變頻器在空氣壓縮機改造中的應用

一、空壓機工作原理簡述：
　　
      工作原理是由一對相互平行齒合的陰陽轉子（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。空壓機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉子的槽和陽轉子齒被主電機驅動而旋轉。
　　
      原空壓機的主電機功率為75KW，運行方式為星-角減壓起動重于后全壓運行。具體操作程序為：按下啟動按鈕，控制系統接通啟動器線圈并打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進氣閥處于關閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內的壓力。等降壓2秒后空壓機開始加載運行，系統壓力開始上升。如果系統壓力上升到壓力開關上限值，即起跳壓力，控制器使進氣閥關閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到系統壓力跌到壓力開關下限值后，即回跳壓力下，控制器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機滿載運行。
　　
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、 主電機時常空載運行，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。
3、 主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大。
4、 主電機工頻起動設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護工作時對機械量大。
　　
變頻改造方案：
　
一、變頻改造方案設計原則
　　
      根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，空壓機變頻改造后系統應滿足以下要求：
　　
1、 電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。
2、 系統應具有變頻和工頻兩套控制回路。
3、 系統具有開環和閉環兩套控制回路。
4、 一臺變頻器能控制兩臺空壓機組，可用轉換開關切換。
5、 根據空壓機的工況要求，系統應保障電動機具有恒轉矩運行特性一。
6、 為了防止非正弦波干擾空壓機控制器，變頻器輸入端應有抑制電磁干擾的有效措施。
7、 在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運行時，應保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。
8、 考慮到系統以后擴展問題，變頻器應滿足將來工況擴展的要求。
　　
二、變頻器的選型
　　
      根據上述原則，經過多方調研、比較，最后我們選擇賽普信公司生的SP500-G系列通用型變頻器，使該系統能夠滿足上述工況要求。
　　
1、V5-G變頻器的頻率精度：數字設定為±0.01%；模擬設定為±0.2%。可使壓力波動范圍滿足設計要求。　　
2、系統設計了變頻和工頻兩套主回路。
3、系統設計了閉環與開環兩套控制回路。
4、使用轉換開關可使變頻器任意控制兩臺空壓機組中的一臺。
5、V5-G型變頻器適用恒轉矩特性負載，該變頻器還具有轉矩補償和提升的功能。
6、 在該變頻器上端加裝輸入電抗器，有效的抑制了變頻器對電網的干擾。
7、 在該變頻器下端加裝輸出電抗器，保障了低頻運行時電機溫度噪音不超過允許范圍。
8、 選用90KW的變頻器控制75KW的電動機，在一定程度上滿足了將來工況擴展要求。
　　
三、改造方案原理
　　
      由變頻器，壓力變送器、電機、螺旋轉子組成壓力閉環控制系統自動調節電機轉速，使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定范圍內，進行恒壓控制。反饋壓力與設定壓力進行比較運算，實時控制變頻器的輸出步，從而調節電機轉速，使 儲氣罐內空氣壓力穩定在設定壓力上。

四、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。
第二， 系統聯動調試。在完成變頻器設定參數調整及空載運行后，進行系統聯動調試。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，其中包括開環與閉環控制兩部分調試：

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，壓力變送器顯示是否正常，設備停機是否正常等。如一切正常，則可進行閉環的調試。

閉環：主要依據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，不要產生壓力振蕩，還要注意觀察機械共振點，將共振點附近的頻率跳過去。

空壓機變頻改造后的效益

1、節約能源

      變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較，能源節約是最有實際意義的，根據空氣量需求來供給的壓縮機工況是經濟的運行狀。

2、運行成本降低

      傳統壓縮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77%。通過能源成本降低44.3%，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。

3、提高壓力控制精度

      變頻控制系統具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網的系統壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內，有效地提高了工況的質量。

4、延長壓縮機的使用壽命

      變頻器從0HZ起動壓縮機，它的起動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網和其它設備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

5、降低了空壓機的噪音

      根據壓縮機的工況要求，變頻調速改造后，電機運轉速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機運行時的噪音。現場測定表明，噪音與原系統比較下降約3至7分貝。
　　
      綜上所述，隨著變頻器應用普及時代的來臨，我公司已將變頻器的應用擴展到傳統空壓機改造的領域，不僅擴大了變頻器的應用市場，而且為空壓機的制造業也提出了新的課題。預計在不遠的將來，由于變頻調速技術的介入，空壓機將真正地進入經濟運行時代，我們希望上述工作對于同仁們的傳統的電氣傳動設備技術改造和推進高新技術產品有普及應用工作中能有所啟示和借鑒。