變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用體會(huì)

摘 要：介紹了變頻器在空壓機(jī)變頻改造中難點(diǎn)、注意事項(xiàng)，并給出了解決方案和電氣原理圖。

關(guān)鍵詞：空氣壓縮機(jī)；變頻器；PID控制器

1 引言

空壓機(jī)電機(jī)功率一般較大，啟動(dòng)方式多采用空載（卸載）星-三角啟動(dòng)，加載和卸載方式都為瞬時(shí)。這使得空壓機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)有較大的啟動(dòng)電流（4-7倍），加載和卸載時(shí)對設(shè)備機(jī)械沖擊較大；不光引起電源電壓波動(dòng)，也會(huì)使壓縮氣源產(chǎn)生較大的波動(dòng)；同時(shí)這種運(yùn)行方式還會(huì)加速設(shè)備的磨損，降低設(shè)備的使用年限。由于一般空氣壓縮機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)本身不能調(diào)速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動(dòng)來實(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配，電機(jī)不允許頻繁啟動(dòng)，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，電能浪費(fèi)巨大。對空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造，能夠使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起軟停，減小啟動(dòng)沖擊，延長設(shè)備使用年限；由于電機(jī)運(yùn)行頻率可變，實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)根據(jù)用氣量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少了電機(jī)頻繁的加載和卸載，從而較大幅度減小電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率，使得供氣系統(tǒng)氣壓維持恒定，便可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

2 空壓機(jī)變頻改造方案設(shè)計(jì)原則

根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，空壓機(jī)變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：

2.1 電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)保持儲(chǔ)氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動(dòng)范圍不能超過±0.02Mpa。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制回路。如一套線路出現(xiàn)故障，能切換到另一線路，不影響生產(chǎn)。

2.3 根據(jù)空壓機(jī)的工況要求，系統(tǒng)應(yīng)保障電動(dòng)機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性。

2.4 為了防止非正弦波干擾空壓機(jī)控制器，變頻器輸入端應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施。

2.5 在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保障電機(jī)繞組溫度和電機(jī)的噪音不超過允許的范圍。

2.6 生產(chǎn)工藝要求，變頻改造后，適當(dāng)降低壓縮氣供氣系統(tǒng)的供氣壓力，將原來的高壓變流量供氣改變?yōu)樽冾l恒壓變流量供氣方式。

3 變頻器在改造中的應(yīng)用

某乳業(yè)公司有90KW空壓機(jī)一臺(tái)作為主機(jī)，一臺(tái)為備用，為生產(chǎn)線供氣；我公司為一臺(tái)進(jìn)行了控制電路改造，改造方案設(shè)計(jì)思路如下：

由于空壓機(jī)廠家控制集成度高，采用控制面板（PLC控制）作為啟動(dòng)、停止、故障處理等，如全部更換改造將極大增加費(fèi)用，在能滿足節(jié)能要求又經(jīng)濟(jì)的情況下，本次改造空壓機(jī)電路時(shí)保留空壓機(jī)原有控制電路中，采用變頻旁路，這樣可方便改造同時(shí)保持原來的控制特性。

變頻控制原理為：采用一臺(tái)矢量變頻器（110KW）、PID控制器、壓力變送器SP，組成閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng)。由壓力變送器采集儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力反饋給變頻控制柜內(nèi)的PID控制器，控制器根據(jù)設(shè)定值與反饋值的差值，通過計(jì)算輸出控制信號調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率以控制空氣壓縮機(jī)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使反饋值與設(shè)定值差值減小為零，達(dá)到空壓機(jī)恒壓供氣的要求。

說明如下：

啟動(dòng)時(shí)，將開關(guān)DZ1、DZ2合上，將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到“自動(dòng)”位，啟動(dòng)原空壓機(jī)啟動(dòng)按鈕，等空壓機(jī)星-三角轉(zhuǎn)換電路切換成功后，將“變頻啟動(dòng)旋鈕”撥到“運(yùn)轉(zhuǎn)”位開始工作。

4 改造中的問題

由于原系統(tǒng)將空壓機(jī)主回路電流、空壓機(jī)出口的油氣混合溫度測量值作為PLC控制器啟動(dòng)輸入值測量，空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)兩個(gè)信號一有異常，控制器即報(bào)警停止工作，在此種情況下將無法實(shí)現(xiàn)變頻改造。

我公司經(jīng)分析研究對照空壓機(jī)原電路圖，做出以下改動(dòng)：

①將PLC控制器上的測溫端接上一電阻，使其反饋溫度為一固定值（大于1℃小于110℃）。將原測溫pt100鉑電阻測量值接入新裝的溫控器，用來控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，報(bào)警。

②由于變頻器剛啟動(dòng)時(shí)，用互感器測量的電流值過大，也引起空壓機(jī)過流報(bào)警，在此情況下改造如下：用中間繼電器ZJ5的常開觸點(diǎn)接入互感器測量電路，使用變頻控制時(shí)斷開，使用原有控制時(shí)接入，將此問題合理的解決。

③空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣性負(fù)載。這種啟動(dòng)特點(diǎn)很容易引起變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過流保護(hù)的情況。建議采用具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的無速度矢量變頻器，外配PID控制器。

④壓機(jī)不允許長時(shí)間在低頻下運(yùn)行，空壓機(jī)轉(zhuǎn)速過低：一方面使空壓機(jī)穩(wěn)定性變差；另一方面也使缸潤滑變差，會(huì)加快磨損，所以工作頻率下限不低于26Hz。

⑤建議選用比空壓機(jī)功率大一等級的變頻器，以免空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)頻繁跳閘的情況。

⑥為了有效濾除變頻器輸出電流中的告高次諧波分量，減少因高次諧波引起的電磁干擾，建議選用輸出交流電抗器，既減少電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲，還可以提高電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

改造中用變頻器和PID控制器改造空壓機(jī)電路，根據(jù)負(fù)載實(shí)際設(shè)定參數(shù)，使得設(shè)備改造取得了理想的效果，達(dá)到了節(jié)能改造的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]空壓機(jī)設(shè)備網(wǎng)：http：//www.sh-atlas.com.