空压机节能变频改造方案

　  一、空压机工作原理简述：

　　工作原理是由一对相互平行齿合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽也阳转子齿被主电机驱动而旋转。

　　原空压机的主电机功率为75KW，运行方式为星-角减压起动重于后全压运行。具体操作程序为：按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压2秒后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，压缩机空载运行，直到系统压力跌到压力开关下限值后，即回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。

　　二、原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，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。
    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，所以设备维护工作时对机械量大。

三、能耗分析

 

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;

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。

(a) 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。

(b)空载运行，属非经济运行，电能浪费最为严重。

(c) 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，空压机电机存在很很大的节能空间。

(d)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。

　　
　　变频改造方案

　　一、变频改造方案设计原则

　　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±0.05Mpa。
　　2、 系统应具有变频和工频两套控制回路。
　　3、 系统具有开环和闭环两套控制回路。
　　4、 一台变频器能控制两台空压机组，可用转换开关切换。
　　5、 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。
　　6、 为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施。
　　7、 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。
　　8、 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。

　　二、变频器的选型

　　根据上述原则，我们推荐使用富凌DZB300通用型无传感器矢量控制系统变频器,该系统能够满足上述工况要求。
　　1、DZB300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、系统设计了变频和工频两套主回路。
　　3、系统设计了闭环与开环两套控制回路。
　　4、使用转换开关可使变频器任意控制两台空压机组中的一台。
　　5、 DZB300型变频器采用无传感器矢量控制技术,适用低频带在启动恒转矩特性负载，该变频器还具有转矩补偿和提升的功能。更好的弥补了普通变频器在空压机应用上启动力矩不足造成的启动过流等故障现象.
　　6、 选用90KW的变频器控制75KW的电动机，在一定程度上满足了将来工况扩展要求。

　　三、改造方案原理

　　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。

　　四、系统调试

　　调试工作分成两部分：
　　第一， 先根据工艺要求、电机参数、负载特性预调变频器参数。
　　第二， 系统联动调试。
　　在完成变频器设定参数调整及空载运行后，进行系统联动调试。调试的主要步骤：
　　1、 将变频器接入系统。
　　2、 进行工频旁路的运行。
　　3、 进行变频回路的运行，其中包括开环与闭环控制两部分调试：

　　开环：此时主要观察变频器频率上升的情况，设备的运行声音是否正常，空压机的压力上升是否稳定，压力变送器显示是否正常，设备停机是否正常等。如一切正常，则可进行闭环的调试。

　  闭环：主要依据变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降相匹配，不要产生压力振荡，还要注意观察机械共振点，将共振点附近的频率跳过去。

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项组成：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
　　器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、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。

　　综上所述，随着变频器应用普及时代的来临，我公司已将变频器的应用扩展到传统空压机改造的领域，不仅扩大了变频器的应用市场，而且为空压机的制造业也提出了新的课题。预计在不远的将来，由于变频调速技术的介入，空压机将真正地进入经济运行时代，我们希望上述工作对于同仁们的传统的电气传动设备技术改造和推进高新技术产品有普及应用工作中能有所启示和借鉴。