空壓機的工作情況,運用臺灣普傳變頻器對空壓機的改造
摘 要: 本文介紹了空壓機的工作情況,運用臺灣普傳變頻器對空壓機的改造,節能效果明顯.
關鍵詞: 恒壓供氣 變頻器 空壓機 壓力傳感器
1 引言
空壓機在工業生產中有著廣泛地應用。它擔負著為所有氣動元件，包括各種氣動閥門，提供氣源的職責。因此它運行的好壞直接影響生產工藝。空壓機的種類主要有活塞式、螺桿式，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。
2 電機原理及空壓機加、卸載供氣控制方式存在的電能浪費
2（1）交流異步電動機的轉速公式為:
n=60f(1-s)/p
其中 n—電機轉速 f—運行電頻率;
p—電機極對數 s—轉差率;
2（2） 空壓機加、卸載供氣控制方式存在的問題
2.1 能耗分析
加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來回變化。Pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmax、Pmin之間關系可以用下式來表示:
Pmax＝(1＋δ)Pmin
δ是一個百分數，其數值大致在15%～30%之間。
在加、卸載供氣控制方式下的空壓機，所浪費的能量主要在2個部分:
(1) 加載時的電能消耗
在壓力達到最小值后，原控制方式決定其壓力會繼續上升直到最大壓力值。在加壓過程中,一定要向外界釋放更多的熱量，從而導致電能損失。另一方面，高于壓力最大值的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經過減壓閥減壓,這一過程同樣是一個耗能過程。
(2) 卸載時電能的消耗
當壓力達到壓力最大值時，空壓機通過如下方法來降壓卸載:關閉進氣閥使電機處于空轉狀態，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。據我們測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%～25%(這還是在卸載時間所占比例不大的情況下)。換言之，該空壓機20%的時間處于空載狀態，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節能空間。
2.2 其它不足之處
(1)靠機械方式調節進氣閥，使供氣量無法連續調節，當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調節進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。
(2) 頻繁采用打開和關閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。
3 恒壓供氣控制方案的設計
針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，可應用變頻調速技術進行恒壓供氣控制。采用這一方案時，我們可以把管網壓力作為控制對象，壓力變送器YB將儲氣罐的壓力P轉變為電信號送給PID智能調節器，與壓力設定值P0作比較，并根據差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號送變頻調速器VVVF，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力P始終接近設定壓力P0。同時，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護系統，另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來啟動，實現了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊。
4 系統元器件的選配及系統的安裝與調試
4.1
系統壓力要求:最小壓力6.2KG,最大壓力7.8KG.
空壓機: 75KW 4極電機 螺桿式空壓機 轉速1470r/min，
變頻器: 臺灣普傳 壓力傳感器1 只（10KG）
4.2 系統的安裝與調試
(1) 安裝
控制柜安裝在空壓機房內，與原控制柜分離，但與壓縮機之間的主配線不要超過30m。控制回路的配線采用屏蔽雙絞線，雙絞線的節距在15m以下。另外控制柜上裝有換氣裝置，變頻器接地端子一定不能與動力接地混用，以上措施增強了系統的穩定性、可靠性。
(2) 調試
a) 變頻器功能設定（不同的工況及控制方式，功能設定可能不同）
01-00=1設定為1:運行指令由外部端子控制
01-05=20加速時間:設定為20S,具體數值根據工況及生產要求
01-06=20減速時間:設定為20S
01- 10=50最大頻率:設定為50Hz(等于電機額定頻率)
01- 24=1 (設為標準電機)
01-25=100-105 電機過載保護水平:具體數值根據工況及生產要求
05-00=1 PI控制方式：設為有效
05-01=0 PI調節誤差極性：設為正極
05-02=0 PI給定信號選擇：設為0
05-03=72% （給定壓力值） PI數字給定值 (100%對應10KG)
05-04=1或2 PI反饋信號選擇
05-07=5-10 積分時間 5-10秒
05-09=25 PI調節運行最小頻率
(3) 調試中其他事項
增加工變頻裝置,整套改造裝置并不改變空壓機原有控制原理，原空壓機系統保護裝置依然有效。并且工頻/變頻切換采用了電氣及機械雙重聯鎖，大大的提高了系統的安全、可靠性。
在調試過程中，將下限頻率調至40Hz，然后用紅外線測溫儀對空壓機電機的溫升及管路的油溫進行了長時間、嚴格的監測，電機溫升約2-4℃之間，屬正常溫升范圍，油溫基本無變化，排氣溫度下降5℃。所以40Hz下限頻率運行對空壓機機組的工作很安全。
(4)節電數據
關鍵詞: 恒壓供氣 變頻器 空壓機 壓力傳感器
1 引言
空壓機在工業生產中有著廣泛地應用。它擔負著為所有氣動元件，包括各種氣動閥門，提供氣源的職責。因此它運行的好壞直接影響生產工藝。空壓機的種類主要有活塞式、螺桿式，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。
