各类型空压机专用变频改造方案_图文

1、空压机变频恒压供气在节能改造中的应用1 引言空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气 体具有一定压力的设备。作为基础工业装备,空压机在冶金、机械制造、矿 山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。空压 机占大型工业设备 (风机、水泵、锅炉、空压机等 耗电量的 15%。由于结构原 理的原因,大部分空压机自身存在着明显的技术弱点。当输出压力大于一定 值时,自动打开泄载 阀 ,使 异步 电动机空 转 , 严重浪费能源 ; 异步 电动机 易频 繁 的 启 动、 停止 , 影响 电机的使用 寿命 ,压机工 频启 动电 流 大, 对 电 网冲击 大,电机 轴承磨损

2、 大,设备 维护 量大 ; 工作 条件恶劣 , 噪音 大 ; 自动化 程度低 , 输出压力的 调节 是 靠人 为 调节阀 的开 度来实现 的, 调节速度慢 , 波 动大, 不 稳 定, 精度低针对以上 存在的 问题 ,设 计采 用 PLC 和变频器实现对螺杆式 空气压缩机 的 节能改 造 方案 , 经 分 析 , 该方案 自动化 程度高 , 节能效果 显 著 , 实 用 性好 。2 电机原理及 空压机加、卸载供气控制方式存在的电能浪费2(1交流异步 电动机的 转速公式 为 :n=60f(1-s/p其中 n 电机 转速 f运 行电 频率 ;p 电机 极对数 s转差率 ;2(2 空压机 加 、 卸

3、 载 供 气 控 制 方式 存在的 问题2.1 能 耗分 析加 、 卸 载 控 制 方式 使 得 压缩气体的压力在 Pmin Pmax 之间 来 回 变 化。 Pmin 是 最 低 压力值, 即 能 够保证 用 户正常 工作的 最 低 压力。一 般情况下 , Pmax 、 Pmin 之间关系可 以 用 下 式来 表示 :Pmax=(1+Pmin是一 个百 分 数 , 其数 值大 致 在 15%30%之间 。在 加 、 卸 载 供 气 控 制 方式 下 的空压机,所 浪费 的 能 量 主要 在 2个 部分 : (1 加 载时的电 能 消 耗在压力 达到最小 值 后 ,原 控 制 方式 决 定 其

4、 压力 会继续 上 升直到最 大压力 值。在 加 压 过 程中 , 一定 要向外界释放更多 的 热 量, 从而导致 电 能损 失 。 另 一 方 面 , 高 于压力 最 大值的气体在进 入 气动 元 件 前 , 其 压力 需要 经 过减 压 阀 减 压 , 这 一 过 程 同样 是一 个 耗 能 过 程 。(2 卸 载时电 能 的 消 耗当压力 达到 压力 最 大值时,空压机 通过如下 方 法 来 降 压 卸 载 :关闭 进气 阀 使电机 处 于空 转 状态 , 同 时将分 离罐 中 多余 的压缩空气 通过放 空 阀 放 空。 这 种 调节方 法要 造 成很 大的 能 量 浪费 。 据我们测算

5、 ,空压机 卸 载时的 能 耗 约 占空压机 满 载 运 行时的 10%25%(这还 是在 卸 载时 间 所占 比例 不 大的 情况下 。 换言之 , 该 空压机 20%的时 间处 于空载 状态 ,在作 无 用 功 。 很明显在加卸载供 气控制方式下,空压机电机存在很大的节能空间。2.2 其 它 不 足之处(1靠 机械 方式调节 进气 阀 ,使 供 气量 无法连续 调节 ,当用气量 不 断 变 化时, 供 气压力 不 可避免地 产生较 大 幅 度 的 波 动。用气 精度 达 不 到 工 艺 要 求 。 再 加上频繁调节 进气 阀 , 会 加速 进气 阀 的 磨损 , 增 加维 修 量 和维 修

6、 成 本 。 (2 频繁采 用打开 和 关闭放 气 阀 , 放 气 阀 的 耐 用 性得不 到保 障 。3 空压机变频节能原理螺杆式 空压机基 本 运 行 方式 是 加 载、 减 载 方式 。 减 载时电机空 转 , 能源 白 白 的 浪费 , 如 果 利用 变频器 通过 改变 电机 频率来调节转速 , 变频控 制 即通过 改变 电动机的 转速来控 制空压机 单位 时 间 的出风量, 从而达到 控 制 管路 的压 力,具有明显的 节能效果 。空压机 变频节能 系 统 原理 如下 :通过 压力 变 送 器 测 得 的 管 网 压力值 与 压力的设定值 相 比 较 , 得 到 偏 差 , 经 PI

7、D 调节器计 算 出 变 频器 作用于 异步 电动机的 频率 值。由 变频器 输出的 相 应 频率和 幅 值的 交流 电, 在电动机 上得 到 相 应的 转速 。 那么 空压机输出 对 应的压缩空气输出 至储 气 罐 , 使 之 压力 变 化, 直到 管 网 压力 与给 定压力值 相 同 。3.3 变频改 造 注意事项(1 空压机是大 转 动 惯 量 负 载, 这 种 启 动 特 点 很 容 易 引起 变频器 在 启 动 时出 现 跳 过 流 保 护 的 情况 , 建议 采 用具有 高启 动 转 矩 的 无 速度 矢 量 变频器 , 保证 既 能实现 恒 压 供 气的 连续 性 ,有 可保证

