變頻調速系統在空壓機運行中的應用

王正，戴立明

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變頻調速系統在空壓機運行中的應用

王正1，戴立明2

（1.江陰華西鋼鐵有限公司，江蘇 無錫 214420；2.江陰市華西和林礦業有限公司，江蘇 無錫 214400）

大型空壓機在實際運行過程中往往會出現風量不穩定的現象，導致空壓機經常出現空轉或者長時間運轉的現象，而在空壓機啟停機動的過程中，瞬時的大電流會對空壓機造成沖擊作用，而這個過程中也會造成電能的極大浪費，這對整體空壓機的機械以及電氣部分造成了嚴重的影響，縮短了空壓機的使用壽命。主要針對空壓機系統的電器部分進行了改造，增加了變頻調速系統，極大提升了空壓機的運行效率，同時也實現了節能效果。

空壓機；變頻調速；電動機；節能降耗

大型工業生產企業中，大功率的空壓機在運行過程中會消耗大量的能量，在企業的整體能耗結構中，空壓機的能耗占了極大的比例。通常情況下，空壓機都處在長時間勻速運轉狀態下，而在風量不穩定的狀態下不能實現轉速的自動調節。而一般大型的工業生產中空壓機的功率都比較大，因此，造成的電能消耗也非常大，為了有效控制空壓機的能耗，并不斷提升企業經濟效益，在空壓機系統中采用了變頻調速系統，實現了空壓機的軟啟停操作，有效避免了空壓機在啟停過程中造成的電網沖擊，同時也控制了電流沖擊對空壓機機械以及電器部分的損害，有效提升了空壓機的使用壽命。

1 變頻調速系統設計

1.1 變頻調速系統概述

本次空壓機改造過程中使用的變頻系統主要是由硬件部分和軟件部分組成，系統的硬件部分結構組成如圖1所示。其中P是空壓機系統中的壓力變送器，其主要功能是使儲氣罐中的壓力保持平衡。

圖1 空壓機變頻調速系統的硬件結構組成

由圖1可知，假設系統的目標信號為，值的大小與儲氣罐實際的壓力要求是相對應的；假設為壓力的變送信號，那么變頻器實際的輸出頻率1的值就由目標信號與變送信號的差值來決定，即1=－.

如果在空壓機運行過程中出現了壓力值大于目標值的現象，那么壓力變送信號值會大于目標信號值，因此，輸出頻率1就會相應減小，壓力值也會相應減小，直到壓力的值與對應的目標壓力值一致的時候就會停止，相反，如果出現了壓力值比目標值小的現象，輸出頻率1以及壓力值都會相應增加，當壓力增加到與目標值一致的時候停止[1]。

根據上述變頻調速系統的運行原理，需要在空壓機系統同時加裝變頻調速系統和PLC控制系統，而壓力值的設定要根據空壓機實際的運行情況來設定。這樣整個空壓機系統的壓力信號處理和變化就可以通過PLC來進行。通過PLC對變頻調速系統的頻率進行給定，從而實現了空壓機系統頻率的自動調整，也就是說，空壓機的電機轉速也實現了自動控制，因此，空壓機在實際的運行過程中，會隨著負荷的變化來不斷調整功率的輸出，空壓機的氣壓值也會實現及時調整，達到了節能降耗效果。

1.2 變頻器選擇

空壓機系統中變頻器的選型要根據空壓機實際的使用情況來進行，本文結合某工業生產企業的空壓機進行了變頻調速系統的改造，該公司使用的空壓機的電機型號為LS285TSC-2，其功率為22 kW，實際的運行頻率為50 Hz，工作電壓為390 V，設計額定電流值為40 A，電機實際的轉速能達到1 450 r/min[2]。結合空壓機實際的電機型號以及使用情況，可以為該空壓機配備三菱公司生產制造的FE-A5F30-22K型的變頻器。整個變頻調速系統的電路原理如圖2所示。

2 系統主要的性能特點

整個變頻調速系統的控制主要是由PLC、觸摸屏、上位機來共同組成，PLC系統選取的是西門子S7-300型，上位機和系統的液晶顯示器等都是由西門子生產制造的，為了形成更好的配套設備，監控軟件方面也專門選擇了西門子專用的監控軟件，這樣就能使系統實現從控制到監控的高效銜接。 變頻器與PLC、上位機等之間的連接是通過規約的通信方式進行的。這樣在系統的運行過程中通過上位機就能直接了解到空壓機的實際運行狀況，以及參數、性能的變化過程，而該系統又實現了視頻監控，因此，空壓機的每一步操作和運行過程都能被及時視頻監控，視頻監控的信息可以通過系統中的上位機來進行顯示。

圖2 空壓機變頻器調速系統電力原理圖

監控系統不僅具備對系統運行狀況進行監控的功能，同時還能實現系統運行的自診斷和監測功能。因此，在系統每次運行前，監控系統都會自動化對空壓機啟動狀態監測并作出判斷，一旦發現系統故障就會實現自動報警，保證設備不會出現帶病運行的情況。

在空壓機系統的監控室內配備了一臺專門用來進行系統操作的操作臺，在該操作臺上將空壓機系統的操作按鍵都進行了設置，同時系統的各種運行參數也可以通過操作臺上的儀表進行顯示。

3 實際應用效果分析

在變頻調速系統的驅動下，整個空壓機系統既能實現自動控制，也能進行脫機操作。在空壓機系統的監控室內就能實現系統的控制，同時可以在自動操作和手動操作之間進行切換，另外，操作人員還可以根據空壓機系統實際的運行情況，對空壓機系統進行啟停機的檢修操作。變頻調速系統改造后，系統整體運行產生的高次諧波對電網的污染得到了有效控制，變頻器在實際運行過程中產生的諧波電流不會超過5%，而其實際的功率因數卻超過了0.95，而如果系統在運行過程出現了故障，變頻柜就會將故障信號進行輸出，而該故障信號在監控系統中可以進行查詢。

在空壓機系統的運行過程中，系統總排風管的壓力以及壓力的設定值可以通過監控系統進行檢測，系統中的PID調節器可以針對實際壓力值跟設定壓力值進行計算，利用PLC實現對變頻器頻率輸出的控制和調節。

實現變頻器啟動和停機等操作，并在系統出現故障時進行故障緊急停機，與此同時，系統還會對變頻器的運行情況進行監控，并對空壓機系統實際的運行狀況進行檢測，同步生成系統巡檢的歷史趨勢圖，當系統運行超過系統設置極限值的時候就會自動進行報警。

4 結束語

經過對某公司空壓機系統的改造，實現了系統的自動控制，使系統運行對電網的高次諧波污染急劇減少，功率因數也得到了有效提升，企業實現了節能降耗，同時，也充分保障了空壓系統運行的穩定性和安全性，這對企業來說具有非常重要的現實意義。

［1］于寶龍，張海龍，王磊.MM440變頻調速系統在空壓機系統上的應用［J］.哈爾濱鐵道科技，2006（2）：5-7.

［2］蔡建華，于寶龍，吳晶瑩.MM440變頻調速系統在空壓機系統上的應用［J］.哈爾濱軸承，2006（4）：54-56.

2095－6835（2018）23－0149－02

TM921.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.149

〔編輯：嚴麗琴〕