变频器对空压机的改造工程

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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。
　　 原空压机的主电机运行方式为星-角或自藕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。
& Q* y- y/ S' v! m% T: J0 B! \二、原系统工况存在的问题
/ i1 O7 M$ b6 @* E" w2 B　　 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。
$ I4 m3 @/ ^2 w5 C# _! k; P2 {/ |　　 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。

变频改造方案：
* V7 n4 v: \; K, _3 l" J一、 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AMB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，AMB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，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。
+ L2 m, x) F9 f( W5 i（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；
2 [' d+ C; w% q# G8 l7 V# K（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。
（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。
& r  G  N4 R3 W/ l3 i& t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。
　
三、变频改造方案设计原则
, N, g0 T$ ^; o) V  P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：
# x0 I$ v3 c& E　　 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、 系统应具有变频和工频两套控制回路。
5 ~+ l# ~. O9 Z: ?　　 3、 系统具有开环和闭环两套控制回路。
2 C4 ~- S6 @# d- u! L+ P8 E8 S! a　　 4、 一台变频器能控制两台空压机组，可用转换开关切换。
8 l% x) d7 A8 r, e! e' X' x  j; Q6 r& P　　 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。
$ A/ b& c9 b/ L* W5 J& F! `; p9 ^$ x四、变频器的选型
　　 根据上述原则，经过多方调研、比较，最后我们选择安邦信公司生产的G9系列通用型变频器，使该系统能够满足上述工况要求。
　　 1、G9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。
% W+ Z( k. G. J( X　　 2、系统设计了变频和工频两套主回路。
' g1 w6 d1 T( f4 Y9 p) F　　 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。
, I/ h# B" @7 i% [　　 5、 G9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。
　　 6、 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。
1 {; e; W8 g0 g- ]. _7 j2 D　　 7、 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。

五、改造方案原理
1 R# J8 l3 G7 F" b1 u' I　　 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。

" C/ ]4 K' K) v- p, m六、空压机变频改造后的效益
　　 1、节约能源
  p* X) V9 R4 `2 l　　 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
+ @8 C$ g2 V, p/ R, V) i　　 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。
  A4 E: ]+ M) c1 i　　 3、提高压力控制精度
: V9 ?9 f6 k% H3 }* ^- N0 n- w　　 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。
1 J. k2 B1 ]2 f: O8 j　　 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。
　
! z& c- f  f( y- Y" `+ C投资分析
, J* j; [: j% v/ Z' I7 n1、项目费用
& e8 R# z- p' Y2 S  }/ S2 b空压机节电改造费用为：XXXXXX元
2、投资回报分析
制瓶车间单台空压机改造前每月用电约为：
160KW×24小时/天×30天/月×0.8=XXXXKWH
空压机机节电率可达:20-30%之间波动，月均值在：25%；电费价格为0.52元XXX/KWH 则:
9 G+ L2 u# N5 m9 \' m1 X空压机每月节电电费：XXXXWH×25%×XX元/KWH=XXX元
/ }( z6 [2 a) P% B2 C# V投资回报期=投资总额/每月节约金额=XXXX≈21个月
节电改造投资在XXXX个月内收回全部收回。
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7 ^2 l7 `% K5 g  {. ~结束语
    随着变频器应用普及时代的来临，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。
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