明電舍變頻器在空氣壓縮機系統中的應用

一、空壓機改造的意義
空壓機在各廠礦企業中應用極廣，特別是在石油、化工、動力等工業領域中已成為必不可少的關鍵設備，是許多工業部門工藝流程中的核心設備。提供自動化生產所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力，是生產流程順暢之要素，瞬間的壓降，即會影響產品品質。
通常用戶通過空壓站來給各車間供氣，各車間用氣量的多少是經常變動的，而且不同時間的用氣量也是不相同的，因此供氣不足或者供氣過剩的情況時有發生。而用氣和供氣之間的不平衡集中地反映在供氣的壓力上，保持供氣壓力的恒定，可以使供氣和用氣之間保持平衡，從而提高供氣質量，維持各車間的正常生產，保證產品質量。
空壓機系統主要由壓縮機、氣筒、螺桿、加熱器等構成，其中壓縮機的動力-螺桿根據氣筒溫度和產品生產量的變化隨時改變速度，維持最合適的速度。利用變頻器驅動壓縮機螺桿驅動系統克服了以往電源驅動方式中速度無法改變的缺點，體現了速度微調功能，提高了生產線的生產效率和產品質量，同時通過變頻器的各種保護功能，避免了電機損傷。

二、原系統工況存在的問題
1、主電機雖然星-角減壓起動，但起動時的電流仍然很大，會影響電網的穩定及其它用電設備的運行安全。
2、主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大。
3、主電機工頻頻繁起動對設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護工作時對機械量大。
4、經常卸載和加載導致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒定的工作壓力。
5、空壓站共有九臺空壓機，由于整個廠用氣量比較大，所以其中四臺長期運行，四臺根據用氣量的大小進行開關，所以部分空壓機時常空載運行，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。

三、改造方案及系統框圖
由變頻器，壓力變送器、PLC、電機組成壓力閉環控制系統自動調節電機轉速，使管網內空氣壓力保持在五個大氣壓左右，進行恒壓控制。
管網內的壓力值通過壓力傳感器反饋給 PLC，通過 PLC 在轉換成模擬量信號反饋給變頻器的反饋值輸入端，通過變頻器內部的 PID 與設定值進行比較運算，實時控制變頻器的輸出，從而調節電機轉速，使管網內空氣壓力穩定在設定壓力范圍內。系統框圖如下：

四、空壓機變頻改造的注意事項
1、空壓機是大轉動慣量負載，這種啟動特點就很容易引起 V/F 控制方式的變頻器在啟動時出現跳過流保護的情況，因此選用具有高啟動轉矩的明電舍變頻器VT230S，證即能實現恒壓供氣連續性，又保證設備可靠穩定的運行；
2、空壓機不允許長時間在低頻下運行，當空壓機的轉速過低，一方面將使空壓機的工作穩定性變差，另一方面也使缸體的潤滑變差，會加快磨損。所以工作的下限頻率應不低于 30Hz；
3、為了有效濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的電磁干擾，選用輸出交流電抗器，還可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動機的穩定性。還可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動機的穩定性。

五、系統主要功能
1、端子排和模擬量控制的簡易的速度變化；
2、通過熱保護、過載防止、過流保護等功能保護電機及變頻器；
3、通過下限頻率設定來限定電機的最低運行頻率，保護空壓機；
4、輸出電流、電壓、轉矩、功率等簡易確認；
5、系統中同時設計一個工頻的旁路，以便在變頻器出現故障或者檢修時將空壓機切換到工頻運行，不至于影響正常的生產。

六、系統調試
調試工作分成兩部分：
第一、先根據工藝要求、電機參數、負載特性預調變頻器參數。空壓機為英格索蘭空壓機，功率 160KW，選用明電舍 VT230S-160HA 變頻器（含直流電抗器）及相應的輸出交流電抗器。
第二、系統帶載調試，其中包括開環與閉環控制兩部分調試。在完成變頻器設定參數調整及空載運行后，進行系統帶載調試。調試的主要步驟：
1、 將變頻器接入系統。2、 進行工頻旁路的運行。3、 進行變頻回路的運行，開環：此時主要觀察變頻器頻率上升的情況，設備的運行聲音是否正常，空壓機的壓力上升是否穩定并設定氣壓要求值時的模擬量給定值，設備開機、停機是否正常并設定相應的加減速時間。閉環：主要通過調節 PID 使變頻器頻率上升與下降的速度和空壓機壓力的升降相匹配，以保持管網壓力恒定且不產生壓力振蕩，同時設定 PID 的上下限值。

七、空壓機變頻改造后的效益
1、控制品質大為提高，可使壓縮空氣的壓力保持恒定；
2、節約能源，降低運行成本；
3、提高壓力控制精度；
4、延長壓縮機的使用壽命；
5、降低了空壓機的噪音。

八、小結
本系統為中集遠洋集團天津廠空壓站的改造項目，現已投入使用，通過在使用過程中實測，空壓機在使用變頻調速后，各指標均已達到預期效果，運行情況良好，節能效果明顯，節電率在 20%以上，不僅控制質量大為提高，可使壓縮空氣的壓力始終保持恒定，而且大大的提升了使工廠的自動化水平，工廠感到十分滿意。