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众辰变频器H3000系列在空压机上的应用案例

发布者::admin   发布时间: :2012-06-11 23:29 浏览次数: :

 

一、引言

      空压机是一种利用电机将气体在压缩腔内进行压缩,并使压缩的气体具有一定压力的设备。作为基础工业设备,空压机在冶金、机械制造、矿山、店里、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉)耗电量的15%,由于结构原理的原因,大部分空压机自身存在着明显的技术弱点,当输出压力大于一定值时,自动打开卸载阀,使异步电机易频繁的启动、停止,影响电机的使用寿命,空压机工频启动电流大,对电网冲击大,电机轴承磨损大,设备维护量大;工作条件恶劣,噪声大;自动化程度低,输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的,调节速度慢,波动大,不稳定,精度低。

二、工作原理

2.1原工作方式

螺杆式空压机工作原理

螺杆式空压机是有一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动,是转子齿槽之间的空气不断的产生周期性的容积变化,空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧,实现螺杆式空压机的吸合、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端,阴转子的槽和阳转子的齿被主电机驱动而旋转。

活塞式空压机工作原理

活塞式空压机是由电机带动皮带齿轮通过联轴器直接驱动曲轴,带动连杆与活塞杆,是活塞在压缩机汽缸内做往复运动,完成吸入、压缩、排出等全过程,将无压或低压气体升压,并输出到储压罐内。其中,活塞组建、活塞与气缸内壁及气缸盖构成容积可变的工作腔,在曲柄连杆带动下,在气缸内作往复运动以实现气缸内气体的压缩。

空压机主电机运行方式为星——角降压启动后全压运行,供气系统具体工作流程为:当按下启运动按纽,控制系统接通启运器线圈并打开断油阀,空压机在卸载模式下启动,这时进气阀处于关闭位置,而放气阀打开以排放油气分离器内的压力,等降压N秒(由时间继电器控制)后空压机开始加载运行,系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上限值,即起跳压力。控制器使进气阀关闭;油气分离器放气,压缩机空载运行,直到系统压力降到压力开关值下限值后,即回跳压力下,控制器时进气阀打开,油气分离器放气阀关闭,压缩机打开,油气分离器放气阀关闭,压缩机满载运行。

卸载和加载易导致整个气网压力经常变化,不能保证恒定的工作压力,延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式(如调节阀门或调节卸载等方式)即使在需要流量较小的情况下,由于转速不变,电机功率下降幅度比较小。

能耗分析:

加卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin~Pmax之间来回变化。Pmin是最小压力值,既能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下,PmaxPmin之间关系可以用下式来表示:

Pmax=(1+&)Pmin

&是一个百分数,其数值大致在15%~30%之间。

在加卸载供气控制方式下的空压机,所浪费的能量主要在两个部分:

1、加载时的电能消耗

在压力达到最小之后,原控制方式决定其压力会断续上升到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放更多的热量,从而导致电能损失。另一方面,高于压力最大值的气体在进入气动元件前,其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样是一样耗能过程。

2、卸载时电能的消耗

当压力达到压力最大值时,空压机通过如下方法来降低卸载:关闭进气阀,使电机处于空转状态,同时将分离罐中多余的压缩空气通过方压阀放空,这种调节方式要造成很大的能量浪费。据我测算,空压机卸载时的能耗约占空啊挤满在运行时的10%~25%(这还是在卸载时间作战比例不大的情况下)。换言之,该空压机20%的时间处于空载状态,在做无用功。很岷县在加卸载供气控制方式下,空啊记得点击存在很大的节能空间。

其他不足之处:

、靠机械控制方式调节进气阀,使供气量无法连续调节,当用气量不断变化时,供气压力不可避免的产生较大幅度的波动,用气精度达不到工艺要求,再加上频繁调节进气阀,会加速进气阀的磨损,增加维修费用和维修成本。

