變頻器對空壓機的改造工程

前言
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(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)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(zhuǎn)子的槽也陽轉(zhuǎn)子齒被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
　　原空壓機的主電機運行方式為星-角或自藕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(tǒng)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(guān)閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力。等降壓2秒后空壓機開始加載運行，系統(tǒng)壓力開始上升。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)上限值，即起跳壓力，控制器使進氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到系統(tǒng)壓力跌到壓力開關(guān)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(guān)閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機滿載運行。
二、原系統(tǒng)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(wǎng)的穩(wěn)定及其它用
　　電設(shè)備的運行安全。
　　2、 主電機時常空載運行，屬非經(jīng)濟運行，電能浪費嚴(yán)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(shè)備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設(shè)備維護工作時對機械量大。


變頻改造方案：
一、 節(jié)能原理及效果
我們知道，用調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法同樣可以調(diào)整供氣量。由于空壓機基本上屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，用變頻調(diào)速的方法調(diào)整供氣量能使電機的輸出功率基本與轉(zhuǎn)速（供氣量）成正比關(guān)系，達到很好的節(jié)電效果。兩種調(diào)節(jié)方法用電情況如圖1所示。
我們采用具有矢量控制功能的AMB變頻器，可使電機在低速時也能提供滿足負(fù)載需要的轉(zhuǎn)矩。同時，AMB變頻器的自動節(jié)能模式，可使電機在滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩要求下以最小電流運行，達到更好的節(jié)電效果。
采用恒壓供氣變頻控制系統(tǒng)所帶來的效果如下：


（1）、出氣口釋放閥全部關(guān)閉，取消用出氣口釋放閥調(diào)節(jié)供氣量方式，以避免由此導(dǎo)致的電能浪費。代之以變頻器調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)整氣體流量，使電機輸出的功率與流量需求基本上成正比關(guān)系（如圖1所示），始終使電機高效率工作，以達到明顯的節(jié)電效果。例如當(dāng)用氣量是額定供氣量的50%時，節(jié)電率可達40%以上；
（2）、利用變頻器的節(jié)能模式，可使電機在輕載時以最高效率運行，減少不必要的電能損耗；
（3）、根據(jù)嚴(yán)格的EMS標(biāo)準(zhǔn)，高效的PWM變頻器使用高速低耗的IGBT，降低諧波失真和電機的電能損失。
（4）、可使電機起動、加載時的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機實現(xiàn)軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設(shè)備的使用壽命；避免因電流峰值帶來的電力公司的罰款；
（5）、采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實時監(jiān)測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；
（6）、由于電機在高效率狀態(tài)下運行，功率因數(shù)較高，降低了無功損耗，節(jié)約了大量電能（如圖2所示）。
（7）、保存原釋放閥系統(tǒng)，在必要時可參加調(diào)節(jié)，增強系統(tǒng)的可靠性。
總之，采用恒壓供氣智能控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約30～40%的電力費用，延長壓縮機的使用壽命，并可實現(xiàn)"恒壓供氣"的目的，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
　
三、變頻改造方案設(shè)計原則
如圖所示：




根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，空壓機變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：
　　1、 電機變頻運行狀態(tài)保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。
　　2、 系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制回路。
　　3、 系統(tǒng)具有開環(huán)和閉環(huán)兩套控制回路。
　　4、 一臺變頻器能控制兩臺空壓機組，可用轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。
　　5、 根據(jù)空壓機的工況要求，系統(tǒng)應(yīng)保障電動機具有恒轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(tǒng)以后擴展問題，變頻器應(yīng)滿足將來工況擴展的要求。
四、變頻器的選型
　　根據(jù)上述原則，經(jīng)過多方調(diào)研、比較，最后我們選擇安邦信公司生產(chǎn)的G9系列通用型變頻器，使該系統(tǒng)能夠滿足上述工況要求。
　　1、G9變頻器的頻率精度：數(shù)字設(shè)定為±0.01%；模擬設(shè)定為±0.2%。可使壓力波動范圍滿足設(shè)計要求。
　　2、系統(tǒng)設(shè)計了變頻和工頻兩套主回路。
　　3、系統(tǒng)設(shè)計了閉環(huán)與開環(huán)兩套控制回路。
　　4、使用轉(zhuǎn)換開關(guān)可使變頻器任意控制兩臺空壓機組中的一臺。
　　5、 G9型變頻器適用恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載，該變頻器還具有轉(zhuǎn)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(wǎng)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。


五、改造方案原理
　　由變頻器，壓力變送器、電機、螺旋轉(zhuǎn)子組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)電機
　　轉(zhuǎn)速，使儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，進行恒壓控制。
　　反饋壓力與設(shè)定壓力進行比較運算，實時控制變頻器的輸出步，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使
　　儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力上。


六、空壓機變頻改造后的效益
　　1、節(jié)約能源
　　變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)控制的壓縮機比較，能源節(jié)約是最有實際意義的，根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機工況是經(jīng)濟的運行狀。
　　2、運行成本降低
　　傳統(tǒng)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(shè)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(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)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(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)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(diào)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(tǒng)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(wǎng)和其它設(shè)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、低了空壓機的噪音
　　根據(jù)壓縮機的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機運轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空
　　壓機運行時的噪音。現(xiàn)場測定表明，噪音與原系統(tǒng)比較下降約3至7分貝。
　

投資分析
1、項目費用
空壓機節(jié)電改造費用為：XXXXXX元
2、投資回報分析
制瓶車間單臺空壓機改造前每月用電約為：
160KW×24小時/天×30天/月×0.8=XXXXKWH
空壓機機節(jié)電率可達:20-30%之間波動，月均值在：25%；電費價格為0.52元XXX/KWH 則:
空壓機每月節(jié)電電費：XXXXWH×25%×XX元/KWH=XXX元
投資回報期=投資總額/每月節(jié)約金額=XXXX≈21個月
節(jié)電改造投資在XXXX個月內(nèi)收回全部收回。


結(jié)束語
隨著變頻器應(yīng)用普及時代的來臨，將變頻器的應(yīng)用擴展到傳統(tǒng)空壓機改造的領(lǐng)域，不僅擴大了變頻器的應(yīng)用市場，而且為空壓機的制造業(yè)也提出了新的課題。預(yù)計在不遠(yuǎn)的將來，由于變頻調(diào)速技術(shù)的介入，空壓機將真正地進入經(jīng)濟運行時代。