一、空壓機工作原理簡述
某大型金屬制品廠有上海英格索蘭公司生產(chǎn)的單級壓縮螺桿式空氣壓縮機（以下簡稱空壓機）4 臺，因產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，用氣量減少，經(jīng)過現(xiàn)場觀察和測試，認為存在比較大的節(jié)能空間，遂進行節(jié)能改造。該空壓機工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子 ( 或稱螺桿 ) 在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動 , 使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化 , 空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè) , 實現(xiàn)螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端 , 陰轉(zhuǎn)子的槽與陽轉(zhuǎn)子嚙被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
原空壓機的主電機功率為 75kW 兩臺，90kW兩臺，星 - 三角減壓起動后全壓運行，為典型的空載啟動，全速運行。原系統(tǒng)工況存在如下的幾個典型問題 :
1、主電機時?？蛰d或輕載滿速運行 , 屬非經(jīng)濟運行 , 電能浪費嚴重。
2、主電機雖然星 - 角減壓起動，但起動時的電流仍然很大 , 會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及同供電支線上它用電設(shè)備的運行安全。
3、主電機 工頻運 行時，空壓機噪音大。
二、變頻改造要求
根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求 , 空壓機變頻改造后系統(tǒng)應滿足以下要求 :
1、變頻調(diào)速改造后應保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定 , 壓力波動范圍不能超過± 0.02Mpa 。
2、系統(tǒng)應具有變頻和工頻兩套控制回路，以保證變頻回路故障時能迅速切換到工頻。
3、系統(tǒng)具有開環(huán)和閉環(huán)兩套控制回路，壓力閉環(huán) PID 調(diào)節(jié)由變頻器自身完成。
4、一臺變頻器能夠控制兩臺空壓機組 , 可用轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。
5、根據(jù)空壓機的工況要求 , 系統(tǒng)應保障電動機具有恒轉(zhuǎn)矩運行特性。
6、現(xiàn)場的改造要滿足 EMC 要求，不能造成自身干擾或干擾其他設(shè)備。
7、改造后電機繞組溫度和電機的噪音不超過電機允許的范圍。
三、變頻器的選型
根據(jù)上述原則，廠家經(jīng)過多方調(diào)研、比較 , 最后選擇麥米電氣MV300G 系列通用型變頻器 , 使該系統(tǒng)能夠滿足上述工況要求。
1、MV300G 為電流矢量型變頻器，低頻力矩大，過載能力強，在 10Hz 以上 1.5 倍的額定負載可工作 2min 以上。
2、MV300G 75kW 以上標配直流電抗器，可有效降低輸入側(cè)諧波，減少干擾。
3、MV300G 可接受的輸入電壓范圍波動大，從交流 324 － 520V 都可以正常工作
4、客戶考察了變頻器的主要關(guān)鍵器件，如整流橋，逆變模塊，電容，主芯片等，全部采用世界知名品牌，是產(chǎn)品可靠性的基本保證。
5、考慮到以后整個工廠自動化的升級，要求變頻器能夠內(nèi)置 PROFIBUS-DP 總線和 CANOPEN 總線。
6、出于維護和售后的考慮，客戶要求變頻器內(nèi)購內(nèi)置 90kW 和 75kW 兩套電機參數(shù)
為此，客戶選擇了 MV300G-4T90 的變頻器兩臺。
四、改造方案原理
變頻器接線示意圖
由變頻器、壓力變送器、調(diào)節(jié)儀、電機、螺旋轉(zhuǎn)子組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速 , 使儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi) , 進行恒壓控制。系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示。
反饋壓力與設(shè)定壓力進行比較運算，實時控制變頻器的輸出頻率,從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,使儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力上。
圖中QF1、QF2是空氣開關(guān),起隔離作用,同時QF2也是變頻柜的電源開關(guān);KM1、KM3、和KM2、KM4是兩對機械聯(lián)鎖接觸器,起隔離作用。變頻時,KM1、KM2同時吸合,KM3、KM4同時斷開;工頻時KM3、KM4同時吸合,KM1、KM2同時斷開。變頻運行程序:將QF1、QF2合上,由控制回路將KM3、KM4斷開,KM1、KM2吸合,然后起動系統(tǒng)變頻運行;工頻運行程序:將QF1、QF2斷開,由控制回路將KM3、KM4吸合,KM1、KM2斷開,恢復原來工頻運行方式。輸入電抗器的作用是抑制變頻器對其它控制電氣設(shè)備的干擾,輸出電抗器的作用是改善變頻器輸出波形,減少電機變頻運行時的噪聲,減小電機變頻運行時發(fā)熱。其中1M為原工頻主回路接觸器,2M為原工頻主回路及風機回路接觸器,1S為原工頻回路接觸器(1M、2M、1S三者構(gòu)成原工頻星角起動主回路),KM5、KM6分別為1#和2#機組隔離接觸器。
五、系統(tǒng)調(diào)試
調(diào)試工作分成兩部分:
1、變頻器驅(qū)動電機調(diào)試，保證變頻器驅(qū)動電機能正常加速，減速，恒速運行，變頻器電流穩(wěn)定無震蕩，電機工作正常。此時需要觀測空壓機的壓力上升是否穩(wěn)定,壓力變送器顯示是否正常,設(shè)備停機是否正常等。
變頻器參數(shù)設(shè)定
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功能碼
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名稱
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設(shè)定
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意義
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P02.00
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電機與模式選擇
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2
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異步電機，V/F
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P02.02
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控制方式
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1
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端子控制
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P02.04
