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      1.1空气压缩机的工作原理

      我们知道,压缩机在1640年由德国试制成功到目前已有几百年历史。压缩机是一种将气体压缩从而提高气体压力或输送气体的机器,(如图)例如:活塞式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴,带动连杆与活塞杆,使活塞在压缩机气缸内作往复运动,完成吸入、压缩、排出等过程,将无压或低压气体升压,并输出到储压罐内。其中,活塞组件,活塞与汽缸内壁及汽缸盖构成容积可变的工作腔,在曲柄连杆带动下,在汽缸内作往复运动以实现汽缸内气体的压缩。

      空气压缩机在国民经济和国防建设的许多部门中应用极广,特别是在石油、化工、动力等工业领域中已成为必不可少的关键设备,是许多工业部门工艺流程中的核心设备。提供自动化生产所需的压缩空气足够的供气压力,是生产流程顺畅之要素,瞬间的压降,即会影响产品品质。

      1.2原系统存在的问题

      由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性,所以只能按最大需要来决定电动机的容量,设计余量一般偏大。工频起动设备时的冲击大,电机轴承的磨损大,所以设备维护量大。虽然都是降压启动,但起动时的电流仍然很大,会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全,而且大多数是连续运行,由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速,因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配,电机不允许频繁启动,导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行,电能浪费巨大。

      经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化,不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式(如调节阀门或调节卸载等方式)即使在需要流量较小的情况下,由于电机转速不变,电机功率下降幅度比较小。

      综上所述,若能采用变频调速技术,当流量需要量减少时,就可降低电动机的转速,从而较大幅度减小电动机的运行功率,便可以实现节能的目的。

      1. 变频改造方案设计要求

      根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求,空压机变频改造后系统应满足以下要求:

      1) 主电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定,压力波动范围不超过±0.02Mpa;

      2) 系统应具有变频和工频两套控制回路,确保变频出现异常跳保护时,不影响生产;

      3) 在用电气量小的情况下,变频器处在低频运行时,应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。

      2. 空压机变频改造的注意事项

      1) 空压机是大转动惯量负载,这种启动特点就很容易引起V/F控制方式的变频器在启动时出现跳过流保护的情况,建议选用具有高启动转矩的无速度传感器矢量变频器,保证即能实现恒压供气连续性,又保证设备可靠稳定的运行;

      2) 空压机不允许长时间在低频下运行,当空压机的转速过低,一方面将使空压机的工作稳定性变差,另一方面也使缸体的润滑变差,会加快磨损。所以工作的下限频率应不低于20Hz;

      3) 为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量,减小因高次谐波引起的电磁干扰,建议选用输出交流电抗器,还可以减小电机运行噪音和温升,提高电动机的稳定性。

      3. 变频调速改造方案

      威海某轮胎厂原有132KW空压机5台,65KW空压机1台,空气压力调节范围较大,压力不稳定,且不在用气高峰时,有一台空压机在空转,耗能较大。由于该公司生产主要集中在白天,而晚上用气量小,到晚上就出现严重的 “大马拉小车”的现象了,空载时间较长,造成巨大的能源浪费。2005年3月公司设备科,经过反复的技术研讨,决定对该厂的空压站进行变频节能改造。

      4.1系统参数

      1) 空压机型号:L型两级双缸复动水冷空气压缩机4L-20/8

      2) 主电机型号:Y315M2-6

      额定功率132Kw,额定电压380V,额定电流250A 960r/min

      3) 变频器:132KW 额定电流253A

      4) 远传压力表:VTP10-A-G10-B

      4.2 系统工作原理图

      根据该厂要求,我们采用两个选择开关和两个交流接触器,可对两台空压机中的任意一台进行变频控制,同时保留原有的Y-△降压启动柜,当变频故障时可切换至工频运行。

      

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      变频调速系统以输出压力作为控制对象。该系统采用科姆龙无速度传感器矢量变频器和远传压力变送器SP,组成闭环恒压控制系统,所需压力值可由变频器面板直接操作,现场压力由变送器来检测,反馈到变频器,变频器通过内置PID进行比较计算,从而调节其输出频率,达到空压机恒压供气的要求。

      4.3变频器的特点

      1) 变频器是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器,使用先进的无感矢量( Sensor- Less vector)控制技术,为电机在低速运转时提供更大的转矩,可自动补偿高负载时马达的转速变动。良好的动态特性,同时具备超强的过载能力,以满足广泛的应用场合;

      2) 变频器控制可以获得接近闭环控制的性能,同时省去了速度传感器,具有较低的维护成本。与传统的V/F控制比较,无感矢量变频器控制可以获得改进的低速运行特性,变负载下的速度调节能力也得到改善,同时可以获得较高的启动转矩,这在高磨擦与惯性负载的启动中有明显的优势。正是由于这些驱动特性,该控制技术已逐渐成为通用恒转矩驱动应用客户的选择。

      4.4空气压缩机的变频运行

      变频器从低频起动压缩机,由于起动加速时间可以调整,从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击,强系统的可靠性,使压缩机的使用寿命延长。此外,变频控制能够减少机组起动时电流波动,这一波动电流会影响电网和其它设备的用电,变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

      从系统参数中,我们了解到,132Kw的空压机主电机额定电流是250A,装变频器之前,空压机在加载时的运行电流是240A,卸载时的运行电流是150A。而用变频器后的加载电流是200A,卸载时的电流是26A。据统计,其节电率可达25%~35%。另外,变频器还具有一系列保护功能,例如:过载、过流、过压、缺相等保护功能。

      4. 空压机变频改造后的效益

      1) 控制品质大为提高,可使压缩空气的压力保持恒定;

      2) 节约能源,降低运行成本;

      3) 提高压力控制精度;

      4) 延长压缩机的使用寿命;

      5) 降低了空压机的噪音。

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