摘要：本文介紹了威爾凱電氣（上海）有限公司研發(fā)生產(chǎn)的WKS系列變頻器在螺桿式空氣壓縮機(jī)改造內(nèi)容以及達(dá)到的節(jié)能效果。
關(guān)鍵詞：空壓機(jī) 變頻器 WKS
Abstract: This paper introduces Wer Kai Electric (Shanghai) Co., Ltd. R & D production WKS Series Frequency transformation in the content of screw air compressor, and to achieve the energy saving effect.
Key words: Air compressor Inverter WKS
一、前言
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。作為基礎(chǔ)工業(yè)裝備，空壓機(jī)在冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。空壓機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等)耗電量的15%。由于結(jié)構(gòu)原理的原因，大部分空壓機(jī)自身存在著明顯的技術(shù)弱點(diǎn)。
隨著威爾凱在中國(guó)設(shè)立威爾凱電氣（上海）有限公司以來(lái)，WKS系列變頻器產(chǎn)品在調(diào)速領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。它具有運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便，節(jié)能效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到廣大工程技術(shù)人員和管理人員的重視。絕大部分生產(chǎn)設(shè)備都用到壓縮空氣，以前都是由單個(gè)的小型空壓機(jī)供氣，這種供氣方式存在著壓力不穩(wěn)定，故障率高，維修成本大等缺點(diǎn)。
二、空壓機(jī)改造前后的運(yùn)行狀況
德標(biāo)管業(yè)（上海）有限公司共有螺桿式空氣壓縮機(jī)5臺(tái)，空壓機(jī)具體參數(shù)如下表：
設(shè)備名稱(chēng) 數(shù)量 功率 轉(zhuǎn)速 工作壓力 備注
螺桿式空氣壓縮機(jī) 5 90KW 2900r/min 6.5kg-7.8kg 不穩(wěn)定
合計(jì) 2 90KW 現(xiàn)改造兩套
設(shè)備改造前，為每?jī)膳_(tái)空壓機(jī)一用一備，全部工作在工頻狀態(tài)，起動(dòng)方式為星三角降壓起動(dòng)，壓力控制采用兩點(diǎn)式控制（上下限控制），即空壓機(jī)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)本身的油壓關(guān)閉氣閻，當(dāng)壓力下降到設(shè)定下限時(shí)，空壓機(jī)打開(kāi)進(jìn)氣閥。由于生產(chǎn)過(guò)程中用氣量的變化，空壓機(jī)也頻繁地加載和卸載，主電機(jī)的啟動(dòng)電流仍然很大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全，且電機(jī)工頻起動(dòng)設(shè)備的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)工作時(shí)對(duì)機(jī)械量大。主電機(jī)時(shí)常空載運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生壓縮空氣，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電能浪費(fèi)嚴(yán)重，電機(jī)在工頻運(yùn)行致使空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)噪音很大等原因，因此對(duì)其進(jìn)行變頻改造是很有必要的。
目前的運(yùn)行狀況是：空載電壓：405V 電流：116A；工作電壓：411V 電流：185A ；空載工作的視功功率：48KW 工作視功功率：132KW ； 空載有功功率：47KW 工作有功功率：115KW；壓縮機(jī)功率為90KW 轉(zhuǎn)速為：2900轉(zhuǎn)每分。 目前空氣壓縮機(jī)輸出壓力上限設(shè)定在：7.8kg,下限壓力設(shè)定在：6.5 kg 平均工作壓力在7.0kg ,實(shí)現(xiàn)了恒壓供氣。
三、威爾凱變頻節(jié)能原理
螺桿式空壓機(jī)基本運(yùn)行方式是加載、減載方式。減載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn),能源白白的浪費(fèi)，如果利用WKS系列變頻器通過(guò)改變電機(jī)頻率來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，變頻控制即通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制空壓機(jī)單位時(shí)間的出風(fēng)量，從而達(dá)到控制管路的壓力，具有明顯的節(jié)能效果。空壓機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)原理：通過(guò)壓力變送器測(cè)得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較，得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動(dòng)機(jī)的頻率值。由WKS變頻器輸出的相應(yīng)頻率和幅值的交流電，在電動(dòng)機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機(jī)輸出對(duì)應(yīng)的壓縮空氣輸出至儲(chǔ)氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。變頻器，壓力變送器、電機(jī)、螺旋轉(zhuǎn)子組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使儲(chǔ)氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，進(jìn)行恒壓控制。反饋壓力與設(shè)定壓力進(jìn)行比較運(yùn)算，實(shí)時(shí)控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使儲(chǔ)氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力上。
