由于氣冷羅茨真空泵及其組成的機(jī)組不但具備普通羅茨泵轉(zhuǎn)速高、體積小的優(yōu)點(diǎn)，還具有配帶合適的電機(jī)及熱交換器后可在任意的壓力下起動(dòng)和運(yùn)行。因此在①負(fù)載較大；②抽氣時(shí)間要求短；③粗真空至高真空均需要大抽速；④普通羅茨泵不能承受的多種場(chǎng)合如航空航天、電力、鋼鐵處理、醫(yī)藥化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，但氣冷羅茨泵巨大的配套功率又使許多廠家望而生畏。隨著經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇；節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。針對(duì)配套功率大這一癥點(diǎn)，本文探討了通過把變頻器應(yīng)用于2500L/s氣冷羅茨泵的控制系統(tǒng)來降低它對(duì)大容器抽空時(shí)的配套功率和縮短抽氣時(shí)間。

1、電動(dòng)機(jī)的輸入輸出功率

　　電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的器件。三相交流異步電動(dòng)機(jī)輸入的是三相電功率N1:

式（1）中：

　　N_1x———頻率為fx 時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸入功率，kW
　　U_Lx———頻率為fx 時(shí)定子側(cè)的線電壓，V
　　I₁———定子側(cè)的線電流，A
　　COS_φ1———定子側(cè)電動(dòng)機(jī)的輸出功率

　　電動(dòng)機(jī)是用來拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的，因此，其輸出功率便是軸上的機(jī)械功率:

式(2)中:

　　N_2x———頻率為fx 時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率，kW
　　T_M———電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩，N·m
　　n_Mx———頻率下降時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速，r/min

　　式(1)表明, 電動(dòng)機(jī)的輸入功率和頻率之間并無直接關(guān)系，而式(2)可知, 電動(dòng)機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速（頻率）成正比。

2、羅茨真空泵的消耗功率—負(fù)載特性

2.1、羅茨真空泵的抽氣速率特性

　　羅茨真空泵的理論抽氣速率S_th與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為：

式（3）中：

　　n———轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，r/min
　　R———轉(zhuǎn)子的半徑，mm
　　l———轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度，mm
　　λ———容積利用系數(shù)

　　式（3）表明對(duì)于具體的一臺(tái)羅茨真空泵，轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度、半徑和容積利用系數(shù)都是一個(gè)定值，在不考慮抽氣效率的情況下，抽氣速率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n成正比。

2.2、功率特性

　　羅茨真空泵的消耗功率與羅茨泵的抽速及壓差成正比。

式(4)中:

　　N羅———羅茨泵的消耗功率，kW
　　S_th———羅茨泵的理論抽氣速率，L/s
　　Δp———羅茨真空泵的進(jìn)排氣壓差，Pa
　　S _前———羅茨泵的前級(jí)泵抽氣速率，L/s
　　P———羅茨泵的入口壓力，10-6Pa

　　式（4）表明在羅茨泵的前級(jí)泵一定時(shí)，其耗功率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速具有二次方負(fù)載的特性，與入口壓力的變化成正比，如圖1 與圖2 所示。

圖1 入口壓力恒定消耗功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線　　圖2 轉(zhuǎn)速恒定消耗功率與入口壓力的關(guān)系曲線

3、變頻器選用原理

3.1、選用原理

　　變頻技術(shù)近幾年來在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。由式（4）知羅茨泵消耗功率在前級(jí)抽氣速率S前一定的情況下，隨著入口壓力的增加而成正比地增加，而隨著轉(zhuǎn)速的降低而快速的降低。如圖1與圖2 的曲線所示。為了在泵運(yùn)行過程中不使電機(jī)過載，在高的入口壓力范圍就要適當(dāng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得式(2)值大于等于式(4)，即

　　而隨著入口壓力的降低可以不斷提高轉(zhuǎn)速直至達(dá)到工頻轉(zhuǎn)速，把變頻應(yīng)用于抽氣機(jī)組降低配套功率就是基于這樣的原理。

3.2、變頻器與PLC及電機(jī)的連接

　　JZJQH2500-224真空機(jī)組的控制系統(tǒng)，如圖3 所示，采用PLC作為控制系統(tǒng)的一級(jí)中樞，通過其自帶的CPU，采集來自現(xiàn)場(chǎng)的傳感器弱電信號(hào)，并將其處理后的結(jié)果通過控制變頻器的頻率輸出來驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)泵電機(jī)，控制主泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的系統(tǒng)抽氣速率。

　　PLC的處理能力是控制的關(guān)鍵，不但要控制系統(tǒng)各部件的開停，還要處理現(xiàn)場(chǎng)氣流溫度、真空壓力傳感器所采集的弱電信號(hào)，并通過CPU運(yùn)算，將結(jié)果反饋出來進(jìn)行相應(yīng)的處理。主泵電機(jī)的變頻調(diào)速，通過CPU對(duì)系統(tǒng)真空壓力的運(yùn)算，根據(jù)實(shí)時(shí)的負(fù)載情況來控制變頻器的頻率輸出，在主泵電機(jī)負(fù)荷允許的情況下最大限度提升主泵的抽氣速率，而變頻器又將實(shí)時(shí)的控制狀態(tài)（頻率、轉(zhuǎn)速、負(fù)載情況）反饋回CPU進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整控制數(shù)據(jù)。

　　系統(tǒng)中的變頻器是泵軸轉(zhuǎn)速控制的直接執(zhí)行者，必須準(zhǔn)確無誤的執(zhí)行CPU傳送過來的指令，還要將電機(jī)反饋回來的負(fù)載信息準(zhǔn)確的傳回CPU系統(tǒng)。變頻器和電動(dòng)機(jī)的規(guī)格由負(fù)載的速度范圍和轉(zhuǎn)矩要求決定。

圖3. JZJQH2500- 224抽氣系統(tǒng)控制示意圖