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新科瑞C500变频器在空压机上的应用

日期: 2018-04-26
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  目前我国是世界上最大的发展中国家,自然资源的依赖程度约占60%以上,能源问题是一个严峻的挑战,尤其是近几年煤荒、电荒已严重制约着国民经济的发展,用电高峰时期许多生产企业和部门不得不拉闸限电。从根本上解决能源问题有两条途径:一是开源,二是节能。变频节能技术就是针对工频负载并非是所有用电设备的最佳工作频率及负荷,因而导致许多设备长期处于低效率,应用面广、见效快、投资回收期短的高效节能新技术,目前在冶金、矿山、石油、化工、医药、纺织、机械、电力、建材、造纸、印刷、供水、空调等各行各业已得到广泛的应用。

  说到变频器在空压机上的应用,我们就不得不先对空压机工作原理作一个了解。我们以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理,如下图0所示为单螺杆空气压缩机的结构原理图。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时,螺杆与壳体的齿沟相互啮合,空气由进气口吸入,同时也吸入机油,由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送;在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小,油气受到压缩;当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时,较高压力的油气混合气体排出机体。

  采用变频器可通过改变螺杆转子转速的方式来改变排气量,当用气量发生变化时,变频器改变转速的方式调节空压机的排气量,达到排气压力恒定不变,并节约能源的目的。

  新科瑞C500变频器在空压机上的应用

  原工频系统工况存在的问题:

  1、主电机虽然星-角减压起动,但起动时的电流仍然很大,对电网冲击比较大。

  2、主电机时常空载运行,属非经济运行,电能浪费严重。

  3、主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。

  4、主电机工频起动设备的冲击大,电机轴承的磨损大。

  节能原理及效果:

  我们知道,用调整电机转速的方法同样可以调整供气量。由于空压机基本上属于恒转矩负载,用变频调速的方法调整供气量能使电机的输出功率基本与转速(供气量)成正比关系,达到很好的节电效果。

  我们采用具有矢量控制功能的C500系列变频器,可使电机在低速时也能提供满足负载需要的转矩。同时,新科瑞变频器的自动节能模式,可使电机在满足负载转矩要求下以最小电流运行,达到更好的节电效果。

  采用恒压供气变频控制系统所带来的效果如下:

  1、出气口释放阀全部关闭,取消用出气口释放阀调节供气量方式,以避免由此导致的电能浪费。代之以变频器调整电机的转速来调整气体流量,使电机输出的功率与流量需求基本上成正比关系(如图1所示),始终使电机高效率工作,以达到明显的节电效果。例如当用气量是额定供气量的50%时,节电率可达40%以上;

  2、利用变频器的节能模式,可使电机在轻载时以最高效率运行,减少不必要的电能损耗;

  3、根据严格的EMS标准,高效的PWM变频器使用高速低耗的IGBT,降低谐波失真和电机的电能损失。

  4、可使电机起动、加载时的电流平缓上升,没有任何冲击;可使电机实现软停,避免反生电流造成的危害,有利于延长设备的使用寿命;避免因电流峰值带来的电力公司的罚款;

  5、采用变频控制系统后,可以实时监测供气管路中气体的压力,使供气管路中的气体的压力保持恒定,提高生产效率和产品质量;

  6、由于电机在高效率状态下运行,功率因数较高,降低了无功损耗,节约了大量电能(如图2所示)。

  7、保存原释放阀系统,在必要时可参加调节,增强系统的可靠性。

  总之,采用恒压供气智能控制系统后,不但可节约30~40%的电力费用,延长压缩机的使用寿命,并可实现"恒压供气"的目的,提高生产效率和产品质量。

  变频改造方案设计原理,如图3:

  由变频器,压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速,使储气罐内空气压力稳定在设定范围内,进行恒压控制。

  反馈压力与设定压力进行比较运算,实时控制变频器的输出步,从而调节电机转速,使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。

  新科瑞C500变频器在空压机上的应用

  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、电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定,压力波动范围不能超过±0.02Mpa。

  2、根据空压机的工况要求,系统应保障电动机具有恒转矩运行特性一。

  3、为了防止非正弦波干扰空压机系统其它设备的正常工作,变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施。

  4、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。

  5、考虑到系统以后扩展问题,变频器应满足将来工况扩展的要求。

  变频器的选型:

  根据上述原则,我们新科瑞公司生产的C500系列通用型变频器能够满足上述工况要求。

  1、C500变频器的频率精度:数字设定为±0.01%;模拟设定为±0.2%。可使压力波动范围满足设计要求。

  2、系统设计了闭环与开环两套控制回路。

  3、C500型变频器适用恒转矩特性负载,该变频器还具有转矩补偿和提升的功能。

  4、在该变频器上端加装输入电抗器,有效的抑制了变频器对电网的干扰。

  5、在该变频器下端加装输出电抗器,保障了低频运行时电机温度噪音不超过允许范围。

  新科瑞C500系列变频器应用于空压机的参数设定:

  代码参数名称参数设置说明

  F0.00控制方式0无速度传感器矢量控制

  F0.01运行命令通道选择1端子控制

  F0.02频率源A选择6PID控制

  F0.09运行频率下限25

  F0.11加速时间30 根据现场调整

  F0.12减速时间50 根据现场调整

  F2.01电机额定功率根据现场电机名牌设置

  F2.02电机额定频率

  F2.03电机额定转速

  F2.04电机额定电压

  F2.05电机额定电流

  F4.12振荡抑制增益

  F5.11AI1下限2电流4-20mA对应电压,4mA对应2V,20mA对应10V

  F9.01键盘设定压力 根据现场需求设定

  F9.05积分时间 2根据现场压力环境进行微调

  使用电流传感器:

  1. 需要调整控制板J4端子跳线跳I脚上,I电流标示。

  2. 需要调整F5.11设定最小值为2.

  3. 需要注意压力传感器信号接法(如图3)

  变频改造后的现场图片:

 新科瑞C500变频器在空压机上的应用 


  空压机变频改造后的效益:

  1、节约能源

  变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较,能源节约是最有实际意义的,根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的运行状。

  2、运行成本降低

  传统压缩机的运行成本由三组成:初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低44.3%,再加上变频起动后对设备的冲击减少,维护和维修量也跟随降低,所以运行成本将大大降低。

  3、提高压力控制精度

  变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高,所以它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg变化范围,也就是0.2bar范围内,有效地提高了工况的质量。

  4、延长压缩机的使用寿命

  变频器从0HZ起动压缩机,它的起动加速时间可以调整,从而减少起动时对压缩机的电气部件和机械部件所造成的冲击,增强系统的可靠性,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。

  5、降低了空压机的噪音

  根据压缩机的工况要求,变频调速改造后,电机运转速度明显减慢,因此有效地降了空压机运行时的噪音。现场测定表明,噪音与原系统比较下降约3至7分贝。


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