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空壓機中的流量是如何控制的?

空壓機的流量是透過變更馬達轉速或管理負載和卸載循環來控制,以符合空氣需求。使用 VSD 和變頻器、雙速馬達或使用壓力型負載和卸載控制的定速裝置即可完成此操作。現代電子控制已取代舊的繼電器系統,提高了精確度和靈敏度。每種方法都適用於不同的需求模式和優勢,我們將在下方介紹。

變頻 (VSD) 技術

變頻 (VSD) 技術可持續調整馬達轉速,使壓縮機輸出符合實際需求。VSD 並非以單一速度運轉並依賴負載和卸載循環,而是使用電子馬達速度控制來保持系統壓力穩定,同時減少能源浪費。

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

變頻驅動技術的工作原理

  • 電子控制系統 : 感應器即時監控系統壓力。控制器會將實際壓力與設定點進行比較,並決定所需的馬達轉速。
  • 變頻器操作:變頻器會改變供應給電動馬達的頻率和電壓,這會改變馬達轉速,影響元件速度,進而影響空氣輸送。
  • 連續速度調整 : 由於速度變化平穩,而非逐步變化,因此 VSD 可以保持緊密的壓力穩定性,通常在正確尺寸和調諧時約為 ±0.1 bar
  • 部分負載效率 : 當需求下降時,控制器會降低速度,而耗電量也會降低,因為壓縮機只會產生網路所需的空氣。
  • 緩衝啟動:變頻器 會逐漸加速,減少浪涌電流並限制啟動期間的電氣與機械應力。

空壓機中的變頻驅動壓力控制

VSD 的優勢與應用

當空氣需求全天波動時, 可獲得 VSD 速度優勢。 藉由持續調整 RPM,壓縮機可在無頻繁負載和卸載循環的情況下調節速度,提高效率和穩定性。

  • 節能 : 與變動需求場所的定速操作相比,通常可節省 30% 至 60% 的能源,而節能是由於部分負載下的耗電量降低所致。
  • 一致的壓力控制:更緊密的壓力帶可支援穩定的製程,並可減少以不必要的高設定點運行的需求。
  • 減少維護 : 啟動次數更少,運行更順暢,可減少元件和閥門的磨損。
  • 緩衝啟動 : 更低的浪涌電流和更溫和的加速可減少電源和驅動系統的壓力。

何時使用 VSD 技術

VSD 技術 是當您的空氣需求在一天中發生變化時的智慧選擇。適用於生產波動、多班次作業、明顯峰值和低週期的場所,以及定速壓縮機尺寸過大且在部分負載下長時間運轉的工廠。

投資報酬率取決於您的電力價格 、運作時數 ,以及您的需求變化多少 ,但許多安裝會在幾個月到幾年內獲得回報。關鍵在於將控制方法與您的實際需求設定檔相匹配,以便您獲得穩定的壓力和最佳的節能效果。

 

採用 vsd 技術控制速度和能源消耗的壓縮機圖形。

雙速壓縮機系統

雙速壓縮機 系統是定速控制與 VSD 之間的中間選項。它們以兩種馬達速度運轉:全速以達到全輸出,然後在卸載期間以較低的速度運轉。

效率影響

在卸載期間以最低轉速運轉可降低能耗。雙速也會將暫態損失降至最低,因為它具有最低的卸載馬達轉速,並且能在壓力下對系統啟動(更快)。

 

能源佔空壓機擁有與運作成本的 80% 左右。這意味著 GA FLX 可以節省 20% 的能源,實際上可以降低您的營運成本並實現您的可持續發展目標。

一般應用

雙速在需求變化溫和且可預測的情況下最好運作,例如:

  • 多班次地點,帶有清楚的峰谷
  • 具有重複生產週期的工廠
  • 尋求效率升級而無需完整 VSD 的成本意識操作

阿特拉斯 · 科普柯 GA FLX 是這種雙速方法的一個例子。

具有負載控制系統的定速

固定轉速壓縮機以恆定的馬達轉速運轉,因此流量控制來自控制系統類型 ,這是最常見的負 載和卸載控制。壓縮機不會改變馬達轉速,而是透過開啟或關閉壓縮機的入口來調節氣流。

