摘 要：本文結(jié)合往復(fù)式壓縮機(jī)生產(chǎn)的實際工況，介紹了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在齊魯石化塑料廠往復(fù)式壓縮機(jī)中的應(yīng)用。通過改造，實現(xiàn)了往復(fù)式壓縮機(jī)的高效運行，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器 往復(fù)式壓縮機(jī) 節(jié)能

1 引言

隨著高壓變頻器在各行業(yè)的成熟應(yīng)用，化工企業(yè)一般都設(shè)有空壓站，采用空氣壓縮機(jī)組產(chǎn)生壓縮氣體供工藝、儀表等使用。壓縮氣體的壓力需控制在一定范圍內(nèi)，壓力低及壓力高都需要開停壓縮機(jī)（ 簡稱空壓機(jī)），某化工企業(yè)的空壓機(jī)就為手動開停，且由于崗位合并的緣故，操作人員有所減少帶來不便。由于供氣量和壓縮機(jī)的排氣量之間很難達(dá)到完全平衡，人工調(diào)節(jié)回流量又難保證所需要的壓力和流量的穩(wěn)定，使得系統(tǒng)的弊病突出：如果供氣量不大時使氣體反復(fù)壓縮，運行效率低，耗費大量電能，使用旁通閥調(diào)節(jié)供氣量，工作量大，供氣壓力不大好控制，供氣質(zhì)量變差，系統(tǒng)安全性差。因此，對往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造還是比較有意義。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)的負(fù)載特性

齊魯石化塑料廠有一臺KBC-22X型號的往復(fù)式壓縮機(jī)，適配電機(jī)是200KW/6KV的8極電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速是735 r/min，采用直接驅(qū)動方式控制。用戶通過綜合調(diào)研和考慮，選用了我們公司JD-BP37-250F型號的高壓變頻器，通過調(diào)試應(yīng)用，該變頻器有安全性能好，可靠性高，設(shè)計合理，易損件壽命長，啟動性能好，降耗效果明顯，安裝、維護(hù)和保養(yǎng)都比較方便。

但一般往復(fù)式壓縮機(jī)在工作中，壓縮機(jī)利用曲軸將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為往復(fù)式運動，轉(zhuǎn)矩隨著曲軸的角度而改變，在這種情況下，電動機(jī)的電流隨負(fù)載的變化而產(chǎn)生較大的波動。所以，目前對往復(fù)式壓縮機(jī)存在的這些問題限制了變頻技術(shù)在壓縮機(jī)的推廣應(yīng)用其中最嚴(yán)重的是低速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動及由此帶來的低頻噪聲和震動等問題。目前高壓變頻器技術(shù)應(yīng)用在往復(fù)式壓縮機(jī)上更是寥寥無幾。目前市場上銷售的絕大多數(shù)壓縮機(jī)都運行在中高速區(qū)，能效比普遍較低。

我們在剛開始的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)：在工作頻率降低，轉(zhuǎn)速變低時，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)波動現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速越低，波動就越大，在25Hz時的波動情況如圖1示，波動范圍在40r/min，說明上述情況是確實存在的：

為了可靠運行，必須降低轉(zhuǎn)速的波動，即必須有效抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動和電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩脈動帶來的轉(zhuǎn)速波動。針對轉(zhuǎn)速脈動的抑制，經(jīng)查閱部分資料已有學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究并取得了一定成果他們提出了采用迭代學(xué)習(xí)控制和 PI 相結(jié)合的方法對轉(zhuǎn)速的周期性脈動進(jìn)行抑制，或者利用速度信號對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行前饋補償有效地抑制了轉(zhuǎn)速的周期性脈動，但是其中的控制方法都需要碼盤來提供電機(jī)當(dāng)前的準(zhǔn)確速度信號，同時控制也比較復(fù)雜，故無法應(yīng)用到一般的壓縮機(jī)系統(tǒng)中。

3 風(fēng)光高壓變頻器的應(yīng)用情況

JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖2，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV/250KW變頻器共有15個功率單元，每5個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。

控制器核心由高速32位DSP和HMI協(xié)同運算來實現(xiàn)，精心設(shè)計的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運行性能。HMI提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強了系統(tǒng)的靈活性。