2 電機原理及空壓機加、卸載供氣控制方式存在的電能浪費
2（1）交流異步電動機的轉速公式為:
n=60f(1-s)/p
其中 n—電機轉速 f—運行電頻率;
p—電機極對數 s—轉差率;
2（2） 空壓機加、卸載供氣控制方式存在的問題
2.1 能耗分析
加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來回變化。Pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmax、Pmin之間關系可以用下式來表示:
Pmax＝(1＋δ)Pmin
δ是一個百分數，其數值大致在15%～30%之間。
在加、卸載供氣控制方式下的空壓機，所浪費的能量主要在2個部分:
(1) 加載時的電能消耗
在壓力達到最小值后，原控制方式決定其壓力會繼續上升直到最大壓力值。在加壓過程中,一定要向外界釋放更多的熱量，從而導致電能損失。另一方面，高于壓力最大值的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經過減壓閥減壓,這一過程同樣是一個耗能過程。
(2) 卸載時電能的消耗
當壓力達到壓力最大值時，空壓機通過如下方法來降壓卸載:關閉進氣閥使電機處于空轉狀態，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。據我們測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%～25%(這還是在卸載時間所占比例不大的情況下)。換言之，該空壓機20%的時間處于空載狀態，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節能空間。
2.2 其它不足之處
(1)靠機械方式調節進氣閥，使供氣量無法連續調節，當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調節進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。
(2) 頻繁采用打開和關閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。
3 恒壓供氣控制方案的設計
針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，可應用變頻調速技術進行恒壓供氣控制。采用這一方案時，我們可以把管網壓力作為控制對象，壓力變送器YB將儲氣罐的壓力P轉變為電信號送給PID智能調節器，與壓力設定值P0作比較，并根據差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號送變頻調速器VVVF，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力P始終接近設定壓力P0。同時，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護系統，另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來啟動，實現了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊。
4 系統元器件的選配及系統的安裝與調試
4.1
系統壓力要求:最小壓力6.2KG,最大壓力7.8KG.
空壓機: 75KW 4極電機 螺桿式空壓機 轉速1470r/min，
變頻器: 臺灣普傳 壓力傳感器1 只（10KG）
4.2 系統的安裝與調試
(1) 安裝
控制柜安裝在空壓機房內，與原控制柜分離，但與壓縮機之間的主配線不要超過30m。控制回路的配線采用屏蔽雙絞線，雙絞線的節距在15m以下。另外控制柜上裝有換氣裝置，變頻器接地端子一定不能與動力接地混用，以上措施增強了系統的穩定性、可靠性。
(2) 調試
a) 變頻器功能設定（不同的工況及控制方式，功能設定可能不同）
01-00=1設定為1:運行指令由外部端子控制
01-05=20加速時間:設定為20S,具體數值根據工況及生產要求
01-06=20減速時間:設定為20S
01- 10=50最大頻率:設定為50Hz(等于電機額定頻率)
01- 24=1 (設為標準電機)
01-25=100-105 電機過載保護水平:具體數值根據工況及生產要求
05-00=1 PI控制方式：設為有效
05-01=0 PI調節誤差極性：設為正極
05-02=0 PI給定信號選擇：設為0
05-03=72% （給定壓力值） PI數字給定值 (100%對應10KG)
05-04=1或2 PI反饋信號選擇
05-07=5-10 積分時間 5-10秒
05-09=25 PI調節運行最小頻率
(3) 調試中其他事項
增加工變頻裝置,整套改造裝置并不改變空壓機原有控制原理，原空壓機系統保護裝置依然有效。并且工頻/變頻切換采用了電氣及機械雙重聯鎖，大大的提高了系統的安全、可靠性。
在調試過程中，將下限頻率調至40Hz，然后用紅外線測溫儀對空壓機電機的溫升及管路的油溫進行了長時間、嚴格的監測，電機溫升約2-4℃之間，屬正常溫升范圍，油溫基本無變化，排氣溫度下降5℃。所以40Hz下限頻率運行對空壓機機組的工作很安全。
(4)節電數據
|
沒安裝變頻前每天用電量 |
安裝變頻后每天用電量 | |
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24小時用電量 |
1728 |
1417 |
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每天節電 |
311 |
|
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節電率 |
18% |
|
5 結束語
經過一系列的反復調整，最終系統穩定在39.5-42.5Hz的頻率范圍，管線壓力基本保持在0.69Mpa，供氣質量得到提高。改造后空壓機的運行安全、可靠，同時達到了工廠用氣的工藝要求。
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