你的位置:首页 > 解决方案

变频器对空压机的改造工程解决方案

2013/10/27 11:38:55      点击:
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。 
  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。


  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。 
  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,所以设备维护工作时对机械量大。


  变频改造方案: 
  一、 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图1所示。 
  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。 
  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。 
  (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。 
  
  三、变频改造方案设计原则 
  如图所示: 




  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、 一台变频器能控制两台空压机组,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、 考虑到系统以后扩展问题,变频器应满足将来工况扩展的要求。


  四、变频器的选型 
  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。 
  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。 
  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、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。 
  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。 
  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。


  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。 
  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 
  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。