每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖3，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為六支二極管實現(xiàn)三相全橋整流，通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，每個個功率單元完全一樣，可以互換，這不但調(diào)試、維修方便，而且備份也十分經(jīng)濟(jì)，假如某一單元發(fā)生故障，該單元的輸出端能自動短路而整機(jī)可以暫時降額工作，直到緩慢停止運行。

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn)，增強了系統(tǒng)的可靠性。控制器有一套獨立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來了很大方便。

應(yīng)用中針對現(xiàn)場存在的問題，系統(tǒng)優(yōu)化改造主要需解決兩方面的問題：第一，在滿足系統(tǒng)用氣量的基礎(chǔ)上盡可能減少排量損失；第二，在滿足壓力的前提下盡可能減少管壓差，即減少壓力損失。系統(tǒng)優(yōu)化擬從動能和勢能兩方面同時入手，盡可能降低能耗、提高系統(tǒng)效率。解決改造問題后，需要重點解決由于低速時轉(zhuǎn)矩脈動影起的轉(zhuǎn)速脈動，由于在低速時壓縮機(jī)入口和出口壓力差值越大負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動越嚴(yán)重，速度越低負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動越嚴(yán)重。當(dāng)壓縮機(jī)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定下來后，由于負(fù)載脈動轉(zhuǎn)矩的存在，轉(zhuǎn)速產(chǎn)生與脈動負(fù)載轉(zhuǎn)矩同頻率的振蕩，負(fù)載脈動周期為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機(jī)械周期。通過適當(dāng)?shù)拇胧┖蛥?shù)調(diào)整后，使得系統(tǒng)正常工作，同時轉(zhuǎn)速脈動減小，同在25Hz時，轉(zhuǎn)速情況如下圖4：

變頻器通過調(diào)整后，電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動從 40r/min 減小到了 15r/min，電機(jī)−壓縮機(jī)系統(tǒng)的振動也大大減小了，從電機(jī)電流方面也看出電流波動減小，調(diào)整前25Hz時電流在19-40A間波動，調(diào)整后25Hz時電流在23-25A間波動。同時節(jié)能效果就更明顯了，節(jié)能在28%左右。

4 結(jié)束語

通過幾天的調(diào)試和總結(jié)，在應(yīng)用變頻技術(shù)改造往復(fù)式壓縮機(jī)時應(yīng)主要的的問題：

1）有效地抑制壓縮機(jī)周期性轉(zhuǎn)速脈動，根據(jù)負(fù)載狀況和壓縮機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)，通過適當(dāng)補償?shù)呢?fù)載轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)壓縮機(jī)低速高性能控制；

2）考慮壓縮機(jī)的潤滑問題。壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速降低后，潤滑油的耗量也就減小，潤滑效果就變差，針對這一問題應(yīng)采用機(jī)外加壓潤滑。

3）系統(tǒng)壓力設(shè)定問題。在實際運行中，壓縮機(jī)的排氣壓力越高，所需的電機(jī)輸出功率越大，電機(jī)的耗電量也越大，所以結(jié)合節(jié)能效應(yīng)和多種實際生產(chǎn)工藝的要求，通過調(diào)整變頻器的運行頻率把系統(tǒng)壓力設(shè)定工藝所要求的。

在實際運行中，我們比較了改造前后的運行情況:改造前，空氣壓縮機(jī)經(jīng)常是加載卸載，加載運行時電流為29A ，卸載運行時電流為14A，改造后，空氣壓縮機(jī)運行頻率常在38Hz左右，運行電流為20-21 A，基本沒有卸載時間。這樣節(jié)省大量的電能，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，延長了設(shè)備的使用壽命。

所以系統(tǒng)改造后得到了用戶的一致好評，風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器在往復(fù)式壓縮機(jī)上的大量推廣具有實際可行的意義。

參考文獻(xiàn)：

1）原魁、劉韋強《變頻基礎(chǔ)及應(yīng)用》1997年.冶金出版社出版

2）王應(yīng)來《變頻調(diào)速技術(shù)在往復(fù)壓縮機(jī)上的應(yīng)用》2000年11月《煤氣與熱力》

3）王小平《應(yīng)用變頻器對活塞式空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)》2008年5月《機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新》