深川變頻器在空壓機上的必要性改造方案
發(fā)布時間：2019-07-10 15:23:17來源：
空氣壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內(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元件，各種氣動閥門提供氣源的職責(zé)。因此，空壓機運行狀況的好壞直接影響工廠的生產(chǎn)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(yīng)用比較廣），但其供氣的控制方式都是采用加、卸載的方式。
◎活塞式空壓機工作原理
活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動曲軸，帶動連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機氣缸內(nèi)作往復(fù)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(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，在曲柄連桿帶動下，在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動以實現(xiàn)汽缸內(nèi)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(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，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)，實現(xiàn)螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進(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)子的齒被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
二、空壓機節(jié)能改造的必然性
由于空壓機不排除在滿負(fù)荷狀態(tài)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(tǒng)余量一般偏大。傳統(tǒng)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(dá)到額定電流的2~3倍，沖擊大，會影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性。且大多數(shù)空壓機是連續(xù)運行，由于一般空壓機的電機本身不能根據(jù)壓力需求的變動來實現(xiàn)降速，使電機輸出功率與現(xiàn)場實際壓力需求量相匹配，導(dǎo)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(jù)統(tǒng)計，空壓機占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機、水泵、鍋爐等)幾乎所有的耗電量的15%。空壓機的節(jié)能改造勢在行 。
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(zhuǎn)浪費大量的電能。
2、頻繁加卸載造成對電網(wǎng)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(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免產(chǎn)生波動，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，就可以降低電動機的轉(zhuǎn)速，從而較大幅度減小電動機的運行功率，實現(xiàn)節(jié)能的目的。
三、變頻恒壓控制系統(tǒng)
1、日本深川SVF-EV系統(tǒng)特點
SVF-EV變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象。壓力值由面板給定（SVF-EV有多種給定通道），可根據(jù)用氣設(shè)備的實際需要，在空壓機的比較高允許工作壓力內(nèi)自由設(shè)定。裝在儲氣罐出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>4~20mA電流信號送給SVF-EV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)整電動機的轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。SVF-EV內(nèi)置PID具有穩(wěn)定性高、調(diào)試簡單的特點。
2、節(jié)能效果
采用該系統(tǒng)改造后，壓縮機組的供氣量與系統(tǒng)所需量動態(tài)匹配，壓縮機電機轉(zhuǎn)速會隨著系統(tǒng)用氣量的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了電機空轉(zhuǎn)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(jié)電效果顯著。對于對空氣機來說，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 |
以上表可計算設(shè)備的節(jié)電率
一般來說，對于連續(xù)用氣的空壓機系統(tǒng)，隨用氣量的變化，電動機運行頻率在25-50Hz 之間動態(tài)調(diào)節(jié)，除去電機及其它損耗，系統(tǒng)的節(jié)電率可達(dá)18%～35%。
3、綜合效益
①運行成本降低：傳統(tǒng)壓縮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成本的70%。通過降低能源成本30%以上，再加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減少。維護和維修量也跟隨著降低，所以運行成本大大降低。
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。使壓縮機的空氣壓力輸出與空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在要求范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。
③延長壓縮機的使用壽命：變頻器從0.00Hz起動壓縮機，它的啟動加速時間可以調(diào)整，從而減少啟動對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機的壽命延長，此外，變頻控制能夠減少機組起動時的電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到比較低程度。
四、變頻系統(tǒng)設(shè)計中注意事項
1、空壓機是大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載，很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現(xiàn)過電流，因此應(yīng)選用大啟動轉(zhuǎn)矩、過載能力強的矢量變頻器。 SVF-EV系列的過載能力達(dá)到210%，啟動轉(zhuǎn)矩0.5HZ可輸出150%，可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定地運行及恒壓供氣的連續(xù)性。
以電機22KW為例，配SVF-EV 22KW高性能矢量型變頻器。設(shè)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）。
| 功能碼 | 功能說明 | 設(shè)定值 | 功能備注 |
| F0.14 | 控制模式選擇 | 0 | 無速度傳感矢量控制 |
| F0.03 | 啟停信號選擇 | 1 | 端子啟停 |
| F0.00 | 主頻率源選擇 | 5 | PID |
| F0.12 | 上限頻率設(shè)定 | 50 | HZ |
| F0.13 | 下限頻率設(shè)定 | 20 | HZ |
| F2.13 | 下限頻率作用 | 0 | 根據(jù)實際需要設(shè)定 |
| F0.10 | 加速時間 |
| 依機型設(shè)定 |
| F0.11 | 減速時間 |
| 依機型設(shè)定 |
| FH.01 | 電機額定功率 | 保留 | 根據(jù)電機銘牌設(shè)定 |
| F0.06 | 電機額定頻率 | 保留 | |
| FH.00 | 電機額定轉(zhuǎn)速 | 保留 | |
| F0.07 | 電機額定電壓 | 保留 | |
| FH.02 | 電機額定電流 | 保留 | |
| FH.08 | 電機參數(shù)自學(xué)習(xí) | 1 | 完整調(diào)諧 |
| F3.01 | 節(jié)能運行 | 1 | 自動節(jié)能運行 |
| F7.00 | S1端子功能選擇 | 1 | 正轉(zhuǎn)運行 |
| F1.00 | VI下限對值 | 0.0-20ma | 根據(jù)實際需要設(shè)定 |
| F1.01 | VI下限對應(yīng)設(shè)定 | 0.0-100% | |
| F1.02 | VI上限值 | 0.0-20ma | |
| F1.03 | VI上限對應(yīng)設(shè)定 | 0.0-100% | |
| F1.04 | VI輸入濾波時間 | 0.00s-10.00s | |
| F5.00 | PID給定源選擇 | 0 | 鍵盤給定 |
| F5.01 | 鍵盤預(yù)置PID給定 | 0.0-100% | 根據(jù)實際需要設(shè)定 |
| F5.02 | PID反饋通道選擇 | 0 | 模擬通道VI反饋 |
| F5.03 | PID輸出特性 | 0 | 根據(jù)實際需要設(shè)定 |
| F5.04 | 比例增益 | 0.0-100 | |
| F5.05 | 積分時間 | 0.01s-10.00s | |
| F5.06 | 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 | 0.0-100% |
| 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(zhuǎn)速過低，一方面會使空壓機的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤滑條件變差、磨損加大，進(jìn)而導(dǎo)致噴油現(xiàn)像。所以，空壓機工作的下限頻率應(yīng)不低于20HZ，且減速時間應(yīng)盡量短。SVF-EV電壓波動范圍±18%、耐壓高、減速時間短，可避免因減速時間過長而產(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(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。
附表；SVF-EV系列空壓機改造功能參數(shù)表：