摘要本文介紹了空壓站空氣壓縮機(jī)電控制系統(tǒng)由原采用空氣壓縮機(jī)恒速供熱、人工切換的形式改為用變頻器控制壓縮機(jī)手動供熱的實(shí)例，做到既能滿足生產(chǎn)工藝的要求，又能達(dá)到節(jié)能減排的目的。
關(guān)鍵詞變頻器；空氣壓縮機(jī)；節(jié)能減排
中圖分類號TN773文獻(xiàn)標(biāo)示碼A文章編號1674-6708（2011）42-0149-02
0序言
變頻器就能實(shí)現(xiàn)對交流電動機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速，其發(fā)展趨以成熟。變頻調(diào)速的電能借助率主要是變頻器本身的轉(zhuǎn)換效率和電動機(jī)調(diào)速中的轉(zhuǎn)換率兩方面來決定的。要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的節(jié)能運(yùn)行，就要綜合借助變頻器和電動機(jī)的各類特性，把它們有機(jī)地結(jié)合上去，以達(dá)到工作效率的最優(yōu)化。變頻器傳動不但具有節(jié)能，提升生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，并且能夠增加設(shè)備維護(hù)成本、改善環(huán)境，并易實(shí)現(xiàn)全手動化控制等優(yōu)點(diǎn)。
1系統(tǒng)概況
在飲料的生產(chǎn)過程中，壓縮空氣的穩(wěn)定與否直接影響飲料的產(chǎn)值和質(zhì)量。空壓站有3臺22m3/min的空氣壓縮機(jī)，其馬達(dá)功率為132kW，負(fù)責(zé)飲料生產(chǎn)過程各生產(chǎn)用的儀表p儀器的用氣p麥汁過濾機(jī)出槽的用氣，飲料灌裝設(shè)備的動力用氣，在生產(chǎn)用氣高峰時開3臺空氣壓縮機(jī)，在用氣低峰時開二臺空氣壓縮機(jī)，由操作人員按照管線壓力顯示數(shù)字來判定開2臺或3臺空氣壓縮機(jī)，并且為保證管線和設(shè)備氣壓平穩(wěn)、開或停空氣壓縮機(jī)前還必須卸負(fù)荷、使馬達(dá)處于空載狀態(tài)，因?yàn)樵摍C(jī)只能自動調(diào)節(jié)減載閥來進(jìn)行增、減載，無論是開機(jī)或死機(jī)都須要一定時間，這樣一來管線的氣壓是不斷變化的，但空氣壓縮機(jī)的開、停補(bǔ)救總是滯后，導(dǎo)致管線氣壓穩(wěn)定度升高，操作難度大且馬達(dá)開、停次數(shù)多，耗能大，同時又加大了空氣壓縮機(jī)械部份銹蝕。手動化程度低，操作工人勞動硬度大，嚴(yán)重時因?yàn)闅鈮旱牟环€(wěn)定，就會使生產(chǎn)車間的氣動儀表形成偏差，因而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)值，基于以上問題，本人決定對其系統(tǒng)采用變頻器技術(shù)進(jìn)行整修。
2改建方案
2.1方案的確定
依照壓縮機(jī)的機(jī)械特點(diǎn)是恒力矩性質(zhì)，故電動機(jī)的軸功率與怠速成反比的特性，將空壓站選1臺~2臺22m3/min的空氣壓縮機(jī)作恒怠速運(yùn)行，而選一臺22m3的空氣壓縮機(jī)，用變頻器來控制其電動機(jī)的運(yùn)行怠速，讓它手動隨供熱壓力的變化而變化，即供熱壓力升高時，電動機(jī)的運(yùn)行速率上升，而壓力上升時，電動機(jī)的運(yùn)行速率增長，以穩(wěn)定供熱壓力節(jié)省電能。
2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1）降低一臺變頻器，代替現(xiàn)今的交流接觸器控制；
2）現(xiàn)用的壓力顯示儀，改為壓力顯示調(diào)節(jié)儀（臺灣產(chǎn)，機(jī)型：SR63）；
3）系統(tǒng)方框圖：
2.3變頻器的選用
因?yàn)樵摷夹g(shù)改建是在原拖動系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改型設(shè)計(jì)的，因而可依照原選用電動機(jī)的容量和怠速對變頻器的機(jī)型及類型進(jìn)行選擇。
1）變頻器類型的選擇
通用變頻器主要有：普通功能型U/f控制變頻器、具有扭矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器和矢量控制高動態(tài)性能型變頻器等。按照空氣壓縮機(jī)所帶負(fù)載是恒力矩類負(fù)載，因而采用普通功能型U/f控制變頻器即可滿足使用要求，實(shí)現(xiàn)恒力矩調(diào)速。
2）變頻器容量的估算
連續(xù)恒載運(yùn)行時所需變頻器容量PCN必須滿足以下3個條件：
（1）PCN≥（2）PCN≥（3）ICN≥kIm
取K電壓波型的修正系數(shù)為1.05，η電動機(jī)效率為0.85，cosφ功率誘因?yàn)?.8，PM為空壓機(jī)要求電動機(jī)的軸輸出功率為122kW，Um馬達(dá)電流380V，Im馬達(dá)電壓265A，代入數(shù)據(jù)算得：a、PCN≥；b、PCN≥183kW，c、ICN≥278.3A。
因?yàn)橐陨瞎浪憧芍冾l器輸出容量必須小于，電壓ICN≥278.3A，所以必須依照廠家生產(chǎn)的機(jī)型進(jìn)行選擇。
3）變頻器機(jī)型的選擇
按照變頻器的性能p價錢p安全性、售后服務(wù)以及各類變頻器在我廠使用療效，決定選擇日本出產(chǎn)的利佳牌ERIC-9001系列中的200H級泛用型IGBT靜音交流變頻器。它的輸出容量為，最大適用馬達(dá)容量為160kW，最大輸出電壓為302A。
2.4控制訊號參數(shù)的確定
1）控制參數(shù)
