体构成如图1所示。
其中，控制器的输出信号用来控制变频器的输出频率，以达到稳定工况及提高风压利用效率和节能之目的。空压机变频器加减速时间的设定原则是，在保证正常供风的前提下，尽量将时间设定长一点，这样对工艺管道有利。
4 改造效果
变频器在对多功能天车空压机进行改造应用后，具有以下优点：
1）节能降耗效果显著，操作简便，调节平衡，尤其与微机控制相联更体现了优越性；
2）平滑启动及电机转速下降，机械磨损减小，故障率降低，减少了停机、停风对生产的影响；
3）挡板和调节阀的机械磨损、卡死等故障不复存在了。
以下以英格索兰XF-100型空压机为例，介绍改造前与改造后的比较情况。
改造前电机铭牌上的数据为：额定功率P=75 kW；
额定转速n＝1 480 r/min；额定电压U=380 V；频率f＝50 Hz。
改造前每年耗电量为75 kW×330（全年运行天数）×15（每天实际工作时间）=371 250 kW·h。
改造后通过排气口压力传感器对变频调速系统实现闭环控制，满足实际生产中需要的风量实现供风的要求。实际统计得出空压机在频率为40 Hz 的条件下运行，就能满足工况的部分需求。通过以下计算可知改造后的节能效果显著。
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为电动机同步转速；
n1为电动机额定转速；
n2为频率为40 Hz时的转速。
而在铝电解生产中，空压机只有在阳极壳面边部加工时需要全速运转，在添加阳极覆盖料，交换阳极等工作时只需在40 Hz 频率下运转即可满足工况需求。据统计这种工作时间是每天实际工作时间的1/3，从而可得出改造后每年耗电量（全年运行330天计，每天实际工作时间为15 h，那么频率在40 Hz 时的运转方式为实际工作时间的2/3，全速运转占实际工作时间的1/3）。由
38.5×10×330=127 050 kW·h
75×5×330＝123 750 kW·h
得出总耗电量为
123 750+127 050＝250 800 kW·h
改造前与改造后相比较每年节省的电量为
371 250－250 800=120 450 kW·h
节电率
120 450÷371 250=32.4%
每年节约电费（按0.5元/kW·h计）120 450×0.5=60 225元
5 结语
采用变频器对空压机进行节能改造具有结构简单、改造方便、节能效果明显、投资回收期短的特点。使用变频器后，空压机可软起软停，减少了对设备的机械冲击，延长了设备使用寿命，降低了设备的维修费用。
作者简介：
祁生军（1978-），男，电气助理工程师，在中国铝业青海分公司第一电解厂设备科从事设备电气管理工作。
参考文献：
[1] 吴忠智，吴加林.变频器应用手册[M].北京：机械工业出版社.
[2] 满永奎.通用变频器及其应用[M].北京：机械工业出版社.
[3] 李发海，王岩.电机与拖动基础[M].北京：清华大学出版社.
