變頻器在空壓機(jī)上的應(yīng)用
一、概述:
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備,主要有吸氣、壓縮、作功輸送和排氣四個(gè)主要過程。已有幾百年的應(yīng)用歷史,在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面也經(jīng)過了100年的發(fā)展,原理是成熟的,但大容量的空壓機(jī)在工作過程的帶載啟動(dòng)和泄載一直是一個(gè)難題。在結(jié)構(gòu)上分常見有活塞式、螺桿式、和離心式等。它的用途廣泛,可以用于冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石油化工等各個(gè)行業(yè)。空壓機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等)耗電量的15%。
二、工作原理:
常見大中型空壓機(jī)為螺桿式或活塞式壓縮機(jī)。工作時(shí)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿或活塞向氣罐充氣,當(dāng)氣罐壓力升至設(shè)定的最高壓力時(shí)離合片動(dòng)作,電機(jī)自動(dòng)卸載,電機(jī)空轉(zhuǎn),螺桿或活塞停止壓縮空氣。壓縮機(jī)的這種工作方式帶來了下列問題:
1)現(xiàn)用空壓機(jī)控制系統(tǒng)的缺陷
空壓機(jī)主電機(jī)運(yùn)行方式為星型到三角降壓起動(dòng)后再全壓運(yùn)行. 加、卸載供氣控制方式為進(jìn)氣閥開關(guān)控制方式,即壓力達(dá)到上限時(shí)關(guān)閥,壓縮機(jī)空載運(yùn)行;壓力抵達(dá)下限時(shí)開閥,壓縮機(jī)加載運(yùn)行。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力上限值,控制器使進(jìn)氣閥關(guān)閉,壓縮機(jī)空載運(yùn)行,直到系統(tǒng)壓力降到壓力下限值后,控制器使進(jìn)氣閥重新打開,排氣閥關(guān)閉,壓縮機(jī)打開,壓縮機(jī)滿載運(yùn)行,不斷重復(fù)上述過程??諝鈮嚎s機(jī)的排氣量和壓力,在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不是不變的,常因工況變化導(dǎo)致用氣量變化,所以空氣壓縮機(jī)工作時(shí)總是在重復(fù)滿載-卸荷工作方式。滿載時(shí)的工作電流接近電動(dòng)機(jī)的額定電流,卸荷時(shí)的空轉(zhuǎn)電流約為30-50%電動(dòng)機(jī)額定電流,這部分電流不是做有用功,而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗.
a 浪費(fèi)大量的能源,導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加.
b 起動(dòng)瞬間電流很大,對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的產(chǎn)生巨大的沖擊,嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致同一電網(wǎng)設(shè)備無法正常運(yùn)行.
c 起動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備機(jī)械同樣存在巨大的沖擊,后續(xù)維護(hù)工作量大,維護(hù)成本高.制約生產(chǎn)效率.
d 經(jīng)常卸載和加載的方法來調(diào)節(jié).這樣使整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,不能保持恒定的供氣壓力,另外也影響壓縮機(jī)的使用壽命。
f 由于氣壓無法恒定,波動(dòng)范圍大,因此在一定程度上間接的影響了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量.在某些對(duì)氣源氣壓要求苛刻的場(chǎng)合尤為明顯.
g 自動(dòng)化程度低,系統(tǒng)穩(wěn)定性差,不利于維護(hù), 需要專人操作停止或者啟動(dòng)機(jī)組來調(diào)節(jié)需求氣量,但仍然無法有效的調(diào)節(jié)到合理范圍.由于沒有故障報(bào)警系統(tǒng),不能快速有效的找到故障源以及排除故障
三、系統(tǒng)配置:
本系統(tǒng)可選用ALPHA6000-3037G型變頻器,該型變頻器性能優(yōu)良,可靠性高,內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器,各項(xiàng)參數(shù)可靈活設(shè)置,能很好地滿足控制要求。(壓力傳感器可選用美國(guó)產(chǎn)MSP-300-016-B-S-W型,該型傳感器安裝簡(jiǎn)便,線性好,信號(hào)變送精度高。)控制原理圖如下:
1,系統(tǒng)功能描述
該系統(tǒng)以壓力為控制對(duì)象,壓力值由變頻器鍵盤電位器設(shè)定,可根據(jù)用氣設(shè)備的實(shí)際需要,在空壓機(jī)的最高允許工作壓力內(nèi)自由設(shè)定,調(diào)整便捷。壓力傳感器對(duì)供氣管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)檢測(cè),并通過變送器轉(zhuǎn)換,輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA的信號(hào),送至變頻器反饋,在變頻器內(nèi)進(jìn)行PID閉環(huán)控制,根據(jù)系統(tǒng)用氣量的要求實(shí)時(shí)調(diào)整變頻器的輸出,從而實(shí)時(shí)調(diào)整壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,保證管網(wǎng)壓力的恒定。
