ＴＰ變頻器在空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

張樹(shù)偉　龔彥波

摘要:由于空壓機(jī)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通用設(shè)備,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng),配備電機(jī)功率較大,因而降低空壓機(jī)的功耗,提高空壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,對(duì)節(jié)能具有一定意義。盡管我們加強(qiáng)日常運(yùn)行管理:減少泄漏、合理潤(rùn)滑、定期維護(hù),但是共蘊(yùn)藏的節(jié)能潛力遠(yuǎn)未被挖掘出來(lái)。下面就作簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞:節(jié)能;空壓機(jī);電機(jī)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展特別是21世紀(jì)初WTO的加入,能源的安全已成為擺在我們面前的一個(gè)刻不容緩的問(wèn)題。全國(guó)范圍內(nèi)的連續(xù)限電已向我們拉響了能源的警報(bào)。也是關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)重要因素。同時(shí)異常激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已滲透到各行各業(yè)的每個(gè)角落中。生產(chǎn)型企業(yè)怎樣能否有效的提高生產(chǎn)效率、工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本,保住產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)業(yè)亦成為各廠家發(fā)展中的首要問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)在我國(guó)的電能的60%是被各行各業(yè)中廣泛使用的風(fēng)機(jī)、水泵所消耗,而空壓機(jī)則占了60%中的15%左右。可想而知其年消耗量有多大。我們通常使用的都是活塞式空壓機(jī),活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)行,周期性地改變缸內(nèi)的容積,從而使氣缸內(nèi)氣體容積發(fā)生變化,并與氣缸內(nèi)氣閥作相應(yīng)的開(kāi)閉動(dòng)作配合,通過(guò)吸氣、壓縮、排氣等動(dòng)作,將無(wú)壓或低壓氣體升壓,并輸出到儲(chǔ)壓罐內(nèi)。

首先,空壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上所需要的軸功率,與排氣壓力、空壓機(jī)轉(zhuǎn)速有直接的關(guān)系,也就是說(shuō),在實(shí)際運(yùn)行中,由于壓縮空氣的使用隨時(shí)在變化,空壓機(jī)并不經(jīng)常在額定工況下運(yùn)行,而空壓機(jī)排氣壓力的高低則直接影響到實(shí)際軸功率的大小。排氣壓力越高,所需軸功率也越大。試驗(yàn)證明滿負(fù)載時(shí),空壓機(jī)的輸入電流(功率)與排氣壓力的關(guān)系符合圖2曲線與關(guān)系式。

其次,為滿足用氣量的隨時(shí)變化要求,儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力,我廠濾池運(yùn)行壓力為0.65-0.80MPA,目前大多數(shù)空壓機(jī)均采用切斷進(jìn)氣的調(diào)節(jié)方式來(lái)改變排至儲(chǔ)氣罐的氣量。對(duì)于空壓機(jī)氣量的供求關(guān)系表現(xiàn)為排氣壓力的變化,空壓機(jī)排氣量正好滿足生產(chǎn)用氣量要求時(shí),儲(chǔ)氣壓力保持不變,若能維持這種狀態(tài)當(dāng)然最佳,但實(shí)際上用氣量是隨時(shí)變化的,而且設(shè)計(jì)冗余量較大,所以空壓機(jī)排氣量都要大于用氣量,如果空壓機(jī)仍恒速運(yùn)轉(zhuǎn),則儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體越積越多,當(dāng)罐內(nèi)壓力上升達(dá)到設(shè)定壓力時(shí),一般采用兩種辦法:一種是空壓機(jī)卸荷運(yùn)行,不產(chǎn)生壓縮氣體,電動(dòng)機(jī)處于空載運(yùn)轉(zhuǎn),其用電量仍為滿負(fù)載的30-60%,這部分電能被白白浪廢掉。另外一種辦法是停止空壓機(jī)運(yùn)行,這樣似乎空壓機(jī)空轉(zhuǎn)或不斷放空所浪費(fèi)的電能被消除了,但是若無(wú)容積較大的儲(chǔ)氣罐,將會(huì)帶來(lái)電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng),空壓機(jī)的空載啟動(dòng)電流大約是額定電流的5-7倍,對(duì)電網(wǎng)及其它用電設(shè)備沖擊較大,同時(shí)使空壓機(jī)的使用壽命也會(huì)縮短。

綜上所述,由于空壓機(jī)可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運(yùn)行,電機(jī)輸入功率大大下降,輔以壓力閉環(huán)控制,實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力-轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)匹配,減少了電機(jī)的實(shí)際輸入功率,達(dá)到節(jié)能目的。即電機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來(lái)控制,壓縮機(jī)需要多大的功率,電機(jī)就輸出多大的功率,而不必做無(wú)用功,從而取得良好的節(jié)能效果,節(jié)能的第二方面是空壓機(jī)停止了空轉(zhuǎn),電機(jī)不存在輕載運(yùn)行,這部分能量很可觀。