系統(tǒng)改造時(shí)保留原工頻系統(tǒng)不變，只需威爾凱變頻控制系統(tǒng)，無(wú)須再培訓(xùn)操作人員，當(dāng)空壓機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行，變頻系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，通過(guò)變頻器的控制面板設(shè)定空氣壓力定值，在儲(chǔ)氣罐上安裝個(gè)壓力傳感器。將空氣壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為 0 ～ 10 V 的電信號(hào)，反饋到變頻器內(nèi)部的 PID 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將信號(hào)與壓力定值進(jìn)行比較運(yùn)算，然后輸出控制信號(hào)，變頻器再根據(jù)此信號(hào)輸出頻率，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使空氣壓力保持穩(wěn)定，這樣空壓機(jī)始終保持在節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)。
四、系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)方案
變頻控制系統(tǒng)由以下部分:變頻器、變頻柜、電抗器、壓力變送器、交流接觸器、中間繼電器等組成，變頻控制柜功有：?jiǎn)?dòng)、運(yùn)行、停止、切換、報(bào)警等控制功能。WKS系列變頻器采用先進(jìn)控制技術(shù)，根據(jù)用戶(hù)壓縮空氣的需求量，在不改變?cè)械目刂葡到y(tǒng)線(xiàn)路下，采用壓力傳感技術(shù)來(lái)檢測(cè)網(wǎng)管壓力，使壓縮機(jī)馬達(dá)在空載運(yùn)行時(shí)停止運(yùn)行，根據(jù)用氣量自動(dòng)調(diào)整供氣壓力保證空壓機(jī)始終運(yùn)行在節(jié)能狀態(tài)，可大幅節(jié)省用電量，達(dá)到節(jié)電的目的。
系統(tǒng)運(yùn)行步驟：
(1)、開(kāi)機(jī)前選擇變頻/工頻啟動(dòng)；
(2)、啟動(dòng)空壓機(jī)“啟動(dòng)”鍵，變頻器在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，空壓機(jī)開(kāi)始工作；
(3)、變頻器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓力變送器檢測(cè)網(wǎng)管出口壓力進(jìn)行比校，經(jīng)PID指令運(yùn)算，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率；
(4)、停上空壓機(jī)，空壓機(jī)與變頻器同時(shí)停上工作；
五、投資分析
1．投資
設(shè)備名稱(chēng) 功率（KW） 變頻器型號(hào)及品牌 數(shù)量（套） 單 價(jià)（RMB） 總價(jià)（RMB）
螺酐式空氣壓縮機(jī) 90 威爾凱WKS110G4TC 1 45347.00 45347.00
安裝調(diào)試 10% 4534.00
稅金 8% 3627.00
合計(jì) 53508.00
總計(jì) 伍萬(wàn)叁仟伍佰零捌圓整
2．投資回收期
現(xiàn)以貴公司改造兩套中的一套為例來(lái)計(jì)算：功率為110KW，總投資額為53508.00元，公司運(yùn)作情況為日均工作24小時(shí),負(fù)荷率取0.87,電費(fèi)為0.8元/度,每月30天，節(jié)電率20%那么：
月節(jié)電費(fèi)=總功率×負(fù)荷率×月運(yùn)行時(shí)間×電價(jià)×節(jié)電率
=90×0.87×24×30×0.8×20%
=9020（元）
年節(jié)電費(fèi)=月節(jié)電費(fèi)×12個(gè)月
=9020×12
=108240（元）
投資回收期=投資總額÷月節(jié)電費(fèi)
=53508÷9020︽6個(gè)（月）
由此可見(jiàn)約需六個(gè)月就可以收回投資。
六、改造后幾大優(yōu)點(diǎn)
(1)、節(jié)能降耗。
(2)、電動(dòng)機(jī)從低速起動(dòng)，沖擊電流小，電動(dòng)機(jī)和空壓機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。
(3)、由于變頻器具備較強(qiáng)的保護(hù)功能，降低了設(shè)備故障率。
(4)、系統(tǒng)壓力更加穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。(5)、很大程度上減少了該公司電氣工程師的工作強(qiáng)度。
七、結(jié)束語(yǔ)
該公司通過(guò)使用威爾凱WKS系列變頻器進(jìn)行兩套空壓機(jī)節(jié)能改造后，經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)際運(yùn)行，工作正常，壓力穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，使得公司高屋管理人員看到了節(jié)能效果，從而很大程度上減輕了公司的電費(fèi)支出！