普传科技PI9000系列变频器在空压机上的应用

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一、简介
空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。它的用途广泛，可以用于冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石油化工等各个行业。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)耗电量的15%。空压机分为螺杆式空压机、活塞式空压机，划片式空压机等，是一种空气动力提供设备。经考察，大部分空压机自身存在着以下几个缺点:
  
       1.螺杆式空压机                  2.活塞式空压机
1.1.当输出压力大于一定值时，自动打开泄载阀，使异步电动机空转，严重浪费能源；
1.2.异步电动机易频繁的启动、停止，影响电机的使用寿命；
1.3.自动化程度低，输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的，调节速度慢，波动大，不稳定，精度低；   
1.4.空压机工频启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大，设备维护量大。
二、空压机节能分析：
传统空压机供气系统的工作状态主要有两种：一种是加载状态，另一种是空载状态。
2.1.加载时的电能消耗
　　加载状态是，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。
2.2.卸载时电能的消耗
　　空载状态时，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。换而言之，该空压机20%左右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，空压机电机存在很大的节能空间。
三、空压机变频改造原理
3.1.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；
3.2.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；
3.3.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。
3.4.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；
3.5.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；
3.6.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。
3.7.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。
四、现场改造实例
4.1.改造现场介绍
以潮州一塑料制造厂，一台37KW的螺杆式空压机改造为例，客户要求，产品要达到以下几点要求：
1.        现场为37KW空压机，保留原有星三角降压启动方式。当变频器出现故障报警时，做为备用启动电源。
2.        需要加装24VDC变压器给压力传感器供电，传感器输出4-20MA模拟信号。
3.        空压机改造，在做恒压控制时，会出现当卸载时，设定压力大于实际压力，在卸载的情况下，变频器还会加速，要解决这个问题。
4.        需要加电流表，以便用户观察节电效果。
4.2.改造方案：根据现场的情况，我们给客户选择了PI9000系列变频器，该系列变频器具有如下特点：

Pi9000系列变频器特点
采用了DSP为核心的控制单元，实现高速高性能控制
三种速度控制方式：V/F控制、无PG矢量控制、带PG矢量控制
支持异步电机和永磁同步电机的矢量控制，自动识别电机参数
在无感矢量下可以实现低频0.5HZ/150%的转矩输出
简易PLC功能，可以实现最多十六段速度控制
多国语言人性化显示菜单，高亮OLED同时显示3组状态参数
一键飞梭键盘，可自由飞旋
优化的风道设计和先进的热管理
可靠的绝缘结构设计，确保变频器安全
内置485通讯实现与上位机联网通讯
全面的强化涂层，适应各种恶劣环境

  

现场应用图片
4.3.改造步骤：
1.根据空压机的容量，我们给客户选择了一台PI9230 37G3的变频器。
2.要保留星三角降压启动。将3相380V电源线直接接到空压机输入电源端子，再从空压机输入端子穿过传感器接到控制箱进电。保留空压机控制线电源，把电源端子接到接触器的电源线拆掉。从控制箱出线直接接到空压机的第一个进线接触器上。
3.控制线路更改，将DI1与COM接到星三角启动最后吸合的交流接触器的常开触点，做启动控制。再从空压机的加载阀电源上并出来，接到一个外加的中间继电器上，当加载时，中间继电器闭合。将DI2与COM接到这个中间继电器的一组常开触点上。通过加装中间继电器，当空压机在卸载时，切换到低频运行，解决了空压机在卸载时会加速的情况。
4.压力传感器直接接到变频器的+24V跟AI1上，把GND跟COM短接。再把主板上的J3端子跳线到12上。通过变频器的PID功能实现现场的应用要求。
5.改装完线路，变频器参数设置如下：

参数        设定值        参数定义        参数        设定值        参数定义
F0.01        28        设定频率        F0.23        28        下线频率
F0.03        1        键盘设定频率        F1.01        18        自由停车
F0.04        8        PID控制        F1.12        2        4-20mA
F0.07        2        主辅切换        F2.02        1        运行指示
F0.11        1        端子台控制        F3.07        1        自由停车
F0.13        30        加速时间        E2.01        35.5        压力设定方式
F0.14        30        减速时间                       
五、小结：
改造好后，空压机在加载运行时，是通过PID控制运行，在卸载时切换到低频28HZ运行。空气压缩机恒压供气使用变频器与压力控制构成闭环控制系统，使压力波动减少到1.5%，降低噪音，减少振动，保证设备稳定运行。使用变频器后，机器启动电流较以前大大降低，减少机械损耗，如电机轴承，螺杆机头等，减少电气器件的损坏，延长压缩机的使用寿命，降低设备的维修成本，并可实现"恒压供气"的目的，且节电率普遍达到20% -30%左右。空压机变频控制已经成为行业发展的趋势,而且空压机永磁驱动将是未来的发展方向。

jnecy

空压机变频控制已经成为行业发展的趋势,而且空压机永磁驱动将是未来的发展方向。