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变频技术在螺杆式空压机上的应用

供稿:1976jiang 2007/4/17 9:10:00

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一、变频技术在空压机行应用的背景
据统计,在工业上空压机的用电量占全部用电设备的9%,传统的空压机主要采用三相异步电动机Y-△启动方式,工频恒速运行,压力和流量的调节靠阀门和旁通完成,由于工业设计时,压缩空气供应系统必须按工厂负荷最大时设计,并且留10-20%设计余量,事实上很多空压机是不会运行在满负载状态下的,并且随着工厂实际生产的需求的波动,存在较大的浮动,所以节能的空间很大!
冰轮变频空压机组系统流程图:



变频机组系统主要由交流变频调速环节与PID闭环调节环节构成。实现功能:根据用户用气量变化,系统进行压力PID闭环调节,再通过变频器调节电机转速,保证系统压力的稳定。
二、传统空压机与变频空压机的比较
变频空压机的特点:
压力稳定、精度高、冲击小、可靠性高、节能
1.两种方案冲击性的比较
传统空压机采用的是Y-△起动方式,电机的起动电流是其额定电流的5~7倍,一台90KW的电动机的起动电流将达到600A。在如此大的电流冲击下,接触器、电机的使用寿命大大下降。同时,起动时的机械冲击,容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏,从而增加维修量和备品、备件费用。传统空压机靠储气罐对系统压力进行缓冲,在用气少时机组自动停机,待用气量增加时机组自动启动,因此为了避免机组频繁启动只能增加储气罐的容量。
变频空压机由于采用变频器拖动电机,变频器具有软启动的作用,替代原Y-△起动方式,平稳起动,电流冲击大大减少,并且简化了系统接线。变频空压机的起动过程是一个斜坡加速过程,故减小了起动时的冷油粘滞阻力,对整个系统,特别是螺杆压缩机的冲击大大减小。
2.压力调节精度
传统空压机为卸载压力到时卸载,上载压力到时上载,压力波动范围大。
变频空压机系统通过PID调节器实现压力闭环,系统在设定的压力点工作时,保持压缩空气系统的压力恒定。当用户用气量增加时,压力的轻微降低通过PID调节器的作用使变频器的输出频率升高,从而使压力上升;当系统用气量减小时压力的轻微上升同样通过PID调节器的调节作用使变频器的输出频率降低,从而使实际压力降低,由此实现系统压力保持恒定,
稳定的压力对压力敏感的工艺过程是非常重要的,对后处理设备也是有影响的。为了获得稳定的压力,要有一个大的储气罐。用了变频控制系统的话,就不需要大的储气罐了。如果空压机输出的压力稳定的话,能更经济的配置干燥机。当空压机的压力输出波动大,空压机的压力低的话,而干燥机的容量是按照额定的压力配置的话,干燥机就会过载,就有水分通过干燥机,或者干燥机高压保护开关动作。过滤器也是一样,在额定的流量的情况下,过滤效果最好。三、变频调速节能原理如下阐述
装在空压机上的电机一般是标准的三相鼠笼式交流电动机,当接到工频电源时电机的转速是改变不了的。空压机只能工作在电机的全速状态,加载如此,卸载也是如此。用户的用气量是波动的,为用户配置的空压机是按最大用气量配置的,当用气量不是最大时,空压机依然是按额定的排气量排气,系统压力就会升高,这样空压机就会卸载,持续空载运行一段时间后停机。
如果改变电机的转速,就不同了。速度降低,排气量就降低,在变频调速系统中,电机的速度是和电源的频率成正比的,改变电源的频率就可改变电机的转速,从而改变空压机系统的排气量,耗能降低,这样就相当于可以控制排气量,用多少的气量就生产多少的压缩气体,不像工频控制,用不了就放空,卸载,增加了噪音,浪费了能源。
变频空压机系统通过压力闭环,根据供气系统负载变化,调整空气压缩机电机的转速保证系统压力恒定,压缩机电机的转速下降,从电网吸收的电能就会大大下降。
由流体力学可知,P(功率)=Q(流量)╳ H(压力),流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,功率P与转速N的立方成正比,如果机组的效率一定,当要求调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降。即机组电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
由于电机为直接启动或Y/ 启动,启动电流等于(5-7)倍额定电流,这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命,节省了设备的维护费用。
四、机组控制系统的组成
  冰轮空压机组采用进口品牌变频器,控制系统采用法国施耐德PLC组成变频控制系统,通过压力变送器采集机组运行的管线压力到PLC,由PLC系统进行PID数据整定,将运行频率传送到变频器,变频器根据给定频率调节电机转速,使压缩机以合使的速度运转。
五、实验数据及结论:
以冰轮SAC90-7为例,在相同的排气量、排气压力(0.7Mpa)下,分别测试
变频机组与普通机组的耗能。






六、总结
 实验数据表明,在相同的排气量下,变频机组比普通机组节能,并且排气量越小,节能效果越明显。

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