負載和卸載控制的運作方式

  • 進氣閥調節:一種常用的方法,只需打開或關閉進氣閥即可控制壓縮機的輸出流量
  • 負載到卸載循環:壓縮機在高壓設定點時卸載,壓力下降到低壓設定點時,壓縮機再次負載。
  • 壓力帶操作:卸載設定點與負載設定點之間的差異稱為壓力帶,這表示壓力可以從所需的壓力設定點波動多少。

最適合的應用

定速負載和卸載系統在需求穩定且高時表現最佳,因此壓縮機大部分時間都保持負載,例如全天候運作。

成本和維護概況

與更先進的轉速控制解決方案相比,定速系統通常意味著較低的初始投資,但與 VSD 壓縮機相比,通常會消耗更多能源。

定速壓縮機的啟動電流會較高,而且負載 / 卸載 / 啟動 / 停止循環也會較多,這會對某些元件和閥門的磨損產生負面影響。

定速與雙速壓縮機控制

當空氣需求在一天中上下變化時,控制方法會產生真正的改變。 定速控制以一個固定速度 運轉,因此主要透過裝載和卸載作出反應。 

雙速控制增加了低速步進 ,讓壓縮機在需要卸載之前以高速或低速運轉,這可以減少部分負期間的能源浪費。

 

定速控制

  • 單速
  • 使用負載 / 卸載循環
  • 適用於穩定需求的最佳選擇
  • 高卸載功率
  • 卸載循環期間內部壓力完全排空

 

 

雙速控制

  • 兩種速度:高速和低速
  • 使用負載 / 卸載循環
  • 適用於中度需求變化的最佳選擇
  • 降低卸載功率
  • 卸載循環期間內部壓力未完全排空,以減少暫態損失

降低您的壓縮空氣能源成本

速度控制技術可以大幅節省能源。我們的壓縮空氣專家可以評估您的應用,解釋實際的節省潛力,並推薦最適合的解決方案 ,從 VSD 到雙速系統。

最節能的速度控制方法是什麼?

在大多數真實的壓縮空氣系統中,配備變頻器的 VSD 是最節能的速度控制方法,因為它會持續根據需求調整馬達轉速,並避免長時間無負載運轉。也就是說,如果您的需求非常穩定,而且壓縮機幾乎一直保持負載,定速裝置也可能很有效率,只是因為它不浪費能量循環。

何時應選擇 VSD 而非雙速控制?

當您的速度控制系統需要對頻繁或不可預測的需求變化做出回應,或壓力穩定性很重要時,請選擇 VSD。VSD 可保持更緊密的壓力並避免步進變更。當需求在明顯的高速和低速期間變化時,雙速是一個好的中間選項,而且您希望比全變速驅動更低成本的效率改善。

速度控制可以節省多少能源?

節省的成本取決於您的需求狀況、壓力設定和運作時間。一般而言,VSD 可在部分負載下大幅降低能源消耗,通常在變動需求的場所提供有意義的節省,而雙速則可在合適條件下提供高達 20% 的節省,而固定轉速則可提供高達 20% 的節省。最大的增益通常來自於在較長的低至中度需求期間改善速度調節

我能否為現有的壓縮機加裝轉速控制?

有時候是的,但這取決於壓縮機設計、馬達類型、控制裝置和整體系統。改裝馬達轉速控制可能需要新增變頻器、升級感測器與控制器,並確認馬達與冷卻系統能在整個轉速範圍內安全運作。在許多情況下,升級壓縮機控制或改進空氣系統可能是比全面改造更具成本效益的第一步。

速度控制如何影響壓縮機的使用壽命?

當壓縮機順暢調節轉速時,可以減少與頻繁啟動、突然負載變化和壓力波動相關的磨損。VSD 軟啟動可降低啟動時的電氣應力,並且更穩定的操作可更溫和地處理元件。關鍵在於正確的尺寸和設定:選擇不當或調諧不良的系統可能會導致不必要的循環或不穩定的控制,這可能會抵消使用壽命的優勢。

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