8、设备 可 靠稳 定的 运 行。(2 空压机 不 允许长 时 间 在 低频 下 运 行,工作 下 限 应 不低 于 25Hz 。(3 建议 功 率 选 用 比 空压机 功 率 大一等 级 的 变频器 , 以 免 空压机 启 动出 现频繁 跳闸 的 情况 。(4 为 了 有 效 的 滤除 变频器 输出电 流中 的 高 次谐 波 分量, 减 少 因 高 次谐 波 引起 的电 磁干扰 , 建议选 用输出 交流 电 抗 器 , 还可 以 减 少 电机 运 行的 噪音 。 (5 设 计 的 系 统 应具备 变频和 工 频 两套 控 制 回 路 , 确 保 变频 出 现异 常 跳 保 护 时, 不影响 生产

9、 。4 基于 PLC 的空压机变频控制系统4.1 系 统 原理设 计控 制 系 统 由 以 下 部分 组 成 :变频器 、 可 编 程控 制 器 、 变频 柜 、电 抗 器 、压 力 变 送 器 、 震荡传感 器 等。基于 PLC 的 变频控 制 系 统 原理系 统 改 造时,在 保 留 原工 频 系 统 情况下 , 增 加变频 系 统 , 做 到 了 工 频 /变频 互锁切 换 。 通过外 部 控 制电 路 ,使空压机 起 停 操 作 步 骤仍然 如前 , 操 作 简单 , 安全 可 靠 。 本 系 统 采 用压力 闭 环 调节方式 ,在原 来 的压力 罐 上加 装一 个 压力 传感 器 ,

10、将压力 信号 转 换成 0-10V 的 电 信号 , 送 到 变频器 内部的 PID 调节器 , 调节器 将 信号与 压力设定值进行 比 较 运 算后 输出 控 制 信号 , 变频器 根 据 该 信号 输出 频率 , 改变 电动机的 转速 , 调节供 气压力, 保 持 压力的 恒 定,使空压机 始终 处 于 节 电 运 行 状态 。PLC 由 触摸屏 、电 源 、 CPU 、 模拟 量输出 模块 等 组 成 。 其中采 用 PLC 来实现 电气部分的 控 制。 包括五 部分 :起 动、 运 行、 停止 、 切 换 、 报警及故 障 自 诊 断 。(1 起 动 :可 以 通过 转 换 开 关 选

11、 择 变频 /工 频启 动运 行 :正常情况 ,电机 处 于 变频调速 状态 , 现 场 压力 变 送 器 检 测 管 网 出 口 压力, 并 与给 定值 比 较 , 经 PID 指令 运 算 , 得 到 频率 信号 ,动动 调节转速 达到 所 需 压力。(2 停止 :按 下 停止 按钮 , PLC 控 制所有的 接 触 器 断 开, 变频器停止 工作。(3 切 换 :可 以实现 工 频 、 变频 相互切 换 。(4 报警及故 障 自 诊 断 :空压机内部一 般 有 四 个需要 监 测 的量 :冷却 水压力 监 测 、 润滑 油监 测 、机体 温 度 监 测 、 储 气 罐 压力 监 测 。5

12、 恒压供气控制方案的设计针对 原有 供 气 控 制 方式 存在的 诸 多 问题 , 可 应用 变频调速 技术进行 恒 压 供 气 控 制。 采 用 这 一 方案 时, 我们可 以 把 管 网 压力作为 控 制 对 象 ,压力 变 送 器 YB 将 储 气 罐 的压力 P 转变 为电 信号送给 PID 智 能调节器 , 与 压力设定值 P0作 比 较 ,并 根 据 差 值的大 小 按 既 定的 PID 控 制 模 式 进行 运 算 , 产生 控 制 信 号送 变频调速器 VVVF , 通过 变频器控 制电机的工作 频率 与 转速 , 从而 使 实 际 压力 P 始终 接近 设定压力 P0。 同

13、时, 该方案 可 增 加 工 频 与 变频 切 换功 能 ,并 保 留 原有的 控 制 和 保 护 系 统 , 另外 , 采 用 该方案 后 ,空压机电机 从 静 止 到 旋 转 工作 可 由 变频器来启 动, 实现 了 软 启 动, 避免 了 启 动 冲击 电 流和启 动 给 空 压机 带 来 的机械 冲击 。6 变频改造方案设计原则根 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

14、 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 可 以控 制 两 台及 以上 空压机 组 , 可 用 转 换 开 关 切 换 。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。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 。8、 考虑 到

15、系 统 以 后 扩展 问题 , 变频器 应 满足 将 来 工 况 扩展 的 要 求 。7 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 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 。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

16、 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 寿命变频器

17、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、 降 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

18、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 。8 结 束语综 上 所 述 , 随 着 变频器 应用 普及 时 代 的 来 临 , 我 公 司已 将 变频器节能改 造的应用 扩展 到 传统 空压机 改 造的 领域 ,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 。本 说 明 书 表 述 之 内 容 仅 供 阅读参考 , 每 个 空压 站 项 目 的 节能改 造都 不 尽 相 同 , 我 公 司 根 据 每 个 用 户 的空压 站 房 内的 实 际 设备 运 行 状况会 做 出 不 同 的 设 计改 造 方案 , 欢迎 来 电 来 函咨询!公 司 为 客 户 提 供 立 项 预 算 、 系 统 方案 设 计 、 合 理 选 型 配 置 、设备 节能方 案 制定、 管 线 安 装、机 组 调 试 、空压机 及 后处 理设备的定 期 维护 保 养 和 应 急维 修 等 多 方 面 的 服务 。 尤 其 在为用 户 提 供 设备 节能方案 、空压 站 系 统 设 计 及 安 装、气 源 质 量 改 善 等 方 面 具有 独 到 的 优势 。联系方式:地址:武汉市江汉北路 34号九运大厦赏荷居 1802室TEL :85496551AX: 027-85