歐能F1000系列變頻器在空壓機節(jié)能改造中的應(yīng)用

一、概述

空壓機是一種把空氣壓入儲氣罐中，使之保持一定壓力的機械設(shè)備。空壓機根據(jù)機械工作方式的不同有活塞式空壓機、螺桿式空壓機、離心式空壓機，但所有空壓機的控制方式幾乎都是采用加載、卸載控制方式。當壓力達到設(shè)定上限時關(guān)閥，壓縮機進入輕載運行， 當壓力降到設(shè)定下限時開閥，壓縮機進入滿載運行。為保證設(shè)備系統(tǒng)用氣，空壓機壓縮氣體壓力在設(shè)定上下限之間來回變化，空壓機電機頻繁加載、卸載工作。在滿載時接近電動機的額定電流，卸載運行后電動機的運行電流約為額定電流的 30%--50%，卸載后的運行電流針對空壓機設(shè)備不是做有用功，而是在機械額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。同時機械調(diào)節(jié)裝置雖然也能起到壓力調(diào)節(jié)作用，但壓力調(diào)節(jié)精度低、壓力波動大。壓縮機總是在額定轉(zhuǎn)速下工作，機械磨損大、電耗高。

二、空壓機變頻節(jié)能改造原理

根據(jù)空氣壓縮理論，壓縮機的軸功率、排氣量和軸轉(zhuǎn)速符合下列公式： N=Mr*n/9553(KW)

 式中：N--壓縮機的軸功率（KW）

Mr--壓縮機輸入的平均軸轉(zhuǎn)矩（N.m) n--壓縮機的軸轉(zhuǎn)速（r/min)

Vd1=K*Vh1*n2(m3/min) Vd1--在n2 轉(zhuǎn)速下的排氣量（m3/min)

K--與氣缸容積、壓力、溫度和泄露有關(guān)的系數(shù)Vh1--一級缸容積（m3）

n2--調(diào)節(jié)后的壓縮機轉(zhuǎn)速（r/min)

       根據(jù)上述理論分析，在空氣壓縮機的氣缸容積不能改變的情況條件下，只有調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速才能改變壓縮機的排氣量；空氣壓縮機是恒轉(zhuǎn)矩負載，壓縮機的軸功率與轉(zhuǎn)速成正比變化。在壓縮機總排氣量大于總用氣量時，通過降低壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供氣壓力，是達到壓縮機經(jīng)濟運行的有效方法。

       所以可以在壓縮機控制系統(tǒng)中采用變頻器對主電機進行調(diào)速控制，利用變頻技術(shù)改變空壓機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道中的流量，以取代卸載、加載閥門的調(diào)節(jié)方式，具有無極調(diào)速、更容易實現(xiàn)自動控制對流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，不改變設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝量小，同時還能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在 30%以上，變頻器的軟啟動功能減少啟動沖擊并延長機組及管組的使用壽命。

三、空壓機變頻節(jié)能改造方案及實施

在中鐵某建設(shè)項目中，現(xiàn)場使用多臺KAITEC 開山空壓機，型號：BK132-8T。電機額定功率132KW/2極，額定電流：288A，額定轉(zhuǎn)速：2960轉(zhuǎn)。原系統(tǒng)采用KAITEC 人機連接MAM-KY02S 空壓機控制器，PLC 實現(xiàn)系統(tǒng)星-三角降壓啟動及加載、卸載工作。

       按用戶要求采用歐能F1000系列變頻器對空壓機進行節(jié)能改造，在實現(xiàn)不影響原系統(tǒng)正常運行的情況下另外加裝變頻控制。原系統(tǒng)與變頻系統(tǒng)使用手動切換互為備用。在空壓機輸出供氣主管道上加裝壓力變送器，作為變頻壓力檢測反饋單元。在原系統(tǒng)控制回路中串入“工/變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)”、“工頻（KM1）/變頻（KM4)互鎖觸點”及保證變頻運行時完成電機三角形接發(fā)的輔助觸點。

       系統(tǒng)在工作時如果選擇“工頻運行”，變頻輸出接觸器KM4 與KM1 互鎖保持斷開狀態(tài)，采用系統(tǒng)原有的操作方法及流程啟動運行設(shè)備滿足生產(chǎn)需求。如果選擇“變頻運行”，原系統(tǒng)主回路接觸器 KM1 與KM4 互鎖保持斷開，同時 KM4、KM3 閉合為變頻運行做好準備， 然后啟動變頻運行，變頻器按照設(shè)定壓力進行 PID 閉環(huán)恒壓運行。變頻運行狀態(tài)下系統(tǒng)的設(shè)定壓力及壓力上下限設(shè)定值必須在工頻運行加載/卸載壓力值之內(nèi)，且要有一定差值，避免變頻運行過程中系統(tǒng)有加載/卸載動作，從而保證系統(tǒng)在變頻運行下的壓力穩(wěn)定。

四、變頻器參數(shù)設(shè)定

五、空壓機變頻節(jié)能改造效果及效益分析

1、整個改造裝置不改變原有空壓機控制原理，空壓機原系統(tǒng)保護裝置有效。工/變頻采用電氣回路多級互鎖，大大提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性；

2、變頻工作時系統(tǒng)壓力、溫度、報警等工藝參數(shù)均在原系統(tǒng)的人機界面上正常顯示，不影響操作人員操作習(xí)慣；

3、變頻改造后，由于變頻器的軟起動性能，避免了系統(tǒng)加載、卸載的電流沖擊，空壓機自身的震動、噪聲、機械沖擊也都大大降低；

4、變頻控制使空壓機具有更精確的壓力控制能力，與用戶系統(tǒng)所需氣量相匹配，有效降低系統(tǒng)損耗，提高工況質(zhì)量；

5、變頻控制電路簡單明了，系統(tǒng)維修量大大降低，有效的延長了空壓機的使用壽命；

6、節(jié)能效果顯著，在保證管網(wǎng)供氣的情況下，設(shè)備運行電流大大降低，基本不出現(xiàn)滿載現(xiàn)象，一般運行在 40HZ 左右，節(jié)電率在 20%以上。

六、結(jié)束語

 綜上所述，由于空壓機可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運行，使用變頻器壓力 PID閉環(huán)控制，實現(xiàn)空壓機的供氣壓力與轉(zhuǎn)速的動態(tài)匹配，降低電機的實際輸入功率達到節(jié)能目的。即電機的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來控制，壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，從而取得良好的節(jié)能效果。同時空壓機停止了卸載空轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機不存在輕載空轉(zhuǎn)運行，這部分能量更可觀。變頻控制的空壓機供氣壓力穩(wěn)定，通過壓力變送器可控制空壓機在設(shè)定的壓力下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，調(diào)控方便。由此可見，空壓機變頻改造具有極大的節(jié)電效率和利益空間。