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单变频电控驱动系统在螺杆空压机上的应用

栏目: 暖通制冷

发表时间: 2017年11月7日

一、引言

螺杆空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等行业有广泛的应用,是许多工艺流程中的核心设备,其装机容量一般取决于生产所需的最大气量并另外增加10%~20%的余量。由于生产中用气量的不均衡,当气体压力达到一定值时,空压机一般采用卸荷空载运行或者停止空气压缩机这两种方式,其中卸荷空载运行时的用电量为满负载的30%~60%,这部分电能被白白的浪费掉,而停止空气压缩机运行会带来电动机的频繁启停,对电网及其他设备的冲击较大,同时空气压缩机的寿命也会缩短。
另调查统计,全国各类电动机耗电量约占全国发电量的70%,其中80%为异步电动机,而且大多数电动机长时间处于轻载运行状态,特别是风机、泵类负载的电机。若在此类负载上使用变频调速装置,其耗电量将大幅降低。以空压机为例,其负载特性属恒转矩,其节电率N%=Δn↓%,即节电率等于转速下降的百分数(一般在20%左右,转速也不能过低,过低会加速机械的磨损)。
因此,如何设计出节能、稳定和自动化程度高的控制方案,是空压机使用及制造企业所面临的首要问题。随着电力电子技术的发展,变频驱动技术逐步引入了空压机领域,通过大量的应用案例及实测印证该方案具有运行压力稳定、对电网冲击小、运行安全、在一定范围内节能的优点。

二、变频螺杆空压机的优势分析

传统螺杆式空压机工频控制的技术弱点及变频控制的优势:
(1)加、卸载调节供气的控制方式严重浪费能源
传统的控制方式,空压机在加载时:从设定压力到卸载压力的加压过程中,电能白白浪费掉,而经过减压阀减压的过程,也是在浪费能量;空压机卸载时:关闭电磁阀使电机一直在空转,这种调整方法同样是极大的能力浪费,卸载时的功耗约占满载的20%~40%。
在变频控制方式下,变频驱动系统通过控制电机转速来控制气压,使输出压力始终维持在设定压力,输出压力保持恒定,避免频繁加卸载导致的电能浪费。
空压机属于恒转矩负载,单就输出功率而言,采用变频调速节能效果远不如风机泵类二次方负载显著。但空压机大多处于长时间连续运行状态,由于设计时都是按最大需求来选择排气量的,在实际运行中,非满载运行的时间的占的比例也非常高,非满载运行过程有着巨大的节能空间。
(2)启动电流冲击大
传统的空压机主电机采用Y-△减压起动,起动电流约为额定电流3倍,仍然很大,对电网冲击大,易造成电网不稳以及威胁其它用电设备的运行安全。
变频器可使电机起动、加载时的电流平缓上升,没有任何冲击;电机实现软启停,避免冲击电流造成的危害,有利于延长设备的使用寿命;
(3)供气压力稳定性差
在产品生产环节,气压的稳定性对产品质量的影响是很大的,用户对供气压力精度都有一定要求,传统的空压机为避免气压不足,供气压力较要求值要偏高一些,但这样会使成本高、能耗大,同时频繁的加卸载也很难保证气压温度;
变频器可以闭环实时监测供气管路中气体的压力,PID调节器比较当前压力与设定压力差值比较,保证输出压力始终维持在设定压力,输出压力保持恒定,提高生产效率和产品质量。


图1 螺杆空压机单变频电控驱动系统

三、螺杆空压机单变频电控驱动系统介绍

螺杆空压机单变频电控驱动系统,是最新的开放式驱动技术平台基础上,为空压机行业定制开发的高性能变频电控系统,集成了空压机设备控制与应用中的所有需求及变频驱动功能。系统使用高性能重载型矢量变频单元,配置变频空压机控制适配卡及控制面板,具有安装调试简易、集成度高、系统可靠性高、性价比高等优势,代表了空压机变频驱动领域的领先水平。


图2 系统简易接线参考图示

四、螺杆空压机单变频电控驱动系统方案优势

(1)高整合一体化设计
集成空开、接触器、继电器等空压机行业所应用的电气控制元器件,无须另外布线及增加电气元件,减少安装时材料、人工等成本。
(2)120%重载长期稳定运行
针对空压机行业这一特性,TS系列配置重载型变频控制单元;长期过载能力为额定值的120%,更加符合空压机实际的工作状况。
(3)适合空压机特性的四级PID设定
合理的设定三段过程压力和持续时间,避免气压超调,兼顾气压快速响应调整,从而精准的控制气压。
(4)油温控制系统
系统包含有油温控制系统,根据反馈温度和设置的启停温度值,控制油冷风机的启停,保持系统油温正常,当油温异常时,系统会自动停机报警,保护系统安全。
(5)LCD专用操作控制面板、时钟显示、多级密码保护
LCD专用操作控制面板可直接设置变频单元的相关参数、压力、温度控制参数,实时监控空压机运行状态,最多可记录八组故障记录,方便诊断空压机各项运行数据。
(6)安装、调试、维护方便
TS电控柜省去了常用的变压器、继电器等二次回路电气设备,以及铜排、线缆、端子等辅材,既减少了安装工时,提高了生产效率,降低了装配故障率,也使得调试时间大大减少;
(7)其他特色功能:
Ø 压力、温度等信号通过液晶界面一体化设置、检测;
Ø 空滤、油滤芯更换周期,保养时间等独立设定;
Ø 系统提供多级密码保护,可防止非法操作导致系统故障;
Ø 操作面板监控所有的运行参数,丰富的预警、保护功能;
Ø 提供一路独立485通讯接口,作为远程监控(可参考远程监控方案部分)及控制使用或作为多台空压机组网(TS系列)使用;
Ø 具有实时时钟功能,可显示当前时间并记录故障发生时间,方便维护及查询;
Ø 具有自动休眠功能,有利于节能,降低设备磨损。

五、结束语

变频螺杆空压机市场正在不断扩大,到2015年,我国的空压机市场容量将超过300亿元,国内的变频螺杆机正在经历普及的过程,变螺杆机虽然初始投资大,但是回报率高。随着政府的节能减排力度的加大,客户节能意识的提高,可以预见,变频螺杆空压机的成长性高、未来市场容量庞大。
在竞争激励的空压机市场中,企业能否有效的提高生产效率、工艺、节能降耗从而降低生产成本,已经成了企业能否生存发展的重要因素。螺杆空压机单变频电控驱动系统自推向市场以来,一体化整合设计极大的提高厂家的生产效率,高性能重载型矢量变频驱动系统既保证了空压机系统运行稳定,也最大限度为客户节省能源和降低维护成本,获得了配套厂商和终端用户的一致好评。