螺桿式空壓機變頻節能改造方案

一、 螺桿式空壓機能耗分析
1、 我司螺桿式空壓機型號、規格
空壓機型號 額定排氣壓力 額定排氣量 空載率 電機型號 電機功率 電機額定電流
JC15HA 0.8Mpa 1.8m3/Min 0.40 Y160M-2 11KW 22A
電機空載電流 電機極數 電機額定轉數 電機功率因數 電機啟動方式 MMax/MN 電機效率η
10A 2極 2930rpm COSφ=0.88 Y-△降壓啟動 2 0.872
2、 螺桿式空壓機空載率：在設定的氣壓范圍內工作，在低于設定壓力時負載運行，高于設定壓力時空載運行，從上表可知空壓機有40%的時間是處于空載狀態，這樣既浪費能源又降低了系統的功率因數。現狀A棟螺桿式空壓機總運行時間為11340小時、負載運行時間為6416小時，因此實際空載率應為：
空載率=（11340-6416）÷11340
=0.434
3、 年空載損耗W (年總運行時間取 8000小時) Ue—電源電壓,取380V；
W= √3×Ue×I0×COSφ÷η×年總運行時間×空載率 η--電機效率,取0.872；
=1.732×380×10×0.88÷0.872×8000×0.434 I0—空載電流，取10A；
=23061KWh COSφ—功率因數,取0.88；
4、 年空載損耗費用F
F=W×0.63
=23061×0.63
=14528元
通過以上計算可見空載損耗是相當可觀的,基于此從節約空載損耗著眼分析螺桿式空壓機工作原理就降低空載功率提出如下改善方案。

二、螺桿式空壓機工作原理分析
1、 聚才螺桿式空壓機JC15HA電路圖如下




2、工作原理：
A、合上電源開關KQ、鑰匙開關SK，給主、控制電路送電；
B、按下控制面板上的啟動按鈕，控制回路中29、28得電，接觸器KM3、KM1吸合其主觸點閉合控制電機Y形啟動空載運行；
C、經MAM-KY4（40）控制器內部延時S1，控制回路29斷電、30得電，接觸器KM3斷開、KM2吸合，電機轉為△形運行，完成降壓啟動過程；
D、控制回路31延遲一段時間S2后得電，電磁閥DZ動作使伺服汽缸打開，空壓機開始加載運行；
E、當氣壓達到設定范圍上限時，控制回路31斷電，電磁閥DZ也跟著斷電使伺服汽缸關閉，空壓機又開始空載運行；
F、當氣壓低于設定范圍下限時，控制回路31得電，電磁閥DZ動作使伺服汽缸打開，空壓機又開始負載運行，如此周而復始。
三、改善方案
通過以上原理分析，設想改變空壓機空載時的工作方式，由工頻50HZ空載運行改為變頻30HZ空載運行以達到節能的目的。
1. 工頻50HZ空載運行改為變頻30HZ空載運行節能的原理分析（變頻器工作方式恒壓頻比）
當電機由工頻50HZ空載運行改為變頻30HZ空載運行后，定子繞組所承受的相電壓U=Ue×f設÷f工=228V，我們都知道電壓的平方正比于電機輸出力矩，故工頻50HZ空載運行改為變頻30HZ空載運行后電機輸出力矩變成接近原來的1/3，變頻空載功率損耗P30可按以下公式計算：
P50=√3×Ue×I0×COSφ÷η Ue—電源電壓,取380V；
= 1.732×380×10×0.88÷0.872 η--電機效率,取0.872；
= 6.64KW I0—空載電流，取10A；
COSφ—功率因數,取0.88；
P30= M30×V30 M30—30HZ時輸出力矩；
= M50÷3×V30 V50—電機工頻轉數,2930rpm；
= M50÷3×V50×3 ÷5 V30—30HZ電機轉數；
= P50 ÷5 M50—50HZ工頻時輸出力矩；
=1.33KW P30—30HZ時輸出空載功率；
通過以上計算，工頻50HZ空載運行改為變頻30HZ空載運行能節約P50- P30=6.64-1.33=5.31KW
2. 年節約空載損耗W1
W1=(P50- P30)×年總運行時間×空載率
= 5.31×8000×0.434
=18436KWh
3. 年節約空載損耗費用F1
F1= W1×0.63
=18436×0.63
=11615元
4. 主電路加裝11KW臺達變頻器VFD110B43A一臺,控制電路增加一個時間繼電器和一個中間繼電器,電路設計如下圖所示



5. 工作原理：
A、合上電源開關KQ、鑰匙開關SK，給主、控制電路送電；
B、按下控制面板上的啟動按鈕，控制回路中28得電，接觸器KM1吸合其主觸點閉合變頻器得電，按下變頻器RUN按鍵，因為J1常閉觸點閉合，電機以30HZ頻率啟動運行；
C、經MAM-KY4（40）控制器內部延時S1，控制回路31得電， J1常閉斷開、常開閉合，電機轉為50HZ工頻運行；
D、時間繼電器SJ經延時S動作常開觸點閉合接通電磁閥DZ電源，伺服汽缸打開，空壓機開始負載運行；
E、當氣壓達到設定范圍上限時，控制回路31斷電，時間繼電器SJ、繼電器J1跟著斷電，分別使伺服汽缸關閉、J1常開打開、J1常閉閉合，空壓機轉為30HZ空載運行；
F、當氣壓達到設定范圍下限時，控制回路31得電，時間繼電器SJ、繼電器J1通電吸合，J1常開閉合、J1常閉打開，空壓機工頻50HZ運行SJ延時S其常開觸點閉合，DZ通電，伺服汽缸打開，空壓機負載運行；
6. 改造重點
本設計利用臺達變頻器多段速運行功能，在多功能輸入端子MI1、MI2中分別插入常開、閉觸點實現工頻、30HZ自動切換程序運行，并需對變頻器00-09、01-10、04-04、04-05、05-00、05-01等參數進行適當調試，時間繼電器SJ時間設置應≥MAM-KY4（40）控制器內部延時S1+變頻器加速時間01-10。拆除接觸器KM2、KM3，將電機繞組接法改成△形。

四、方案對比




經以上綜合比較建議采用方案3。