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惠丰变频器在空压机类负载上的应用

供稿:欧瑞传动电气股份有限公司 2006/6/15 9:01:00

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一 前言
空压机是生产上常用的设备之一,广泛应用在各领域:建材,冶金,化工,纺织,电力,塑料,橡胶等各行业领域,作为生产厂家,目前大都在关注新技术在该设备上的应用情况:其中变频调速技术就是重点之一。再机械结构方面,空压机经过100多年的发展,原理是成熟的,但大容量空压机在工作过程的带栽启动和泄栽一直是一个难题,没有很好的解决方案:电机功率大,启动电流大,对电网的冲击大,机械结构震动也大,设备寿命短,目前,大部分厂家还是采用星——三角启动模式,但问题仍很多,部分厂家关注变频控制取代原有控制模式,并纷纷进行尝试,目前取得了较好的效果,现将变频器在该行业的应用情况向大家做一个介绍,希望对大家有所帮助。 二 系统工况介绍
  (一)、空压机工作原理:
  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,阴转子的槽也随阳转子齿被主电机驱动而旋转。
  招远市某公司有一台空压机,电机功率为75KW,运行方式为星-角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)、原系统工频情况下存在的问题
  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、 电机常空载运行,属非经济运行,电能浪费严重。
  3、 电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。
  4、 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。 三 变频改造的可行性分析
  (一)变频设计原则
   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,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。
  (二)、变频器的选型
  根据上述原则,经过调研、比较,最终选择和惠丰合作并采用惠丰F1000系列通用变频器改造该空压机
  1、F1000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、系统设计闭环与开环两套控制回路。
  4、 F1000型变频器适用恒转矩特性负载,具有转矩补偿和转矩提升的功能。
  5、 在该变频器输入输出端加装电抗器和磁环等滤波装置,有效的抑制了变频器对电网和其他设备的干扰以及电机的温升和噪音
  6、 选用90KW的变频器带动75KW的电动机,解决了将来工况扩展要求。  三、改造方案原理
  由惠丰变频器,压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统,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PI比较运算,实时控制变频器的输出,使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。  四、系统调试
  调试工作分成两部分:
  第一, 根据原生产工艺要求、参考电机参数、负载特性预调变频器参数。
  第二, 系统调试。
  在完成变频器设定参数调整及空载运行后,进行系统调试。调试的主要步骤:
  1、 将变频器接入系统。
  2、 进行工频旁路的运行。
  3、 进行变频回路的运行,其中包括开环与闭环控制两部分调试:
  开环:此时主要观察变频器频率上升的情况,设备的运行声音是否正常,空压机的压力上升是否稳定,压力变送器显示是否正常,设备停机是否正常等。如一切正常,则可进行闭环的调试。
  闭环:根据变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降情况调整,使系统不要产生压力振荡,注意观察机械共振点,将共振点附近的频率跳过去(既使用频率共振回避点功能)。
  变频改造后的情况
  1、节约能源
  变频器改造后,能源节约是最有实际意义的,根据生产需要的空气量来控制的压缩机实际运行,达到经济的运行状况。(附观测数据)



2、降低运行成本
  压缩机的运行成本由三项组成:采购成本、维护成本和电费成本。其中电费成本大约占压缩机运行成本的70%。通过电费成本降低30%左右,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,运行成本将大大降低。
  3、提高压力控制精度
  变频闭环控制系统实现了精确的压力控制。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,起动加速时间可以调整,减少了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约6分贝左右。
6 原来我们担心的机械润滑不良问题并没有在工作中反映出来,经过3年左右的运行,该设备一直运行良好,受到厂家维修技术人员的肯定。  体会:   随着变频器技术的成熟,变频器的应用领域也越来越大,变频器在空压机领域的成功改造扩大了变频器的应用市场,也为空压机的制造商也提出了新的课题。预计在不远的将来,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。

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