、频繁采用打开和关闭放气阀,放气阀的耐用性得不到保障。

    22变频工作方式

转速控制,即通过改变空压机的转速来调节流量,而阀门的开度保持不变(一般保持最大开度)。当空压机转速改变时,供气系统的扬程特性随之改变,而管阻特性不变。

   在这种控制方式下,通过变频器调速技术改变空压机电机的转速,空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变,达到真正的供需平衡,在节能的同时也可使整个系统达到最佳的工作效率,变频器基于交————交电源变换原理,可根据控制对象的需要输出频率连续可调的交流电压。电机的转速与电源频率成正比,因此用变频器输出频率可调的交流电压作为空压机电机的电源电压,可方便的改变空压机的转速。

    23恒压供气原理

流量是供气系统的基本控制对象,供气流量需要随时满足用气流量,在供气系统中,储气管中的压力能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系:

若供气流量>用气流量     储气管压力上升

若供气流量<用气流量     储气管压力下降

若供气流量=用气流量     储气管压力不变

所以保持管道中的气压恒定,就可以保证该处供气能力恰好满足用气需求,这就是恒压供气系统所要达到的目标。

   变频调速系统将管网压力作为控制对象,装在储气管出气口的压力变送器将储气管的压力转变成电信号送给控制器,内部的PID调节器,与给定压力值进行比较,并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算,产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆变频率,调整电机的转速,从而使实际压力始终维持在给定压力上。另外,采用该方案后,空压机电机从静止到稳定转速可由变频器实现软启动,避免了启动时的大电流和启动给空压机带来的机械冲击。正常情况下,空压机在变频器调速控制方式下工作。变频器一旦出现故障,生产工艺不允许空压机停机,因此系统设置了工频与变频切换功能,这样当变频器出现故障时可由工频电源通过接触器直接供电,使空压机照常工作。

整个控制过程如下:

用气需求——管路气压——压力设定值与反馈值的差值——PID输出——变频器输出频率——空压机电机转速——供气量——管路气压趋于稳定。

 

 

 

 

 

 

 

特别注意,在压力容差范围内,控制器的PID不调节,既保持输出频率不变。

@@@###公司空压机调试中应用为例:

三、方案配置

根据以往经验,在空压机调试中应注意以下几点:

1 空压机是大惯量负载,这种启动特点就很容易引起变频器在启动时出现跳过流保护情况。  

2 空压机不允许长时间在低频下运行,当空压机的转速过低,一方面将使空压机的工作稳定性变差,另一方面也使刚提的润滑变差,会加快磨损,所以工作的下限频率应不低于20Hz。

3 为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量,减小因高次谐波引起的电磁干扰,建议选用输出交流电抗器,还可以减小电机运行噪音和温升。

以控制系统中,空压机电机为55KW为例,根据客户要求为其配置工/变兼容专用控制器(普乐特680系列)

变频器选用具有高启动转矩的H3000系列空压机专用变频。

普乐特控制其内置多种控制逻辑,可驱动不同开关状态组合,用户可根据需要选择开组合以驱动不同控制模式,切控制逻辑组太花,一键即改。

主机变频驱动,控制器PID运算调节部分对压力传感器反馈信号进行采样,与设定压力值进行PID运算输出调节信号调节主变频器的输出频率。切换为工频驱动法方式后,控制器将通过开启或关闭进气阀来进行排气压力的调节。


H3000常用参数:

H3000系列空压机专用变频器常用参数表

代号

参数

备注

     基本运行参数组

F1.01

2=模拟量电流设定方式

频率设定选择

F1.02

1=IO端子

运行设定选择

F1.04

0=禁止反转

反转有效设定

F1.07

20S-30S

加速时间

F1.08

20S-30S

减速时间

F2.01

0=减速停车

停车方式选择

F2.12

2950

电机额定转速

F2.13

2

电机级数

F2.15

50

电机额定频率

     输入输出应用组

F3.03

4.3

FIC最小电流输入

F3.04

19.8

FIC最大电流输入

F3.17

17=紧急停车

S1端子功能选择

     通讯参数组

F7.00

1=9600

通讯数据速率

F7.01

3=8N1 FOR ASC

通讯数据模式

F7.02

1

通讯地址

     其他参数

F8.16

55KW=346

上位机显示功率校正参数,55KW设置为346

 

 

四、配用控制器概述

普乐特空压机专用控制器针对空压机应用专门研制,具备多种灵活控制方式,可实时监控多种空压机运行数据,提供保护预警功能,提供维护保养提醒功能。

结束语:

经过测试,该