三晶S350變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 10:18:39來源：
三晶S350變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造的應(yīng)用
一、空壓機(jī)工作原理 空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)中有著及其廣泛的應(yīng)用，在各種行業(yè)中它擔(dān)負(fù)著為工廠中所有氣動(dòng)元件，各種氣動(dòng)閥門提供氣源的職責(zé)。因此，空壓機(jī)運(yùn)行狀況的好壞直接影響工廠的生產(chǎn)工藝?？諌簷C(jī)的的種類很多（主要分為螺桿式，活塞式，其中螺桿式應(yīng)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(jī)工作原理
活塞式空壓機(jī)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)曲軸，帶動(dòng)連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機(jī)氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(chǔ)壓罐內(nèi)。其中，活塞組件，活塞與汽缸內(nèi)壁及汽缸蓋構(gòu)成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動(dòng)下，在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體的壓縮。
◎螺桿式空壓機(jī)工作原理
螺桿式空壓機(jī)是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實(shí)現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉(zhuǎn)子的槽和陽轉(zhuǎn)子的齒被主電機(jī)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。
二、空壓機(jī)節(jié)能改造的必然性
由于空壓機(jī)不排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以，選型時(shí)只能按比較大需求來確定電機(jī)容量，造成空壓機(jī)系統(tǒng)余量一般偏大。傳統(tǒng)空壓機(jī)都采用星三角降壓?jiǎn)?dòng)，但工頻啟動(dòng)時(shí)電流仍然能達(dá)到額定電流的2~3倍，沖擊大，會(huì)影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性。且大多數(shù)空壓機(jī)是連續(xù)運(yùn)行，由于一般空壓機(jī)的電機(jī)本身不能根據(jù)壓力需求的變動(dòng)來實(shí)現(xiàn)降速，使電機(jī)輸出功率與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力需求量相匹配，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候仍然要空載運(yùn)行，造成巨大的電能浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空壓機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐等)幾乎所有的耗電量的15%?？諌簷C(jī)的節(jié)能改造勢(shì)在必行 。
另外，空壓機(jī)還存在以下幾個(gè)問題：
1、氣壓超過上限壓力時(shí)空壓機(jī)卸載及卸載后電機(jī)空轉(zhuǎn)浪費(fèi)大量的電能。
2、頻繁加卸載造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)也造成機(jī)械的磨損加大，縮短機(jī)械壽命。
3、氣量無法保持恒壓。當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免產(chǎn)生波動(dòng)，使用氣精度達(dá)不到工藝要求，影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)。
綜上所述：若能采用變頻調(diào)速技術(shù)，當(dāng)流量需要量減少時(shí)，就可以降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而較大幅度減小電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
三、S350變頻恒壓控制系統(tǒng)
1、系統(tǒng)特點(diǎn)
S350變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象。壓力值由變頻器面板給定（S350有多種給定通道），可根據(jù)用氣設(shè)備的實(shí)際需要，在空壓機(jī)的比較高允許工作壓力內(nèi)自由設(shè)定。裝在儲(chǔ)氣罐出氣口的壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)?~20mA電流信號(hào)送給S350內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小控制變頻器的輸出頻率，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力。S350內(nèi)置PID具有穩(wěn)定性高、調(diào)試簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
2、節(jié)能效果
采用該系統(tǒng)改造后，壓縮機(jī)組的供氣量與系統(tǒng)所需量動(dòng)態(tài)匹配，壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)隨著系統(tǒng)用氣量的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了電機(jī)空轉(zhuǎn)以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗，電機(jī)的輸入功率大大降低，節(jié)電效果顯著。對(duì)于對(duì)空氣機(jī)來說，供氣量Q 與轉(zhuǎn)速N 成正比，氣壓F與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)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(jié)電率N%
0
27
49
66
78
87
