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空气压缩机的流量如何控制?

空压机流量通过调节电机转速或控制加卸载周期来匹配用气需求。可通过变频调速(VSD)与变频器、双速电机,或采用压力式加卸载控制的定速机组实现。现代电子控制系统已替代传统继电器系统,提升了控制精度与响应速度。每种方式适用于不同的用气需求场景并具备相应特点,下文将详细说明。

变速驱动 (VSD) 技术

变速驱动(VSD)技术通过连续调节电机转速,使压缩机输出与实际需求相匹配。VSD 并非以单一转速运行并依赖加卸载循环,而是通过电机电子调速保持系统压力稳定,同时减少能源损耗。

an illustration about regulation and control for the atlas copco wiki.

变速驱动技术的工作原理

  • 电子控制系统 :传感器实时监测系统压力。控制器将实际压力与设定值比较,确定所需电机转速。
  • 变频器操作 : 变频器改变电机的频率和电压,从而改变电机转速,从而影响元件速度,进而影响空气输送。
  • 连续速度调节 : 由于速度变化平稳,而不是逐步变化,因此 VSD 可以保持严格的压力稳定性,正确选型和调谐时通常约为 ±0.1 bar。
  • 部分负荷效率 : 当需求下降时,控制器会降低速度,功耗也会减少,因为压缩机只生产网络所需的空气。
  • 软启动:变频器 逐渐加速,从而减少浪涌电流,并限制启动期间的电气和机械应力。

空压机中的变速驱动压力控制

VSD 的优势和应用

VSD 调速优势在日间用气需求波动时得以体现。通过连续调节转速,压缩机无需频繁加卸载即可调整输出,提升能效与稳定性。

  • 节能:在需求波动场合,相比定速运行通常可节能 30%–60%,主要来自部分负荷下功耗的降低。
  • 稳定压力控制:更紧密的压力带支持稳定的过程,并可减少在不必要的高设定值下运行的必要性。
  • 减少维护 : 启动次数更少,运行更平稳,减少部件和阀门磨损。
  • 软启动 : 更低的浪涌电流和更平稳的加速可降低电源和传动系的应力。

何时使用 VSD 技术

当您的空气需求在白天发生变化时,VSD 技术 是一个明智的选择。它适用于生产波动、多班次运行且峰谷明显的场合,以及定速压缩机选型偏大、长期处于部分负荷运行的工厂。

投资回报取决于您的电价、s运行运行时长 以及您的需求变化多少,许多项目可在数月至数年内实现回收。关键在于让控制方式与实际用气曲线匹配,从而实现压力稳定与良好的节能效果

 

采用 vsd 技术控制速度和能量消耗的压缩机的图形。

双速压缩机系统

双速压缩机 系统是定速控制与 VSD 之间的折中方案。它们采用两种电机转速:全速运行实现满负荷输出,卸载时以较低转速运行。

对能效的影响

卸载期间以最低速度运行可降低能耗。双速系统凭借其卸载最低转速,以及可在带压系统下更快启动的特性,也能降低瞬态损耗。

 

能源占压缩机拥有和运行成本的 80% 左右。这意味着 GA FLX 可以节省 20% 的能源,从而真正降低您的运营成本并实现您的可持续发展目标。

典型应用

双速在需求变化适度且可预测的情况下表现杰出,例如:

  • 用气峰谷明显的多班次生产场所
  • 生产周期固定重复的工厂
  • 注重成本、希望提升能效但暂不采用全变频方案的运营场景

阿特拉斯 · 科普柯的 GA FLX  便是采用此类双速控制方案的机型。

带负载控制系统的定速空压机

恒速压缩机以恒定的电机转速运行,因此流量控制来自控制系统类型 ,这是最常见的 负载和卸载控制。空压机不改变电机转速,而是通过开关进气阀来调节气量。

加载和卸载控制的工作原理

  • 进口阀调节:通过开关进气阀控制压缩机输出流量的常用方式
  • 加卸载循环 :压力达到上限设定值时压缩机卸载,压力降至下限设定值时重新加载。
  • 压力带运行:卸载压力与加载压力的差值称为压力带,反映系统压力相对设定值的波动范围。

适用场景

定速加卸载系统适用于用气需求稳定且用量较大的场景,压缩机可长时间保持加载状态,例如全天候连续生产。

成本与维护特点

相较于更先进的调速方案,定速系统初始投资通常更低,但能耗一般高于变频空压机。

定速空压机启动电流更大,加卸载与启停循环更频繁,会加剧部分部件及阀门的磨损。

定速与双速压缩机控制

当用气量在日间出现波动时,控制方式会带来明显差异。定速控制以恒定转速运行,主要通过加卸载来响应气量变化。 

双速控制增加了低速档位 ,让压缩机在需要卸载之前以高速或低速运行,这可以减少部分负载期间的能量浪费。

 

固定速度控制

  • 单速
  • 使用加载 / 卸载循环
  • 适用于用气需求稳定的场景
  • 卸载功耗较高
  • 卸载周期内系统压力完全放空

 

 

双速控制

  • 两种速度:高速和低速
  • 使用加载 / 卸载循环
  • 适度需求变化的杰出选择
  • 降低卸载功率
  • 卸载周期内保留部分系统压力,以降低瞬态损耗

降低您的压缩空气能源成本

速度控制技术可以显著节省能源。我们的压缩空气专家可以评估您的应用,解释真正的节省潜力,并推荐从 VSD 到双速系统的最佳解决方案。

哪种调速方式能效表现更优?

在多数实际压缩空气系统中,带变频器的 VSD 是能效表现更优的调速方式,可根据需求连续调节电机转速,避免长时间空载运行。若用气需求十分稳定、压缩机几乎持续加载,定速机组同样具备良好能效,因其不会因频繁循环造成能源浪费。

何时应选用 VSD 而非双速控制?

当您的速度控制系统需要对频繁或不可预测的需求变化做出响应,或者压力稳定性很重要时,建议选用 VSD。VSD 可实现更精准的压力控制,避免阶跃式变化。若用气存在明显高低峰时段,且希望以更低成本实现能效提升,双速控制是合适的折中选择。

调速技术可实现多少节能?

节能量取决于用气曲线、压力设定及运行时长。一般而言,VSD 在部分负荷下节能效果显著,在需求波动场景中可实现可观节能;在适配工况下,双速控制相较定速可实现约 20% 的节能。在长时间中低负荷工况下优化调速,通常能获得更明显的收益

现有空压机能否加装调速控制?

部分情况下可行,具体取决于空压机设计、电机类型、控制系统及整体系统配置。加装调速控制可能需要增设变频器、升级传感器与控制器,并确认电机及冷却系统可在调速范围内安全运行。多数情况下,优先升级空压机控制或优化气路系统,比全面改造更具成本效益。

速度控制如何影响压缩机的使用寿命?

空压机平稳调速可减少因频繁启停、负荷突变及压力波动带来的部件磨损。VSD 软启动可降低启动时的电气负荷,运行更平稳也能减轻部件损耗。核心在于合理选型与调试:选型或调试不当可能导致不必要的循环或控制不稳定,削弱设备寿命方面的优势。

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