变频器在商丘某空压机负载上的应用

摘要：目前我国是世界上*大的发展中国家，自然资源的依赖程度约占60%以上，能源问题是一个严峻的挑战，尤其是近几年煤荒、电荒已严重制约着国民经济的发展，用电高峰时期许多生产企业和部门不得不拉闸限电。从根本上解决能源问题有两条途径：一是开源，二是节能。变频节能技术就是针对工频负载并非是所有用电设备的*佳工作频率及负荷，因而导致许多设备长期处于低效率，应用面广、见效快、投资回收期短的高效节能新技术，目前在冶金、矿山、石油、化工、医药、纺织、机械、电力、建材、造纸、印刷、供水、空调等各行各业已得到广泛的应用。

空压机工作原理简述：

　　以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理，如下图所示为单螺杆空气压缩机的结构原理图。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。

    采用变频器可通过改变螺杆转子转速的方式来改变排气量，当用气量发生变化时，变频器改变转速的方式调节空压机的排气量，达到排气压力恒定不变，并节约能源的目的。

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。

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。

    4、主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大。

节能原理及效果：

    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下图所示。

     我们采用具有矢量控制功能的AM300系列变频器，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*小电流运行，达到更好的节电效果。

采用恒压供气变频控制系统所带来的效果如下：

（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；

    （2）、利用变频器的节能模式，可使电机在轻载时以*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。

    （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；

    （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）。

    （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。   

    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。

变频改造方案设计原则：

如图所示：

    其中KM1、KM3为工变频切换接触器，控制器选用普勒特，变频器选用安邦信AM300系列。变频器与控制器的链接：R485通讯，开关量控制变频器启停，模拟信号控制变频器速度，变频器故障信号反馈等。

    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：

　　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、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、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。

5、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。

　　6、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。

　  7、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。

变频器的选型：

　　根据上述原则，经过多方调研、比较，*后我们选择安邦信公司生的AM300系列通用型变频器，使该系统能够满足上述工况要求。

　　1、AM300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。

　　2、系统设计了变频和工频两套主回路。

　　3、系统设计了闭环与开环两套控制回路。

　　4、AM300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。

　　5、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。

　　6、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。

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。

　　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。http://www.anbangxin.com

空压机变频改造后的效益：

　　1、节约能源

　　变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是*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。

　　2、运行成本降低

　　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**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

　　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*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。