四、注意事項(xiàng):
1,各品牌的空壓機(jī)潤(rùn)滑及冷卻方式的不盡相同,故空壓機(jī)工作的下限頻率應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。
2,由于空壓機(jī)連續(xù)工作時(shí)本身會(huì)散發(fā)大量的熱量,因此應(yīng)注意變頻器箱體的溫度不要超限,確保變頻器工作場(chǎng)所的通風(fēng)。
3,當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣壓較高時(shí),啟動(dòng)變頻器時(shí)會(huì)引起堵轉(zhuǎn)過流,因此不要在儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力較高時(shí)啟動(dòng)變頻器,應(yīng)卸放儲(chǔ)氣罐內(nèi)的空氣后啟動(dòng)。也可在空壓機(jī)出氣口加裝單向閥。
五、改造收益
采用該系統(tǒng)改造后,壓縮機(jī)組的供氣量與系統(tǒng)所需量動(dòng)態(tài)匹配,壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)隨著系統(tǒng)用氣量的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié),避免了電機(jī)空轉(zhuǎn)以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗,電機(jī)的輸入功率大大降低,節(jié)電效果顯著。對(duì)于對(duì)空氣機(jī)來說,供氣量Q與轉(zhuǎn)速N成正比,氣壓F與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比,而軸功率與轉(zhuǎn)速N的三次方成正比,見下表:
頻率值HZ |
50 |
45 |
40 |
35 |
30 |
25 |
供氣量Q% |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
氣壓F% |
100 |
81 |
64 |
49 |
36 |
25 |
軸功率P% |
100 |
73 |
51 |
34 |
22 |
13 |
節(jié)電率N% |
0 |
23 |
49 |
66 |
78 |
87 |
一般來說,對(duì)于連續(xù)用氣的空壓機(jī)系統(tǒng),隨用氣量的變化,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率在25-50HZ之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),系統(tǒng)的節(jié)電率可達(dá)20%左右。
另外系統(tǒng)改造所帶來的間接效益也不可低估。首先,壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟停,軟加減速,對(duì)電網(wǎng)的沖擊大大減少;其次壓縮機(jī)氣缸內(nèi)氣閥片不再反復(fù)地開啟和關(guān)閉,增加了設(shè)備的壽命,減少了系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間;再次系統(tǒng)管網(wǎng)氣壓穩(wěn)定,提高了氣動(dòng)設(shè)備的效率。
空氣壓縮機(jī)組經(jīng)改造后,經(jīng)實(shí)測(cè)達(dá)到如下效果
1:節(jié)省電能:
恒壓供氣系統(tǒng)投入運(yùn)行后,可使貯氣罐的氣壓保持在設(shè)定值的2.5%范圍內(nèi),將自動(dòng)排空而損失的電能節(jié)省下來,經(jīng)實(shí)測(cè),節(jié)電率達(dá)到40%左右,同時(shí)功率因子提高至COSф>0.95,減少了無功損耗.
2: 降低噪音,減少環(huán)境污染:
恒壓供氣系統(tǒng)由于實(shí)現(xiàn)了變頻控制,基本上消除排空放氣的情況,從而改善了噪音對(duì)環(huán)境的污染.
3: 延長(zhǎng)機(jī)械部件使用壽命:
使用JBJ空壓機(jī)節(jié)電系統(tǒng)后,空壓機(jī)大多數(shù)時(shí)間運(yùn)行在工頻之下,能明
顯減少機(jī)械部件的磨損,延長(zhǎng)機(jī)器壽命,減少維修費(fèi)用和縮短維修時(shí)間.
4: 實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng):
減少機(jī)組起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊,同時(shí)可靈活地重復(fù)多次起動(dòng),避免了自藕降壓起動(dòng)在這方面的不足.
5:實(shí)現(xiàn)恒壓供氣:
系統(tǒng)投入運(yùn)行后,提高了供氣可靠性和負(fù)載變化的調(diào)節(jié)能力,保證了恒定的供氣壓力,進(jìn)一步保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性.
6:運(yùn)行可靠,故障率幾乎為零:
系統(tǒng)設(shè)有過載、失壓、欠壓、過流、缺相等保護(hù)功能,運(yùn)行可靠.
7:操作簡(jiǎn)易,發(fā)生故障不影響生產(chǎn):
節(jié)能器發(fā)生故障后,可自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出故障信號(hào),同時(shí),可轉(zhuǎn)換到市電使空壓機(jī)正常運(yùn)行,不影響生產(chǎn)。