新型變頻壓縮機的節(jié)能技術

王 飛 趙曉輝

(1.陜西省燃氣設計院，陜西 西安 710043;2.陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安 710016)

1 引言

目前使用中的絕大多數(shù)是傳統(tǒng)定速壓縮機結構，該結構設計是根據(jù)最大負荷參數(shù)來制定方案的，而壓縮機在使用中往往承受的負荷是變化的，因此傳統(tǒng)方案無法使壓縮機功能與負荷合理配合，使得能耗增大。同時，使用間歇開機方式導致壓縮機運行不穩(wěn)定，電流波動大，系統(tǒng)容易造成損壞。

使用變頻技術可使壓縮機低頻啟動，啟動電流很小，對壓縮機所在的整個電網(wǎng)沖擊很小。啟動以后又以變成最大方式運行，可通過制定目標值，保證運行恒定，克服了定速壓縮頻繁開機現(xiàn)象，既保證了低能耗、高效率，又提高了壓縮的使用壽命。

2 變頻技術在壓縮機上的應用

變頻技術在壓縮機上的應用大大降低了壓縮機的能耗，符合國家提倡的節(jié)能降耗要求，具有深遠的發(fā)展前景，其核心技術是微控制器、逆變器、變頻壓縮機的電機以及PWM波的生成。

2.1 微控制器

變頻器常用的微控制器芯片為S87C196MH(MC)微控制器，是Intel公司出品的一項16位的微控制器，最大的特點是通用性強，內(nèi)部電路結構為內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器、算術邏輯部件(RLU)、事件處理陣列(EPA)、看門狗、寄存器、PWM發(fā)生器、三相到補SPWM輸出發(fā)生器、以及時鐘及中斷控制電路等，具體如圖1所示。

圖1 微控制器示意圖

圖2 逆變器示意圖

2.2 逆變器

逆變器將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電，是一種將直流電(DC)轉(zhuǎn)化為交流電(AC)的裝置，由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，基本逆變原理如圖2所示。

2.3 變頻壓縮機的電機

將變頻技術應用到電機上，變頻器與電機連用代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機，該技術在國內(nèi)已經(jīng)廣泛應用，是在保證電機在高效工作區(qū)內(nèi)的情況下，利用變頻技術達到所需的輸出。

2.4 PWM波的生成

圖3 變頻壓縮機電機示意圖

圖4 變頻器原理示意圖

PWM波即脈沖寬度，廣泛用于科研、工業(yè)、通信等領域，是應用數(shù)字輸出方式來模擬出電路并進行控制的技術。目前使用中的有PWM型以及PWM、PFM混合型。

PWM可以使信號由處理器至被控信號均數(shù)字化，因此可省去數(shù)模轉(zhuǎn)換過程，達到噪聲最小的目的。對普通模擬控制而言，噪聲影響非常明顯，而PWM對噪聲的抵抗能力很強，因此，通信行業(yè)大量應用PWM。

3 變頻壓縮機節(jié)能分析

3.1 變頻自動化控制技術的應用

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用，將工頻交流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓連續(xù)可調(diào)的交流電的控制裝置。目前變頻器的主要由電路和控制電路組成，結構如圖5所示。包括整流電路、直流中間電路、逆變電路和控制電路，輸入進入整流電路，輸出為逆變電流。

3.2 余熱回收再利用技術

目前國內(nèi)外提倡環(huán)保和節(jié)能，余熱回收再利用已經(jīng)成為日益關注的技術問題，它是將能源利用時被浪費的能源再次利用。據(jù)調(diào)查，壓縮機工作中的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%-67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。因此壓縮機的余熱回收再利用具有一定的意義。

目前國內(nèi)外已經(jīng)開始研究壓縮機的余熱回收再利用技術，初步形成了一些理論，及生產(chǎn)了相應設備，其中以日本較為領先，但仍處于初步階段，因此再以后的設計中，應考慮到余熱回收問題，可更加降低壓縮機的能耗。

4 結論

新型變頻壓縮機是在定速壓縮機的結構上改進而開發(fā)的節(jié)能設備，因此與傳統(tǒng)結構工作原理相同，具有能耗低、效率高、可靠性強、振動噪音小以及結構簡單等特點。此外，變頻技術的應用，使其可達到以下優(yōu)點:(1)電機啟動為軟起動，該功能可使起動電流小，降低了對系統(tǒng)的干擾。(2)功能強大，可連續(xù)使用，控制精度高，并且可以預設目標運行值，提高了效率，大大降低了能耗。(3)避免了開關壓縮機的次數(shù)，保護系統(tǒng)穩(wěn)定，減小了振動帶來的噪音，延長了壓縮機使用壽命。