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艾普思創變頻器在空壓機負載上的應用

發布日期:2018/8/23 15:37:28 作者: 點擊:

摘要:目前我國是世界上最大的發展中國家,自然資源的依賴程度約占60%以上,能源問題是一個嚴峻的挑戰,尤其是近幾年煤荒、電荒已嚴重制約著國民經濟的發展,用電高峰時期許多生產企業和部門不得不拉閘限電。從根本上解決能源問題有兩條途徑:一是開源,二是節能。變頻節能技術就是針對工頻負載并非是所有用電設備的最佳工作頻率及負荷,因而導致許多設備長期處于低效率,應用面廣、見效快、投資回收期短的高效節能新技術,目前在冶金、礦山、石油、化工、醫藥、紡織、機械、電力、建材、造紙、印刷、供水、空調等各行各業已得到廣泛的應用。


空壓機工作原理簡述:

  以單螺桿空壓機為例說明空氣壓縮機工作原理,如下圖所示為單螺桿空氣壓縮機的結構原理圖。螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。當螺桿在殼體內轉動時,螺桿與殼體的齒溝相互嚙合,空氣由進氣口吸入,同時也吸入機油,由于齒溝嚙合面轉動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送;在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小,油氣受到壓縮;當齒溝嚙合面旋轉至殼體排氣口時,較高壓力的油氣混合氣體排出機體。

    采用變頻器可通過改變螺桿轉子轉速的方式來改變排氣量,當用氣量發生變化時,變頻器改變轉速的方式調節空壓機的排氣量,達到排氣壓力恒定不變,并節約能源的目的。

 

原系統工況存在的問題:

    1、主電機雖然星-角減壓起動,但起動時的電流仍然很大。

2、主電機時常空載運行,屬非經濟運行,電能浪費嚴重。

    3、主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大。

    4、主電機工頻起動設備的沖擊大,電機軸承的磨損大。

節能原理及效果:

    我們知道,用調整電機轉速的方法同樣可以調整供氣量。由于空壓機基本上屬于恒轉矩負載,用變頻調速的方法調整供氣量能使電機的輸出功率基本與轉速(供氣量)成正比關系,達到很好的節電效果。兩種調節方法用電情況如下圖所示。

 

     我們采用具有矢量控制功能的TD80系列艾普思創變頻器,可使電機在低速時也能提供滿足負載需要的轉矩。同時,艾普思創變頻器的自動節能模式,可使電機在滿足負載轉矩要求下以最小電流運行,達到更好的節電效果。 

采用恒壓供氣變頻控制系統所帶來的效果如下:

(1)、出氣口釋放閥全部關閉,取消用出氣口釋放閥調節供氣量方式,以避免由此導致的電能浪費。代之以變頻器調整電機的轉速來調整氣體流量,使電機輸出的功率與流量需求基本上成正比關系(如圖1所示),始終使電機高效率工作,以達到明顯的節電效果。例如當用氣量是額定供氣量的50%時,節電率可達40%以上;

    (2)、利用變頻器的節能模式,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)、根據嚴格的EMS標準,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;可使電機實現軟停,避免反生電流造成的危害,有利于延長設備的使用壽命;避免因電流峰值帶來的電力公司的罰款;

    (5)、采用變頻控制系統后,可以實時監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,提高生產效率和產品質量;

    (6)、由于電機在高效率狀態下運行,功率因數較高,降低了無功損耗,節約了大量電能(如圖2所示)。

    (7)、保存原釋放閥系統,在必要時可參加調節,增強系統的可靠性。    

    總之,采用恒壓供氣智能控制系統后,不但可節約30~40%的電力費用,延長壓縮機的使用壽命,并可實現"恒壓供氣"的目的,提高生產效率和產品質量。

變頻改造方案設計原則:

如圖所示:

                 

    其中KM1、KM3為工變頻切換接觸器,控制器選用普勒特,變頻器選用安邦信TD80系列。變頻器與控制器的鏈接:R485通訊,開關量控制變頻器啟停,模擬信號控制變頻器速度,變頻器故障信號反饋等。

    根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求,空壓機變頻改造后系統應滿足以下要求:

  1、電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定,壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。

  2、系統應具有變頻和工頻兩套控制回路。

  3、系統具有開環和閉環兩套控制回路。

  4、根據空壓機的工況要求,系統應保障電動機具有恒轉矩運行特性一。

5、為了防止非正弦波干擾空壓機控制器,變頻器輸入端應有抑制電磁干擾的有效措施。

  6、在用電氣量小的情況下,變頻器處在低頻運行時,應保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。

   7、考慮到系統以后擴展問題,變頻器應滿足將來工況擴展的要求。

變頻器的選型:

  根據上述原則,經過多方調研、比較,最后我們選擇安邦信公司生的TD80系列通用型變頻器,使該系統能夠滿足上述工況要求。

  1、TD80變頻器的頻率精度:數字設定為±0.01%;模擬設定為±0.2%。可使壓力波動范圍滿足設計要求。

  2、系統設計了變頻和工頻兩套主回路。

  3、系統設計了閉環與開環兩套控制回路。

  4、TD80型變頻器適用恒轉矩特性負載,該變頻器還具有轉矩補償和提升的功能。

  5、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的干擾。

  6、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。

改造方案原理:

  由變頻器,壓力變送器、電機、螺旋轉子組成壓力閉環控制系統自動調節電機轉速,使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定范圍內,進行恒壓控制。

  反饋壓力與設定壓力進行比較運算,實時控制變頻器的輸出步,從而調節電機轉速,使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定壓力上。http://www.anbangxin.com

空壓機變頻改造后的效益:

  1、節約能源

  變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較,能源節約是最有實際意義的,根據空氣量需求來供給的壓縮機工況是經濟的運行狀。

  2、運行成本降低

  傳統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,所以它可以使管網的系統壓力變化保持在3pisg變化范圍,也就是0.2bar范圍內,有效地提高了工況的質量。

  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和其它設備的用電,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

  根據壓縮機的工況要求,變頻調速改造后,電機運轉速度明顯減慢,因此有效地降了空壓機運行時的噪音。現場測定表明,噪音與原系統比較下降約3至7分貝。


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