变频器对空压机的改造工程操作

受伤的熊儿

前言
     一、空压机工作原理简述：
     工作原理是由一对相互平行齿合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽也阳转子齿被主电机驱动而旋转。
& P! O: O8 g3 i) Y: n- n6 ^0 n     原空压机的主电机运行方式为星-角或自藕减压起动重于后全压运行。具体操作程序为：按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压2秒后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，压缩机空载运行，直到系统压力跌到压力开关下限值后，即回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。
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     二、原系统工况存在的问题
     1、 主电机虽然星-角减压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。
) |6 g2 O; F: f0 I" J9 U* R     2、 主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费严重。
     3、 主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。
: N- W, b0 C  q. V! k     4、 主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作时对机械量大。
　　
4 _; o. v8 c6 c" m  [     变频改造方案：
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7 j( H' b! W- w- ^0 _! }) s     一、 节能原理及效果
8 y, }% o5 A4 E& Y. G) k4 b" o' [     我们知道，用调整电机转速的方法同样可以调整供气量。由于空压机基本上属于恒转矩负载，用变频调速的方法调整供气量能使电机的输出功率基本与转速（供气量）成正比关系，达到很好的节电效果。两种调节方法用电情况如图1所示。  
# [* b- |# E6 b% ~     我们采用具有矢量控制功能的AMB变频器，可使电机在低速时也能提供满足负载需要的转矩。同时，AMB变频器的自动节能模式，可使电机在满足负载转矩要求下以最小电流运行，达到更好的节电效果。  
2 q  z- `5 Y& f9 O# W1 E1 c  u     采用恒压供气变频控制系统所带来的效果如下：
　　
0 N. f4 _/ ~' Q  i/ [4 I     （1）、出气口释放阀全部关闭，取消用出气口释放阀调节供气量方式，以避免由此导致的电能浪费。代之以变频器调整电机的转速来调整气体流量，使电机输出的功率与流量需求基本上成正比关系（如图1所示），始终使电机高效率工作，以达到明显的节电效果。例如当用气量是额定供气量的50%时，节电率可达40%以上；
- }. Q2 p  e. k' Q     （2）、利用变频器的节能模式，可使电机在轻载时以最高效率运行，减少不必要的电能损耗；
     （3）、根据严格的EMS标准，高效的PWM变频器使用高速低耗的IGBT，降低谐波失真和电机的电能损失。
9 n4 |/ p  B9 N     （4）、可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；可使电机实现软停，避免反生电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；避免因电流峰值带来的电力公司的罚款；
     （5）、采用变频控制系统后，可以实时监测供气管路中气体的压力，使供气管路中的气体的压力保持恒定，提高生产效率和产品质量；
. E" B! f( z, x) G; \     （6）、由于电机在高效率状态下运行，功率因数较高，降低了无功损耗，节约了大量电能（如图2所示）。
; i" U$ J: A0 a, v% c     （7）、保存原释放阀系统，在必要时可参加调节，增强系统的可靠性。
- @8 ~) I7 ?. g" C总之，采用恒压供气智能控制系统后，不但可节约30～40%的电力费用，延长压缩机的使用寿命，并可实现恒压供气的目的，提高生产效率和产品质量。
　　　
     三、变频改造方案设计原则
  O0 A) a0 _) k4 j1 w. V     如图所示：
( J* E" D: y) \" P     根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，空压机变频改造后系统应满足以下要求：
) x' z/ E9 x- S& o6 S1 b     1、 电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.02Mpa。
2 z/ h3 x  q# V, g) M+ g- `  r4 f     2、 系统应具有变频和工频两套控制回路。
     3、 系统具有开环和闭环两套控制回路。
     4、 一台变频器能控制两台空压机组，可用转换开关切换。
6 E$ ^3 e0 g, Z: Q4 \     5、 根据空压机的工况要求，系统应保障电动机具有恒转矩运行特性一。
' L! \% D, V) L. N. [0 q: X     6、 为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施。
     7、 在用电气量小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。
* q0 \4 D) m) v8 |' L  _     8、 考虑到系统以后扩展问题，变频器应满足将来工况扩展的要求。
　　
* U3 g4 t: m0 [. Z9 d' Z6 s: E0 A     四、变频器的选型
, x* D2 R% j# T2 j! a. V0 b- M* T4 f1 [     根据上述原则，经过多方调研、比较，最后我们选择安邦信公司生产的G9系列通用型变频器，使该系统能够满足上述工况要求。
. m! K* ^( R2 r6 @- y     1、G9变频器的频率精度：数字设定为±0.01%；模拟设定为±0.2%。可使压力波动范围满足设计要求。
5 m) c2 M1 P8 }+ H- A6 J     2、系统设计了变频和工频两套主回路。
9 F8 G  {! a! W, L. m" d     3、系统设计了闭环与开环两套控制回路。
     4、使用转换开关可使变频器任意控制两台空压机组中的一台。
2 f$ ]% V' g- o( w% n" C     5、 G9型变频器适用恒转矩特性负载，该变频器还具有转矩补偿和提升的功能。
! P  u) v5 \' v* {, c     6、 在该变频器上端加装输入电抗器，有效的抑制了变频器对电网的干扰。
     7、 在该变频器下端加装输出电抗器，保障了低频运行时电机温度噪音不超过允许范围。
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     五、改造方案原理
     由变频器，压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。
3 \2 P7 J/ e9 b) P4 S! ]     反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制变频器的输出步，从而调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。
　　
     六、空压机变频改造后的效益
* ]9 K9 v. G% O1 r: d7 ?     1、节约能源
- x; Y" e; R, Y. i     变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的运行状。
/ w% s7 [- y& {+ S     2、运行成本降低
4 D  J. c) }% P* ]3 J0 A# i1 j1 ^     传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低44.3%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。
     3、提高压力控制精度
     变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg变化范围，也就是0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。
     4、延长压缩机的使用寿命
+ B% @" f* u4 h& f2 K     变频器从0HZ起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。
     5、低了空压机的噪音
     根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音。现场测定表明，噪音与原系统比较下降约3至7分贝。
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  M3 ?- E$ u. P7 f+ |- E　　投资分析
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5 y( ]/ h' A4 A; a# `3 D7 b9 z　　1、项目费用
3 X, V. Z4 H' I( q  M. {　　空压机节电改造费用为：XXXXXX元
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& ~4 V" S5 J) i　　2、投资回报分析
# V" X% i# O* B9 X　　制瓶车间单台空压机改造前每月用电约为：160KW×24小时/天×30天/月×0.8=XXXXKWH
，空压机机节电率可达:20-30%之间波动，月均值在：25%；电费价格为0.52元XXX/KWH 则:
空压机每月节电电费：XXXXWH×25%×XX元/KWH=XXX元。 投资回报期=投资总额/每月节约金额=XXXX≈21个月。节电改造投资在XXXX个月内收回全部收回。
　　
　　结束语
　　随着变频器应用普及时代的来临，将变频器的应用扩展到传统空压机改造的领域，不仅扩大了变频器的应用市场，而且为空压机的制造业也提出了新的课题。预计在不远的将来，由于变频调速技术的介入，空压机将真正地进入经济运行时代。
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