（1）A1-O2控制模式選擇：V/f控制；
（2）B1-03停止方法選擇：自由停車；
（3）C1-01加速時間：120s；
（4）D2-01頻度指令上限：50Hz；
（5）D2-02頻度指令下限：30Hz；
（6）E1-01輸入電流：380V；
（7）E1-02電動機(jī)額定電壓：265A。
2）主速頻度訊號：由供熱壓力顯示調(diào)節(jié)儀給出訊號：4mA~20mA。
3線路修改
用作技改的22m3/min空氣壓縮機(jī)的馬達(dá)功率為132kW，主線路及控制線路為380V，采用交流接觸器自藕降糖起動，兩地控制，其保護(hù)有液壓保護(hù)，冷卻水的水壓保護(hù)、二級排氣壓力保護(hù)、過載保護(hù)。
為了節(jié)省家電材料及減短施工時間，本人只拆除空氣壓縮機(jī)的控制柜的自藕變壓器，交流接觸器及其控制線路，保留原先線路的報(bào)案系統(tǒng)，將運(yùn)行輸出訊號改在變頻器5、6兩點(diǎn)取出，開機(jī)訊號由水壓正常后供給，因?yàn)樵撋a(chǎn)正常用氣要保證在0.65MPa以上，于是決定“主速頻度指令”信號在壓力顯示儀取，因?yàn)樵搲毫︼@示儀不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，于是將該壓力顯示儀改換為壓力調(diào)節(jié)顯示儀，由該壓力調(diào)節(jié)顯示儀調(diào)節(jié)并取出后輸送一個4-20mA的模擬訊號給變頻器進(jìn)行閉環(huán)控制，當(dāng)壓力低于0.65MPa時，變頻器輸出頻度增長，而當(dāng)壓力高于0.65MPa時，變頻器輸出頻度上升。因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)指示由變頻器輸出控制，受變頻器輸出端子電流的限制需接220V電源，及壓力調(diào)節(jié)顯示儀也須接220V電源，所以在它們一端需接中線N。其它控制線路電源電流不變。
4系統(tǒng)調(diào)試
按變頻器使用說明書設(shè)定有關(guān)參數(shù)后，先設(shè)定變頻器最低頻率為10Hz進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)變頻器在即將投入運(yùn)行前，應(yīng)先驅(qū)動馬達(dá)空載運(yùn)行幾分鐘，可在15Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz等幾個頻度點(diǎn)進(jìn)行，在試運(yùn)行時應(yīng)注意馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向是否正確，震動和噪音的大小，馬達(dá)升溫情況等，結(jié)果觀察到在開機(jī)調(diào)速中，當(dāng)輸出頻度高于20Hz時，而馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時間超過3min時，馬達(dá)會手動停機(jī)。經(jīng)檢測，發(fā)覺因?yàn)樵摽諝鈮嚎s機(jī)是活塞式壓縮機(jī)，怠速太慢時，不但會影響其工作效率，也會因馬達(dá)怠速慢導(dǎo)致液壓過高而導(dǎo)致液壓報(bào)案及合閘停機(jī)，為使其不會因?yàn)橛吞Ц邎?bào)案，因而變頻器參數(shù)中“最低輸出頻度”值的設(shè)置非常重要變頻空壓機(jī)電流過大原因，設(shè)置過高會影響其正常工作，設(shè)置偏低又會影響省電療效。經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)，總結(jié)出其最低怠速在額定怠速的60%最為理想。因而將“最低輸出頻度”設(shè)置在30Hz，達(dá)到了保證供熱穩(wěn)定，又實(shí)現(xiàn)了省電的療效。
5改建后的療效
1）穩(wěn)定供熱壓力。采用變頻器調(diào)速后，能非常便捷地進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，保持壓力、流量等參數(shù)的穩(wěn)定；
2）延長了設(shè)備使用壽命。馬達(dá)起動平穩(wěn)，去除起動時的機(jī)械沖擊，減少了銹蝕，延長機(jī)械設(shè)備使用壽命；
3）變頻器自我監(jiān)測、故障確診、保護(hù)功能齊全，有效地避免車禍擴(kuò)大化。縮小了故障程度和車禍影響面；
4）手動化程度高，大大減少了操作工人的勞動硬度；
5）節(jié)省電能：
（1）因?yàn)閴嚎s機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩要求較大，及按最大要求量來選定馬達(dá)的功率，所以設(shè)計(jì)的余量偏大，當(dāng)采用變頻器調(diào)速后，可大大提升輕載運(yùn)行的工作效率變頻空壓機(jī)電流過大原因，因而節(jié)能的潛力很大。
（2）調(diào)速后，當(dāng)須要量減少時，可手動增加馬達(dá)的怠速，因而較大幅度地減少電動機(jī)的運(yùn)行頻度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
（3）經(jīng)過3個月的觀察，該空氣壓縮機(jī)改建后運(yùn)行較為理想，對比改建前后用電量，每位月節(jié)省用電接近8000kW?h，大概1年可收回投資費(fèi)用。
參考文獻(xiàn)
[1]陳浩.變頻器案例解析及應(yīng)用[M].國防工業(yè)出版社，2009.
[2]段蘇振.變頻器的選型配置與維護(hù)技術(shù)[M].中國電力出版社，2010.
[3]張淼.變頻器的應(yīng)用與維護(hù)[M].華東理工學(xué)院出版社，2009.
[4]利佳牌ERIC-9001系列使用說明書.