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变频空压机节能技术在传统空压机上的改造应用

江苏沿江地区分布着许多加弹丝生产加工的密集区,其中许多企业由于规模小,受起步资金限制,多存在因非合理投资造成的能源浪费现象。随着用电设备的不断增加,以及能源的日趋紧张,电能不足的矛盾日益明显,以致越来越多的地区出现了高峰限电情况,这也让更多的企业认识到空压机节能

能源的重要性,从而转向考虑对空气压缩机

这样的“耗能大户”进行节能改造。

改造的必要性分析空气压缩机(简称空压机

)传统控制方式般为加一卸载供气控制,即,当储压达到设置上限时关闭进气阀,压缩机进入卸载运行状态;压力抵达设定下限时打开进气阀,压缩机进入满载运行。在实际工作中,由于消耗气压的不断变化,空气压缩机工作时总是在重复‘’满载-卸载“的工作状态中。卸载时的空转电流约为30%~50%电动机额定电流,这部分的功耗成为机械在额定转速下的空转损耗。因此,长时间空载运行严重浪费电能。设备工频起动时电机的电流约为额定电流的7~8倍,即使采用Y-A降压启动,起动时的电流仍然有额定电流的2~3倍,其产生的电源干扰影响电网的稳定及其他用电设备的运行安全。从机械上分析,空压机

在长期高速运转状态下使得电机轴承的磨损大,也造成了设备的维护量大。

3改造方案的设计对空压机现场的控制目标就是保持管路的恒定压力,即恒压供气要求。我们根据客户规模及现场的实际情况,设定了两种改造方案:简易的开环式变频控制和闭环反馈式变频控制。用户可根据现场实际要求进行选择。开环式变频控制开环式变频控制的流程图如简单的开环变频控制改造方案调试及使用:初步调定变频器的工作频率f关闭空压机进气门执行启动,变频器带动电机几乎在空载平滑启动,因此负载力矩很小。启动后打开进气门,经过升压过程后通过压力表检查气压是否满足生产供气要求,如果压力偏小或在使用过程中下降,说明供气量小于用气量,需要适当增大工作频率;如果压力过高或上升,则说明供气量大于用气量,需要适当减小工作频率。

使用过程中用户可以54环保节能降耗*直接通过变频器的操作面板或频率调整旋钮适当调整变频器运行频率直至压力不产生波动。开环控制方法具有外围电路少、改造简单、成本低等优点,同时可有效地保持气压的恒定。这种改造方式“投资小、见效快”,简单直观且易操作易维护,非常适合规模小以及技术力量弱的企业。其缺点是每次较大用气量改变前都要手动调整工作频率,需要人工经常巡视气压情况,并需注意车间是否有新的大容量用气设备投入使用或是否有漏气现象等,以免气压较大变动。

闭环反馈式变频控制闭环反馈式变频控制,即在开环控制的基础上增加一套压力传感设备。压力变送器将压力传感器监测的排气压力转换成电信号反馈给变频器内部PID调节器,与压力给定值(PI百分比设定等)进行比较,根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算,变频器根据实时压力情况调整工作电压输出,改变电动机的转速,从而使实际压力始终维持在给定压力的允许范围。因此,空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变,达到真正的供需平衡,在节能的同时,也可使整个系统达到最佳工作效率。控制框图如所示。变频调速闭环反馈控制框图闭环控制的优点是控制精确、自动监控取代人工巡视、系统工作效率高,适合用于大中型车间或是在生产中对压力波动要求较高的场合的改造。缺点是改造过程较开环方式复杂,需要多次试验确定PID等参数的设置,因此需要技术人员多次进行试验并总结出最优设定结果。

器件的选择变频器的选择按配套电动机额定功率选用相当容量的变频器并适当留有裕量,建议选用无速度传感器矢量变频器以改善启动效果;变频器有内置PID调节功能和4~10VDC模拟信号接口(用于压力传感信号的采集输入);变频器需配有数字操作/显示面板或频率调节旋钮;变频器质量好、运行可靠等基本要求。号输出,迟滞时间短、测量精确质量可靠的产品,出于对现场干扰预防的考虑建议选择电流型信号输出。建议应在外围电路中配有启动/停止按钮、急停保护按钮、电机过热保护、以及降低变频器谐波干扰交流电抗器/滤波器等外围设备,所有可能涉及人身安全的因素都应被首先着重考虑。

改造的实施应用装有活塞式压缩机1台,主电机额定功率130kW。空压机长期处于满载一卸载运行状态,电能浪费极大,选用德力西CDI9000-G系列132kW变频器按开环方式进行控制改造,简单测量在最小需求气压及供气量时平均电流约40A,比改造前下降20A;最大需求气压及供气量时平均工作电流120A左右,比改造前降低40A。电费节省情况根据生产的不同品种,平均每月可以节省电能25%~30%左右,核算下来每年节省下来的电费约7万余元。改造后现已使用近3年,运行良好。

改造使用中的注意点在实际使用过程中应该注意以下几个方面:4。3。1变频器实际工作频率并非设定得越小越好。由于某些变频器低频控制性能不是很理想,频率较低时会产生扭矩不足的情况,出现变频器过载等报警导致停机。而且,空压机不宜长期处于低频状态下运行,转速过低方面使空压机的工作稳定性变差,另方面也使缸体的润滑效果变差,反会加快磨损,因此,综合现场情况,建议运行频率应不小于20Hz,推荐最低频率在25Hz左右为宜。

变频器大多设计了转矩补偿功能,以希望在低频时提高输出电压。但磁通饱和会导致励磁电流过大,电机绕组过热,严重时损坏电机,因此补偿值不宜设置过大。

由于主电机是在低于工频的情况下运转,对于靠安装在电机轴上的扇叶实现自散热的电机来说,其散热效果会变差,因此应注意电机的温升是否在安全允许范围,必要时应增加外部散热措施。

传统拖动方式的空压机虽然初期投资比变频空压机

投资成本低,但是其运行成本远远大于变频空压机

,运行过程中产生了很大的能源浪费。通过交流变频器的控制改造,可以有效地节省运行能耗,降标准检测。