電氣自動化行業應用解決方案
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斗破苍穹漫画壁纸:空壓機應用

斗破苍穹云之特别篇2 www.vmyrn.icu ACIV11變頻器在空壓機節能改造的應用

一. 空壓機工作原理

    空氣壓縮機(英文為:air compressor)是氣源裝置中的主體,它是將原動機(通常是電動機)的機械能轉換成氣體壓力能的裝置,是壓縮空氣的氣壓發生裝置。在工業生產中有著極其廣泛的應用,在各種行業中它擔負著為工廠中所有氣動元件,各種氣動閥門提供氣源的職責。因此,空壓機運行狀況的好壞直接影響工廠的生產工藝??昭夠鬧擲嗪芏啵ㄖ饕治莞聳?,活塞式,其中螺桿式空壓機應用最廣),空壓機供氣的控制方式都是采用加、卸載的方式控制儲氣罐的壓力在一定的范圍內。

1.活塞式空壓機的工作原理

活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯軸器直接驅動曲軸,帶動連桿與活塞桿,使活塞在壓縮機氣缸內作往復運動,完成吸入、壓縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓,并輸出到儲壓罐內。其中,活塞環、活塞與汽缸內壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔,在曲柄連桿帶動下,在汽缸內作往復運動以實現汽缸內氣體的壓縮。         

2.螺桿式空壓機工作原理

螺桿式空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子(或稱螺桿)在氣缸內轉動,使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化,空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側,實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程??昭夠慕諍統銎詵直鷂揮誑翹宓牧蕉?,陰轉子的槽和陽轉子的齒由主電機驅動而旋轉。



二、空壓機節能改造的必要性

    由于空壓機不排除在滿負荷狀態下長時間運行的可能性,所以,選型時只能按最大需求來確定電機容量,造成空壓機系統余量一般偏大。傳統空壓機一般采用星三角、自耦變壓器或頻敏變阻器啟動,啟動時電流仍然能達到額定電流的2~3倍,沖擊大,會影響到電網的穩定性。且大多數空壓機是連續運行,由于一般空壓機的電機本身不能根據壓力需求的變動來實現降速,使電機輸出功率與現場實際壓力需求量相匹配,導致在用氣量少的時候仍然要空載運行,造成巨大的電能浪費。據統計,空壓機的耗電量占工業設備耗電量的15%。因此空壓機的節能改造勢在必行,另外,空壓機還存在以下幾個問題:

1、氣壓超過上限壓力時空壓機卸載,這時電機仍然在空轉,不僅浪費大量的電能,同時增加了電機軸承的磨損。

2、頻繁加卸載造成對電網的沖擊,使電網電壓波動較大,同時也加大了機械磨損,縮短機械壽命。

3、氣量無法保持恒壓。當用氣量不斷變化時,供氣壓力不可避免產生波動,使用氣精度達不到工藝要求,影響生產效率及產品品質。

綜上所述:若能采用變頻調速技術,當用氣量減少時,儲氣罐壓力升高,此時壓力大于設定壓力,通過變頻器PID調節,能夠降低電動機的轉速,從而減小電動機的運行功率,實現節能的目的。


三、V11變頻恒壓控制系統

1、系統特點

V11變頻調速系統將管網壓力作為控制對象。壓力值由變頻器面板給定(V11有多種給定通道),可根據用氣設備的實際需要,在空壓機的最高允許工作壓力內自由設定。與儲氣罐相連的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變為4~20mA電流信號送給V11內置PID調節器,與壓力給定值進行比較,并根據差值的大小控制變頻器的輸出頻率,調整電動機的轉速,從而使實際壓力始終維持在給定壓力。V11內置PID具有穩定性高、調試簡單的特點。



2、節能效果

    采用該系統改造后,壓縮機組的供氣量與系統所需量動態匹配,壓縮機電機轉速會隨著系統用氣量的不同而進行調節,避免了電機空轉以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗,電機的輸入功率大大降低,節電效果顯著??昭夠粲諍闋馗涸?,供氣量Q 與轉速N 成正比,負載轉矩不變,所以軸功率與轉速N成正比,見下表:


頻率值Hz504540353025
供氣量Q%1009080706050
負載轉矩不變不變不變不變不變不變
軸功率P%1009080706050
節電率N%01020304050


    一般來說,對于連續用氣的空壓機系統,隨用氣量的變化,電動機運行頻率在25-50Hz 之間動態調節,除去電機及其它損耗,系統的節電率可達15%~30%。

3、綜合效益

    ①運行成本降低:空壓機的運行成本由三項組成:初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的70%。通過降低能源成本30%,再加上變頻起動后對設備的沖擊減少,維護和維修量也隨之降低,所以運行成本將大大降低。