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主給定頻率源
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5
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過程閉環(huán)PID
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P09.01
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X2端子功能
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22
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故障復位輸入
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P12.01
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節(jié)能運行
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1
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節(jié)能模式打開
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P14.00
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PID給定通道
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2
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AI2
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P14.01
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PID反饋通道
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0
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AI1
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2、系統(tǒng)聯(lián)動調(diào)試。
在完成變頻器驅(qū)動電機調(diào)整后,進行系統(tǒng)聯(lián)動調(diào)試。調(diào)試的主要步驟:
① 將變頻器接入系統(tǒng)。
② 進行工頻旁路的運行。
③ 進行變頻回路的運行,其中包括開環(huán)與閉環(huán)控制兩部分調(diào)試:
主要依據(jù)變頻器頻率上升與下降的速度和空壓機壓力的升降相匹配,不要產(chǎn)生壓力振蕩,還要注意觀察機械共振點,將共振點附近的頻率跳過去，以及停機狀況下看能否順利切換到工頻狀態(tài)，這個主要是驗證系統(tǒng)的接線情況。
六、空壓機變頻改造后的效益
1、節(jié)約能源
變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)控制的壓縮機比較,能源節(jié)約是有實際意義的，根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機工況是較為經(jīng)濟的運行狀態(tài)。下表是主機為75kw的空壓機改造前后電機的測試參數(shù)表:
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電流（A）
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電壓（V）
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頻率（Hz）
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實際功率（KW）
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節(jié)電率（%）
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改造前
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122
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380
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50
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65.3
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0
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改造后
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110
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221
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29
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38.1
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41.9
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從上表可證實,節(jié)電效果十分明顯。如果空壓機每年按300天工作日計算,則每年可節(jié)約電能19.58萬度。
2、運行成本降低
傳統(tǒng)壓縮機的運行成本由三項組成:初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過能源成本降低41.9%,再加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減少,維護和維修量也跟隨降低,所以運行成本將大大降低。
3、提高壓力控制精度
變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高,所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍,也就是0.2bar范圍內(nèi),有效地提高了工況的質(zhì)量。
4、延長壓縮機的使用壽命
變頻器從0Hz起動壓縮機,它的起動加速時間可以調(diào)整,從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊,增強系統(tǒng)的可靠性,使壓縮機的使用壽命延長。此外,變頻控制能夠減少機組起動時電流波動,這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電,變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到較低程度。
5、降低了空壓機的噪音
根據(jù)壓縮機的工況要求,變頻調(diào)速改造后,電機運轉(zhuǎn)速度明顯減慢,因此有效地降了空壓機運行時的噪音。現(xiàn)場測定表明,噪音與原系統(tǒng)比較下降約5分貝。