相應(yīng)帶來(lái)的其它好處是:供氣壓力穩(wěn)定,通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器,可使空壓機(jī)保持在設(shè)定的壓力值下工作,壓力穩(wěn)定可靠性高,而且壓力可以無(wú)級(jí)設(shè)定,隨時(shí)可調(diào)。電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),壓縮機(jī)的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長(zhǎng)。空壓機(jī)排氣量由空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制,氣缸內(nèi)氣閥片不再反復(fù)地開(kāi)啟和關(guān)閉,閥座、彈簧等工作條件大大改善,避免了高溫、高壓氣體急劇的流動(dòng)與沖擊,維修工作量減少。

示例1、以下為某水廠的空壓機(jī)運(yùn)行狀況:

自來(lái)水廠的每日供水量隨季節(jié)天氣的變化而不同,一日之隨每時(shí)的供水量也隨時(shí)間晝夜而有別。水廠的供水量始終處于動(dòng)態(tài)的變化之中,濾池的運(yùn)行數(shù)量也在不斷地改變。水廠濾池總數(shù)為32格,進(jìn)水閘板、排水閘板、反沖氣蝶閥、反沖水蝶閥與出水蝶閥都采用氣動(dòng)控制,以四臺(tái)空壓機(jī)(兩用兩備)組成的空壓站供給氣源。以下是濾池空壓站節(jié)能效果的測(cè)算:(空壓機(jī)配用電機(jī)Pe=11KW,Ie=22.3A,Ue=380V)

只運(yùn)行-組濾池(16格)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè):只開(kāi)啟一臺(tái)空壓機(jī),卸荷時(shí)運(yùn)行電流為11A,電壓為400V,功率因數(shù)約為0.85,消耗有功功率:

P=3×400×11×0.85=6477.68W=6.4777KW

載荷-卸荷時(shí)間比為8:6,那么一年一臺(tái)空壓機(jī)卸荷運(yùn)行所需電能為:

W=P×24×365×6÷14=24319.06kWh

例2 一組濾池全部投運(yùn),另一組運(yùn)行4格(共20格)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè):只開(kāi)啟一臺(tái)空壓機(jī),這時(shí)空壓機(jī)不再有卸荷運(yùn)行,儲(chǔ)氣罐壓力為0.65MPA,輸入電流為20A,沒(méi)有做無(wú)用功。

兩組濾池全部運(yùn)行(32格)

必須將兩臺(tái)空壓機(jī)全部投入運(yùn)行,這時(shí)運(yùn)行情況與1類似。

1 空壓機(jī)變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,目前控制濾池氣動(dòng)閥共有四臺(tái)(兩用兩備)空壓機(jī),型號(hào)相同。選用一臺(tái)TP變頻器輪換去驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)空壓機(jī),這樣在運(yùn)行兩臺(tái)時(shí),一臺(tái)調(diào)速一臺(tái)定速;再輔以適當(dāng)?shù)目刂乒δ?實(shí)現(xiàn)整個(gè)空壓站的恒壓自動(dòng)控制,該系統(tǒng)可以根據(jù)儲(chǔ)氣罐壓力的變化,自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速和空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)。

該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,運(yùn)行方式合理,不到一年時(shí)間就能收回投資。當(dāng)然,空壓機(jī)采用了變頻調(diào)速后,對(duì)空壓機(jī)正常運(yùn)行有無(wú)影響應(yīng)該注意,首先是潤(rùn)滑問(wèn)題,其實(shí)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速越低,吸、排氣壓力差越小,潤(rùn)滑油耗量也就越小,即所謂“低轉(zhuǎn)速,低潤(rùn)滑”。

變頻器性能要求:

2 由于空壓機(jī)同時(shí)具備了變轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性。所以我們選用了德國(guó)原裝的TP2200A系列變頻器,它的過(guò)載特性最高可達(dá)電機(jī)額定電流的200%,IGBT的極限電流為額定電流的6倍。全面的電機(jī)保護(hù)功能保證空壓機(jī)的長(zhǎng)期無(wú)故障運(yùn)行。且由于其唯一的出廠24個(gè)月保質(zhì)期最大限度的保護(hù)用戶利益。

3 TP2200變頻器采用多種控制模式包括磁場(chǎng)定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等,可以保證變頻器足夠的轉(zhuǎn)矩輸出。

4 TP2200變頻器內(nèi)置PI功能,可以直接輸入壓力信號(hào)便于壓力閉環(huán)控制。

5 TP2200可以在0℃-55℃中的環(huán)境溫度無(wú)障礙運(yùn)行(一般空壓機(jī)安裝場(chǎng)合溫度較高);甚至可以在海拔4000M的高原地區(qū)正常使用;可在320V到528V之間,寬電壓運(yùn)行;

總之TP2200系列變頻器在各行各業(yè)中,特別是對(duì)變頻器性能、功能要求較高的場(chǎng)合已逐漸得到廣泛的應(yīng)用,以上案例僅為拋磚引玉。