    ②提高供氣質量:變頻控制系統具有精確的壓力控制能力。通過使空壓機的空氣壓力輸出與用戶所需的氣量相匹配,可以使管網的系統壓力保持恒定,有效地提高了供氣的質量。

    ③延長壓縮機的使用壽命:變頻器有軟啟動功能,可減少啟動時對壓縮機機械部件的沖擊,增強系統可靠性,延長壓縮機使用壽命。同時減少空壓機啟動對電網的沖擊。


四、變頻系統設計中注意事項

1、空壓機是大轉動慣量負載,很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現過電流,在電機轉速過低時(如頻率小于30Hz)如果V/F曲線調得不好,空壓機的震動會加大,噪音也會加大。因此應選用大啟動轉矩、過載能力強的矢量變頻器。V11系列的過載能力達到180%,啟動轉矩0.5HZ可輸出100%轉矩,可保證設備運行時穩定可靠、噪音小、供氣壓力連續穩定。

2、空壓機不允許長時間低頻運行,若空壓機轉速過低,一方面會使空壓機的工作穩定性變差,噪音加大,另一方面也使缸體的潤滑條件變差、磨損加大,進而導致噴油現象。所以,空壓機工作的下限頻率應不低于25Hz(25Hz以下運行時,電機散熱條件變差,電機發熱嚴重,電機溫升過高,容易造成電機絕緣降低,降低電機的使用壽命),且減速時間應盡量短。V11電壓波動范圍±15%且耐壓高、可設置較短的減速時間短,從而避免因減速時間過長而產生的噴油現象。

3、在滿足生產工藝的要求下,壓力設定越低越好。因為空壓機工作壓力越高,空壓機工作時的背壓越高,壓縮比越大,所需電動機軸功率就越大,耗電量就越多。

4、供氣管網應沒有漏氣現象,以避免由此導致的電能浪費。


五、V11空壓機改造功能參數表:


功能碼

功能說明

設定值

功能備注

F0.00

控制模式選擇

0

矢量控制

F0.01

啟停信號選擇

1

端子啟停

F0.03

主頻率源選擇

8

PID

F0.11

上限頻率設定

50

HZ

F0.14

下限頻率設定

25

HZ

F0.15

下限頻率作用

1

根據實際需要設定

F0.18

加速時間

12

S

F0.19

減速時間

5

S

F2.01

電機額定功率

280KW

Hz

Prm

V

F2.02

電機額定頻率

50

F2.03

電機額定轉速

1470

F2.04

電機額定電壓

380

F2.05

電機額定電流

538        A

F2.11

電機參數辨識

1

完整調諧

F4.10

節能運行

1

自動節能運行

F5.00

X1端子功能選擇

1

正轉運行(FWD)

F5.18

CI下限對應值

4ma

根據實際需要設定

F5.19

CI下限對應值

0%

F5.20

CI上限值

20ma

F5.21

CI上限對應設定

100%

F5.22

CI輸入濾波時間

0.2s

F9.00

PID給定源選擇

0

鍵盤給定

F9.01

鍵盤預置PID給定

20%

根據實際需要設定

F9.02

PID反饋源選擇

1

模擬通道CI反饋

F9.03

PID輸出特性

0

根據實際需要設定

F9.04

比例增益

0.9

F9.05

積分時間

7s

F9.06

微分時間

0s

F9.07

采樣周期

2s

F9.08

偏差極限

2%


    應用實例1:佛山中幫無紡使用美國壽力牌空壓機,電機功率為280KW,配V11  280KW矢量型變頻器。設定加速時間為12S、減速時間為5S,設定壓力0.72MPa。壓力穩定在0.71~0.73MPa。運行數據如下:


啟動壓力

設定壓力

啟動電流A

運行電流A

0Mpa

0.72

460

420

0.6Mpa

0.72

490

450

0.7Mpa

0.72

560

490


    應用實例2:廣州花都同昌紙品有限公司有4臺30KW的空壓機,采用廣州市珠峰電氣有限公司生產的空壓機專用控制器 ACI KYK3/KB。該控制器由微電腦控制,能夠實現智能化運行,包括空壓機排氣溫度自動控制,空壓機各種故障檢測及實時顯示、故障?;ね;???昭夠ㄓ每刂破饔煽刂頗??,顯示屏組成。該控制器配合高性能V11矢量變頻器能夠有效的控制空壓機的穩定運行,即使在25Hz時噪音也很小,不僅能節約電能,還能降低空壓機機械磨損,提高軸承的使用壽命,減少維修費用,降低運行成本,綜合效益明顯??刂圃砑蟯紀既縵攏?/span>



   
    通過改造后,運行電流、電機功耗降低(節電18%),維修周期延長(原來半年左右就要維修1次,自2011年3月改造至2012年2月一直在穩定運行),綜合成本下降。

六 結束語

    珠峰ACI空壓機節電系統作為珠峰電氣目前推進的項目,已經成立空壓機事業部,變頻技術已經成熟成功的應用在了工業生產中,而伺服空壓機作為未來的重點項目,也已經在珠峰電氣的應用項目中提上了日程。 



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