1 矿山空压机节能改造中变频器的应用
1.1 空压机运行现状
空压机供气控制方式基本都采用加载、卸载的控制方式，空压机电机功率较大，多采用空载星三角启动。由于空压机是大转矩惯量负载，工频启动电流较大，对电网冲击大，异步电动机启停动作频繁，产生噪音污染，同时会快速磨损电机轴承，降低设备的使用寿命。输出压力通过人工调节阀的开度来实现，造成调节速度缓慢，输出压力波动起伏大。机组经常处于卸载状态，电机空转，空转时电机要克服机械阻力消耗电能。
1.2 变频器节能改造原理
由于空压机其在正常运转时，其主要的运转模式有加、减载两种，而引发空压机能耗较高的原因，则主要出在减载模式中，因为此时电动机处于空转状态下，没有做有效功，因而造成极大的不必要资源损失，而变频器的应用，则能有效应对这一问题，其可以采取调整其频率的方法，来实现对电动机转速的控制，而空压机出风量，则主要由电机速率决定，因而通过控制电机速率，能够有效的实现对管理压强的掌控，管理压强只要不超过临界值，电动机就不会出现空载情况，从而消耗能源。其具体的原理为：通过变频器实现对管网压强的有效调控，使其不超过一定的临界值。借助压力变送器，获得管理压强，并将其与临界值对比，并将对比结果反馈给调节器，由此得到电机当前运转频率，并反馈给变频器，再由其根据实际情况，计算并输出合理的频率，对空气压力进行调节，防止管路压强过载，造成电机空转，从而最终实现对空压机能耗的有效降低，实现其节能改造。
1.3 节能改造应注意的问题
在采用变频器，对空压机进行节能改造过程中，应注意以下问题：一是由于空压机在启动的时候，容易出现负载情况，导致变频器产生故障，因而为了保障设备的安全高效运转，要合理选用变频器，其选用原则是无速度矢量，同时还要具有较高转矩；二是要严格控制好空压机的运转频率，其值至少在20Hz以上，且不能在较长时间内连续工作，其主要原因是，低频工作，为极大的降低气缸润滑效果，从而造成组件磨损，缩短其使用寿命，同时其还会极大的影响设备的安全稳定性；三是为防止设备运转时，经常出现跳闸等情况，在变频器的选用方面，尽量选用功率更高的。同时为降低电磁干扰及噪音，可以使用交流电抗器。此外，为了保障空压机的高效稳定运转，在控制回路的设计方面，应考虑到今后各种故障，如变频故障时，如何保障生产的正常进行，因此其可以同时设计工频及变频回路。
2 矿山空压机设备能耗弱点分析
尽管空压机广泛应用于矿山领域，获得了突飞猛进的发展，为矿山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，不利于矿山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。
3 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。
4 矿山空压机变频节能改造案例分析
4.1 问题的提出
矿山企业所用空压机的用气量大时打开进气阀反之关闭进气阀,通过进气阀的关闭调节供气量和压力,存在能源浪费。最大供气量需求下,该设备加载运行4min,减载运行2min,可通过节能改造提高能源利用效率,在检修时用变频器进行改造。
4.2 改造方案
对该设备的改造,思路是将控制对象变为管道压力,包括压力传感器、电动机、控制柜等形成闭环控制系统。该设备的主电路涉及到油路等重要管路的通断、温度保护等关键保护机制,考虑到完全改造空压机控制系统风险较大,因此在改造实践中选择保留原有控制系统,将启动线路串联在主电路中。启动设备时,启动电路动作,接触器的常开辅助触点闭合,从而实现变频器的启动,反之保护动作时变频器停车。
4.3 调试过程中的问题
变频改造后,出现的主要问题是启动故障,启动控制系统后,变频器频率达到10Hz后空压机跳停,控制屏显示“检查电动机转向”。拆开空压机防护板后启动设备观察电机转向确认正确。检查后确认电磁阀都已打开,不存在损坏。检查其他情况,油、气回路均畅通,未能发现故障原因。多次启动空压机都发生同样故障。
4.4 故障分析及处理
变频改造前该空压机并不存在类似故障,可能是变频改造后空压机的启动过程变化导致。变频启动电机转速比变频改造前低,因而空压机排气压力不高,可能引起控制系统因排气压力不达标无法判断电机转向情况而发出报警。基于这一推断,尝试用本地模式操作变频器,提高变频器频率到30Hz以上启动空压机控制系统,仍然跳停。观察空压机压力检测部分,发现压力传感器下有一电磁阀,两侧分别有气管连接总管道和油气分离罐。空压机未启动时电磁阀不动作,因此压力传感器检测系统管道的压力。而在空压机启动后电磁阀动作,压力传感器此时检测油气分离罐的压力。根据经验,推断空压机控制系统是根据管道压力与排气压力差值判断电机转向正确与否,因此将电磁阀上的气管取下,人为施加压差信号,空压机启动成功,多次反复均能正常启动。还原现场接线后切断系统电源再通电,重新启动空压机再次出现跳停故障,给控制系统压差信号后恢复正常启动。最终结论为空压机控制系统不断电可正常启动,而断电后系统内压差信号被复位,需要给假压差信号才能正常启动设备。后续只要不断电就能识别压差信号。
4.5 进行变频改造节能的具体实施方案
在对空压站进行变频节能改造的时候，假设这些空压站中所有设备都是相同的，在这种情况下，变频空压机只需要一台就可以实现节能改造的目的。空压站在生产过程中，它的空气消耗量如果比空压机的空气消耗量小的话，那么，就可以对变频空压机进行有效的使用，从而来完成空气的提供。但是倘若相反，就要借助一般的空气压缩机来实现改造的目标。在这种特殊的基础上，想要把空气压缩机经过这种方式和程序进行改造，需要多种技能的配合，才能够实现。在原来的运行方式上，空气压缩机在运行过程中仍然有固定的电脑进行控制。是由变频器来实现控制，从而对空气压缩机电机转动速度进行调节。主要根据是，把气压信号传递到变频器中，由变频器再依据这种气压的发展趋势，从而对空气压缩机的电机转动速度进行控制，才能够达到能源节约的目的。
结语
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。
参考文献
[1]王小龙，变频器在空压机组节能改造中的应用[J]设备管理与维修，2019.07.43
