空压机的工作情况,运用台湾普传变频器对空压机的改造
摘 要: 本文介绍了空压机的工作情况,运用台湾普传变频器对空压机的改造,节能效果明显.
关键词: 恒压供气 变频器 空压机 压力传感器
1 引言
空压机在工业生产中有着广泛地应用。它担负着为所有气动元件，包括各种气动阀门，提供气源的职责。因此它运行的好坏直接影响生产工艺。空压机的种类主要有活塞式、螺杆式，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。
2 电机原理及空压机加、卸载供气控制方式存在的电能浪费
2（1）交流异步电动机的转速公式为:
n=60f(1-s)/p
其中 n—电机转速 f—运行电频率;
p—电机极对数 s—转差率;
2（2） 空压机加、卸载供气控制方式存在的问题
2.1 能耗分析
加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示:
Pmax＝(1＋δ)Pmin
δ是一个百分数，其数值大致在15%～30%之间。
在加、卸载供气控制方式下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分:
(1) 加载时的电能消耗
在压力达到最小值后，原控制方式决定其压力会继续上升直到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放更多的热量，从而导致电能损失。另一方面，高于压力最大值的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样是一个耗能过程。
(2) 卸载时电能的消耗
当压力达到压力最大值时，空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。据我们测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%～25%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之，该空压机20%的时间处于空载状态，在作无用功。很明显在加卸载供气控制方式下，空压机电机存在很大的节能空间。
2.2 其它不足之处
(1)靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。
(2) 频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。
3 恒压供气控制方案的设计
针对原有供气控制方式存在的诸多问题，可应用变频调速技术进行恒压供气控制。采用这一方案时，我们可以把管网压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。
4 系统元器件的选配及系统的安装与调试
4.1
系统压力要求:最小压力6.2KG,最大压力7.8KG.
空压机: 75KW 4极电机 螺杆式空压机 转速1470r/min，
变频器: 台湾普传 压力传感器1 只（10KG）
4.2 系统的安装与调试
(1) 安装
控制柜安装在空压机房内，与原控制柜分离，但与压缩机之间的主配线不要超过30m。控制回路的配线采用屏蔽双绞线，双绞线的节距在15m以下。另外控制柜上装有换气装置，变频器接地端子一定不能与动力接地混用，以上措施增强了系统的稳定性、可靠性。
(2) 调试
a) 变频器功能设定（不同的工况及控制方式，功能设定可能不同）
01-00=1设定为1:运行指令由外部端子控制
01-05=20加速时间:设定为20S,具体数值根据工况及生产要求
01-06=20减速时间:设定为20S
01- 10=50最大频率:设定为50Hz(等于电机额定频率)
01- 24=1 (设为标准电机)
01-25=100-105 电机过载保护水平:具体数值根据工况及生产要求
05-00=1 PI控制方式：设为有效
05-01=0 PI调节误差极性：设为正极
05-02=0 PI给定信号选择：设为0
05-03=72% （给定压力值） PI数字给定值 (100%对应10KG)
05-04=1或2 PI反馈信号选择
05-07=5-10 积分时间 5-10秒
05-09=25 PI调节运行最小频率
(3) 调试中其他事项
增加工变频装置,整套改造装置并不改变空压机原有控制原理，原空压机系统保护装置依然有效。并且工频/变频切换采用了电气及机械双重联锁，大大的提高了系统的安全、可靠性。
在调试过程中，将下限频率调至40Hz，然后用红外线测温仪对空压机电机的温升及管路的油温进行了长时间、严格的监测，电机温升约2-4℃之间，属正常温升范围，油温基本无变化，排气温度下降5℃。所以40Hz下限频率运行对空压机机组的工作很安全。
(4)节电数据
关键词: 恒压供气 变频器 空压机 压力传感器
1 引言
空压机在工业生产中有着广泛地应用。它担负着为所有气动元件，包括各种气动阀门，提供气源的职责。因此它运行的好坏直接影响生产工艺。空压机的种类主要有活塞式、螺杆式，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。
2 电机原理及空压机加、卸载供气控制方式存在的电能浪费
2（1）交流异步电动机的转速公式为:
n=60f(1-s)/p
其中 n—电机转速 f—运行电频率;
p—电机极对数 s—转差率;
2（2） 空压机加、卸载供气控制方式存在的问题
2.1 能耗分析
加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示:
Pmax＝(1＋δ)Pmin
δ是一个百分数，其数值大致在15%～30%之间。
在加、卸载供气控制方式下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分:
(1) 加载时的电能消耗
在压力达到最小值后，原控制方式决定其压力会继续上升直到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放更多的热量，从而导致电能损失。另一方面，高于压力最大值的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样是一个耗能过程。
(2) 卸载时电能的消耗
当压力达到压力最大值时，空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。据我们测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%～25%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之，该空压机20%的时间处于空载状态，在作无用功。很明显在加卸载供气控制方式下，空压机电机存在很大的节能空间。
2.2 其它不足之处
(1)靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。
(2) 频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。
3 恒压供气控制方案的设计
针对原有供气控制方式存在的诸多问题，可应用变频调速技术进行恒压供气控制。采用这一方案时，我们可以把管网压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。
4 系统元器件的选配及系统的安装与调试
4.1
系统压力要求:最小压力6.2KG,最大压力7.8KG.
空压机: 75KW 4极电机 螺杆式空压机 转速1470r/min，
变频器: 台湾普传 压力传感器1 只（10KG）
4.2 系统的安装与调试
(1) 安装
控制柜安装在空压机房内，与原控制柜分离，但与压缩机之间的主配线不要超过30m。控制回路的配线采用屏蔽双绞线，双绞线的节距在15m以下。另外控制柜上装有换气装置，变频器接地端子一定不能与动力接地混用，以上措施增强了系统的稳定性、可靠性。
(2) 调试
a) 变频器功能设定（不同的工况及控制方式，功能设定可能不同）
01-00=1设定为1:运行指令由外部端子控制
01-05=20加速时间:设定为20S,具体数值根据工况及生产要求
01-06=20减速时间:设定为20S
01- 10=50最大频率:设定为50Hz(等于电机额定频率)
01- 24=1 (设为标准电机)
01-25=100-105 电机过载保护水平:具体数值根据工况及生产要求
05-00=1 PI控制方式：设为有效
05-01=0 PI调节误差极性：设为正极
05-02=0 PI给定信号选择：设为0
05-03=72% （给定压力值） PI数字给定值 (100%对应10KG)
05-04=1或2 PI反馈信号选择
05-07=5-10 积分时间 5-10秒
05-09=25 PI调节运行最小频率
(3) 调试中其他事项
增加工变频装置,整套改造装置并不改变空压机原有控制原理，原空压机系统保护装置依然有效。并且工频/变频切换采用了电气及机械双重联锁，大大的提高了系统的安全、可靠性。
在调试过程中，将下限频率调至40Hz，然后用红外线测温仪对空压机电机的温升及管路的油温进行了长时间、严格的监测，电机温升约2-4℃之间，属正常温升范围，油温基本无变化，排气温度下降5℃。所以40Hz下限频率运行对空压机机组的工作很安全。
(4)节电数据
|
没安装变频前每天用电量 |
安装变频后每天用电量 | |
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24小时用电量 |
1728 |
1417 |
|
每天节电 |
311 |
|
|
节电率 |
18% |
|
5 结束语
经过一系列的反复调整，最终系统稳定在39.5-42.5Hz的频率范围，管线压力基本保持在0.69Mpa，供气质量得到提高。改造后空压机的运行安全、可靠，同时达到了工厂用气的工艺要求。
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