變頻器在空壓機節能改造中的應用體會

摘 要：介紹了變頻器在空壓機變頻改造中難點、注意事項，并給出了解決方案和電氣原理圖。

關鍵詞：空氣壓縮機；變頻器；PID控制器

1 引言

空壓機電機功率一般較大，啟動方式多采用空載（卸載）星-三角啟動，加載和卸載方式都為瞬時。這使得空壓機在啟動時會有較大的啟動電流（4-7倍），加載和卸載時對設備機械沖擊較大；不光引起電源電壓波動，也會使壓縮氣源產生較大的波動；同時這種運行方式還會加速設備的磨損，降低設備的使用年限。由于一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現降速調節輸出功率的匹配，電機不允許頻繁啟動，導致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行，電能浪費巨大。對空壓機進行變頻改造，能夠使電機實現軟起軟停，減小啟動沖擊，延長設備使用年限；由于電機運行頻率可變，實現了空壓機根據用氣量的大小自動調節電機轉速，減少了電機頻繁的加載和卸載，從而較大幅度減小電動機的運行功率，使得供氣系統氣壓維持恒定，便可以實現節能的目的。

2 空壓機變頻改造方案設計原則

根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，空壓機變頻改造后系統應滿足以下要求：

2.1 電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。

2.2 系統應具有變頻和工頻兩套控制回路。如一套線路出現故障，能切換到另一線路，不影響生產。

2.3 根據空壓機的工況要求，系統應保障電動機具有恒轉矩運行特性。

2.4 為了防止非正弦波干擾空壓機控制器，變頻器輸入端應有抑制電磁干擾的有效措施。

2.5 在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運行時，應保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。

2.6 生產工藝要求，變頻改造后，適當降低壓縮氣供氣系統的供氣壓力，將原來的高壓變流量供氣改變為變頻恒壓變流量供氣方式。

3 變頻器在改造中的應用

某乳業公司有90KW空壓機一臺作為主機，一臺為備用，為生產線供氣；我公司為一臺進行了控制電路改造，改造方案設計思路如下：

由于空壓機廠家控制集成度高，采用控制面板（PLC控制）作為啟動、停止、故障處理等，如全部更換改造將極大增加費用，在能滿足節能要求又經濟的情況下，本次改造空壓機電路時保留空壓機原有控制電路中，采用變頻旁路，這樣可方便改造同時保持原來的控制特性。

變頻控制原理為：采用一臺矢量變頻器（110KW）、PID控制器、壓力變送器SP，組成閉環恒壓控制系統。由壓力變送器采集儲氣罐內的壓力反饋給變頻控制柜內的PID控制器，控制器根據設定值與反饋值的差值，通過計算輸出控制信號調節變頻器的輸出頻率以控制空氣壓縮機的電機的轉速，使反饋值與設定值差值減小為零，達到空壓機恒壓供氣的要求。

說明如下：

啟動時，將開關DZ1、DZ2合上，將轉換開關撥到“自動”位，啟動原空壓機啟動按鈕，等空壓機星-三角轉換電路切換成功后，將“變頻啟動旋鈕”撥到“運轉”位開始工作。

4 改造中的問題

由于原系統將空壓機主回路電流、空壓機出口的油氣混合溫度測量值作為PLC控制器啟動輸入值測量，空壓機啟動時兩個信號一有異常，控制器即報警停止工作，在此種情況下將無法實現變頻改造。

我公司經分析研究對照空壓機原電路圖，做出以下改動：

①將PLC控制器上的測溫端接上一電阻，使其反饋溫度為一固定值（大于1℃小于110℃）。將原測溫pt100鉑電阻測量值接入新裝的溫控器，用來控制風機的運轉，報警。

②由于變頻器剛啟動時，用互感器測量的電流值過大，也引起空壓機過流報警，在此情況下改造如下：用中間繼電器ZJ5的常開觸點接入互感器測量電路，使用變頻控制時斷開，使用原有控制時接入，將此問題合理的解決。

③空壓機是大轉動慣性負載。這種啟動特點很容易引起變頻器在啟動時出現過流保護的情況。建議采用具有高啟動轉矩的無速度矢量變頻器，外配PID控制器。

④壓機不允許長時間在低頻下運行，空壓機轉速過低：一方面使空壓機穩定性變差；另一方面也使缸潤滑變差，會加快磨損，所以工作頻率下限不低于26Hz。

⑤建議選用比空壓機功率大一等級的變頻器，以免空壓機啟動時出現頻繁跳閘的情況。

⑥為了有效濾除變頻器輸出電流中的告高次諧波分量，減少因高次諧波引起的電磁干擾，建議選用輸出交流電抗器，既減少電動機運行的噪聲，還可以提高電動機的穩定性。

5 結束語

改造中用變頻器和PID控制器改造空壓機電路，根據負載實際設定參數，使得設備改造取得了理想的效果，達到了節能改造的目的。

參考文獻

[1]張燕賓.變頻調速應用實踐[M].北京機械工業出版社，2001.

[2]空壓機設備網：http：//www.sh-atlas.com.