一般來說，對(duì)于連續(xù)用氣的空壓機(jī)系統(tǒng)，隨用氣量的變化，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率在25-50Hz 之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，除去電機(jī)及其它損耗，系統(tǒng)的節(jié)電率可達(dá)18%～35%。
3、綜合效益
①運(yùn)行成本降低：空壓機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占?jí)嚎s機(jī)運(yùn)行成本的70%。通過降低能源成本30%，再加上變頻起動(dòng)后對(duì)設(shè)備的沖擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。
②提高壓力控制精度：變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。通過使空壓機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配，可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力保持恒定，有效地提高了供氣的質(zhì)量。
③延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命：變頻器有軟啟動(dòng)功能，可減少起動(dòng)時(shí)對(duì)壓縮機(jī)和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命。同時(shí)減少空壓機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
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四、變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)
1、空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過電流，因此應(yīng)選用大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、過載能力強(qiáng)的矢量變頻器。S350系列的過載能力達(dá)到180%，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩0.5HZ可輸出150%，可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定地運(yùn)行及恒壓供氣的連續(xù)性。
以江門某廠實(shí)例：該廠使用凱撤牌空壓機(jī)、電機(jī)22KW，配S350 22KW通用矢量型變頻器。設(shè)定加速時(shí)間為15S、減速時(shí)間為6S，在0.7Mpa時(shí)仍然能正常啟動(dòng)運(yùn)行（上限0.8Mpa）。
啟動(dòng)壓力
啟動(dòng)電流A
運(yùn)行電流A
0Mpa
36
33
0.6Mpa
42
38
0.7Mpa
60
55
2、空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間低頻運(yùn)行，若空壓機(jī)轉(zhuǎn)速過低，一方面會(huì)使空壓機(jī)的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤(rùn)滑條件變差、磨損加大，進(jìn)而導(dǎo)致噴油現(xiàn)像。所以，空壓機(jī)工作的下限頻率應(yīng)不低于20HZ，且減速時(shí)間應(yīng)盡量短。S350電壓波動(dòng)范圍±15%、耐壓高、減速時(shí)間短，可避免因減速時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生的噴油現(xiàn)象。
3、在滿足生產(chǎn)工藝的要求下，壓力設(shè)定越低越好。因?yàn)榭諌簷C(jī)的壓力越高，所需電動(dòng)機(jī)軸功率就越大，耗電量就越多。
4、出氣口釋放閥全部關(guān)閉，取消用出氣口釋放閥調(diào)節(jié)供氣量的方式，以避免由此導(dǎo)致的電能浪費(fèi)。
五、S350空壓機(jī)改造功能參數(shù)表：
功能碼
功能說明
設(shè)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(hào)選擇
1
端子啟停
F0.03
主頻率源選擇
8
PID
F0.11
上限頻率設(shè)定
50
HZ
F0.14
下限頻率設(shè)定
20
HZ
F0.15
下限頻率作用
1
根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定
F0.18
加速時(shí)間
依機(jī)型設(shè)定
F0.19
減速時(shí)間
依機(jī)型設(shè)定
F2.01
電機(jī)額定功率
保留
根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)定
F2.02
電機(jī)額定頻率
保留
F2.03
電機(jī)額定轉(zhuǎn)速
保留
F2.04
電機(jī)額定電壓
保留
F2.05
電機(jī)額定電流
保留
F2.11
電機(jī)參數(shù)辨識(shí)
1
完整調(diào)諧
F4.10
節(jié)能運(yùn)行
1
自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行
F5.00
MI1端子功能選擇
1
正轉(zhuǎn)運(yùn)行（FWD)
F5.18
CI下限對(duì)值
0.0-20ma
根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定
F5.19
CI下限對(duì)應(yīng)設(shè)定
0.0-100%
F5.20
CI上限值
0.0-20ma
F5.21
CI上限對(duì)應(yīng)設(shè)定
0.0-100%
F5.22
CI輸入濾波時(shí)間
0.00s-10.00s
F9.00
PID給定源選擇
0
鍵盤給定
F9.01
鍵盤預(yù)置PID給定
0.0-100%
根據(jù)實(shí)際需要設(shè)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(jù)實(shí)際需要設(shè)定
F9.04
比例增益
0.0-100
F9.05
積分時(shí)間
0.01s-10.00s
F9.06
微分時(shí)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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