三晶S350變頻器在空壓機節能改造的應用
發布時間：2019-08-02 10:18:39來源：
三晶S350變頻器在空壓機節能改造的應用
一、空壓機工作原理 空氣壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內進行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設備。在工業生產中有著及其廣泛的應用，在各種行業中它擔負著為工廠中所有氣動元件，各種氣動閥門提供氣源的職責。因此，空壓機運行狀況的好壞直接影響工廠的生產工藝。空壓機的的種類很多（主要分為螺桿式，活塞式，其中螺桿式應用比較廣），但其供氣的控制方式都是采用加、卸載的方式。
◎活塞式空壓機工作原理
活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯軸器直接驅動曲軸，帶動連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機氣缸內作往復運動，完成吸入、壓縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲壓罐內。其中，活塞組件，活塞與汽缸內壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動下，在汽缸內作往復運動以實現汽缸內氣體的壓縮。
◎螺桿式空壓機工作原理
螺桿式空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子(或稱螺桿)在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉子的槽和陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉。
二、空壓機節能改造的必然性
由于空壓機不排除在滿負荷狀態下長時間運行的可能性，所以，選型時只能按比較大需求來確定電機容量，造成空壓機系統余量一般偏大。傳統空壓機都采用星三角降壓啟動，但工頻啟動時電流仍然能達到額定電流的2~3倍，沖擊大，會影響到電網的穩定性。且大多數空壓機是連續運行，由于一般空壓機的電機本身不能根據壓力需求的變動來實現降速，使電機輸出功率與現場實際壓力需求量相匹配，導致在用氣量少的時候仍然要空載運行，造成巨大的電能浪費。據統計，空壓機占大型工業設備(風機、水泵、鍋爐等)幾乎所有的耗電量的15%。空壓機的節能改造勢在必行 。
另外，空壓機還存在以下幾個問題：
1、氣壓超過上限壓力時空壓機卸載及卸載后電機空轉浪費大量的電能。
2、頻繁加卸載造成對電網的沖擊，同時也造成機械的磨損加大，縮短機械壽命。
3、氣量無法保持恒壓。當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免產生波動，使用氣精度達不到工藝要求，影響生產效率及產品品質。
綜上所述：若能采用變頻調速技術，當流量需要量減少時，就可以降低電動機的轉速，從而較大幅度減小電動機的運行功率，實現節能的目的。
三、S350變頻恒壓控制系統
1、系統特點
S350變頻調速系統將管網壓力作為控制對象。壓力值由變頻器面板給定（S350有多種給定通道），可根據用氣設備的實際需要，在空壓機的比較高允許工作壓力內自由設定。裝在儲氣罐出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變為4~20mA電流信號送給S350內置PID調節器，與壓力給定值進行比較，并根據差值的大小控制變頻器的輸出頻率，調整電動機的轉速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。S350內置PID具有穩定性高、調試簡單的特點。
2、節能效果
采用該系統改造后，壓縮機組的供氣量與系統所需量動態匹配，壓縮機電機轉速會隨著系統用氣量的不同而進行調節，避免了電機空轉以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗，電機的輸入功率大大降低，節電效果顯著。對于對空氣機來說，供氣量Q 與轉速N 成正比，氣壓F與轉速N的二次方成正比，而軸功率與轉速N 的三次方成正比，見下表：
頻率值Hz
50
45
40
35
30
25
供氣量Q%
100
90
80
70
60
50
氣壓F%
100
81
64
49
36
25
軸功率P%
100
73
51
34
22
13
理論節電率N%
0
27
49
66
78
87
一般來說，對于連續用氣的空壓機系統，隨用氣量的變化，電動機運行頻率在25-50Hz 之間動態調節，除去電機及其它損耗，系統的節電率可達18%～35%。
3、綜合效益
①運行成本降低：空壓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70%。通過降低能源成本30%，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。
②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。通過使空壓機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統所需的氣量相匹配，可以使管網的系統壓力保持恒定，有效地提高了供氣的質量。
③延長壓縮機的使用壽命：變頻器有軟啟動功能，可減少起動時對壓縮機和機械部件所造成的沖擊，增強系統可靠性，延長壓縮機使用壽命。同時減少空壓機啟動對電網的沖擊。
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四、變頻系統設計中注意事項
1、空壓機是大轉動慣量負載，很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現過電流，因此應選用大啟動轉矩、過載能力強的矢量變頻器。S350系列的過載能力達到180%，啟動轉矩0.5HZ可輸出150%，可保證設備可靠穩定地運行及恒壓供氣的連續性。
以江門某廠實例：該廠使用凱撤牌空壓機、電機22KW，配S350 22KW通用矢量型變頻器。設定加速時間為15S、減速時間為6S，在0.7Mpa時仍然能正常啟動運行（上限0.8Mpa）。
啟動壓力
啟動電流A
運行電流A
0Mpa
36
33
0.6Mpa
42
38
0.7Mpa
60
55
2、空壓機不允許長時間低頻運行，若空壓機轉速過低，一方面會使空壓機的工作穩定性變差，另一方面也使缸體的潤滑條件變差、磨損加大，進而導致噴油現像。所以，空壓機工作的下限頻率應不低于20HZ，且減速時間應盡量短。S350電壓波動范圍±15%、耐壓高、減速時間短，可避免因減速時間過長而產生的噴油現象。
3、在滿足生產工藝的要求下，壓力設定越低越好。因為空壓機的壓力越高，所需電動機軸功率就越大，耗電量就越多。
4、出氣口釋放閥全部關閉，取消用出氣口釋放閥調節供氣量的方式，以避免由此導致的電能浪費。
五、S350空壓機改造功能參數表：
功能碼
功能說明
設定值
功能備注
F0.00
控制模式選擇
0
矢量控制
F0.01
啟停信號選擇
1
端子啟停
F0.03
主頻率源選擇
8
PID
F0.11
上限頻率設定
50
HZ
F0.14
下限頻率設定
20
HZ
F0.15
下限頻率作用
1
根據實際需要設定
F0.18
加速時間
依機型設定
F0.19
減速時間
依機型設定
F2.01
電機額定功率
保留
根據電機銘牌設定
F2.02
電機額定頻率
保留
F2.03
電機額定轉速
保留
F2.04
電機額定電壓
保留
F2.05
電機額定電流
保留
F2.11
電機參數辨識
1
完整調諧
F4.10
節能運行
1
自動節能運行
F5.00
MI1端子功能選擇
1
正轉運行（FWD)
F5.18
CI下限對值
0.0-20ma
根據實際需要設定
F5.19
CI下限對應設定
0.0-100%
F5.20
CI上限值
0.0-20ma
F5.21
CI上限對應設定
0.0-100%
F5.22
CI輸入濾波時間
0.00s-10.00s
F9.00
PID給定源選擇
0
鍵盤給定
F9.01
鍵盤預置PID給定
0.0-100%
根據實際需要設定
F9.02
PID反饋源選擇
1
模擬通道CI反饋
F9.03
PID輸出特性
0
根據實際需要設定
F9.04
比例增益
0.0-100
F9.05
積分時間
0.01s-10.00s
F9.06
微分時間
0.00s-10.00s
F9.07
采樣周期
0.01s-10.00s
F9.08
PID控制偏差極限
0.00s-10.00s
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