科陆高压变频器在空压机上的应用

图1 空压机的循环运行图

二、空压机加、卸载供气控制方式存在的电能浪费

2（1）交流异步电动机的转速公式为:

n=60f(1-s)/p

其中 n—电机转速 f—运行频率;

p—电机极对数 s—转差率;

2（2） 空压机加、卸载供气控制方式存在的问题

2.1 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是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示:

Pmax＝(1＋δ)Pmin

δ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2个部分:

(1) 加载时的电能消耗

　　在压力达到最小值后，原控制方式决定其压力会继续上升直到最大压力值。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,这一过程同样是一个耗能过程。另外，空压机本身通过检测压力，自动调节进气门，一部分能量消耗在进气门上。

(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压卸载: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放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。据我们测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%～25%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之，该空压机20%的时间处于空载状态，在作无用功。很明显在自动调节进气门与加卸载供气控制方式下，空压机电机存在很大的节能空间。

2.2 其它不足之处

　　(1)靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地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，增加维修量和维修成本。

　　(2) 频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。

三、 恒压供气控制方案的设计

电机型号:Y450-2

功率因数:0.87

额定电压:10KV

额定电流:35.1A

额定功率:500KW

额定转速:2975rpm

空气压缩机

额定流量:120 m3/min

额定压力:0.3MPa

变频器: 深圳市科陆变频器有限公司CL2700-10-0630-9QY高压变频器

控制模式：PID恒压控制

　　针对原有供气控制方式存在的诸多问题，采用深圳科陆变频器有限公司CL2700系列高压变频调速器对上述空压机进行恒压供气控制。采用这一方案时，我们可以把管网压力作为控制对象，压力变送器将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。

　　在以上PID恒压控制模式下，我们根据用户现场的需要，把压力设定值P0设定为0.25 Mpa，当用户生产用气量加大，管网压力低于0.25 Mpa时，变频器输出频率增加，电机转速加快，空气压缩量增大，压力随之上升；当生产用气量减少，管网压力高于0.25 Mpa时，变频器输出频率减小，电机转速减慢，空气压缩量减小，压力随之下降，始终使压力保持在0.25Mpa左右。

四、 改造效益

4.1 工频运行参数测量

　　电机运行参数：电压：10KV, 有功功率385KW,年运行时间约7200小时，电费0.8元/度；

　　空压机运行参数:进口阀门开度40%,出口阀门开度100%,出气口压力:0.25MPa。

4.2 变频运行参数测量

　　电机运行参数：运行频率46HZ, ,有功功率330KW，年运行时间约7200小时，电费0.8元/度；

　　空压机运行参数: 进口阀门开度80%，出口阀门开度100%，出气口压力0.25 Mpa。

4.3 经济效益

节约电功率：385-330=55（kW）

节电率：（385-330）÷385=14.28%

每年节约电能：55×7200÷10000=39.6（万度）

每年节约电费：39.6×0.8=31.68（万元）

4.4 附加经济效益

1)解决压力波动幅度大，提高精度。

2)解决阀门磨损成本和降低维修量。