深川變頻器在空壓機(jī)上的必要性改造方案
發(fā)布時(shí)間：2019-07-10 15:23:17來源：
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)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(dòng)元件，各種氣動(dòng)閥門提供氣源的職責(zé)。因此，空壓機(jī)運(yùn)行狀況的好壞直接影響工廠的生產(chǎn)工藝?？諌簷C(jī)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(jī)工作原理
活塞式空壓機(jī)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)曲軸，帶動(dòng)連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機(jī)氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成吸入、壓縮、排出等過程,將無(wú)壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲(chǔ)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(dòng)下，在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體的壓縮。
◎螺桿式空壓機(jī)工作原理
螺桿式空壓機(jī)是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機(jī)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(yáng)轉(zhuǎn)子的齒被主電機(jī)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。
二、空壓機(jī)節(jié)能改造的必然性
由于空壓機(jī)不排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以，選型時(shí)只能按比較大需求來確定電機(jī)容量，造成空壓機(jī)系統(tǒng)余量一般偏大。傳統(tǒng)空壓機(jī)都采用星三角降壓?jiǎn)?dòng)，但工頻啟動(dòng)時(shí)電流仍然能達(dá)到額定電流的2~3倍，沖擊大，會(huì)影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性。且大多數(shù)空壓機(jī)是連續(xù)運(yùn)行，由于一般空壓機(jī)的電機(jī)本身不能根據(jù)壓力需求的變動(dòng)來實(shí)現(xiàn)降速，使電機(jī)輸出功率與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力需求量相匹配，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候仍然要空載運(yùn)行，造成巨大的電能浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空壓機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐等)幾乎所有的耗電量的15%?？諌簷C(jī)的節(jié)能改造勢(shì)在行 。
另外，空壓機(jī)還存在以下幾個(gè)問題：
1、氣壓超過上限壓力時(shí)空壓機(jī)卸載及卸載后電機(jī)空轉(zhuǎn)浪費(fèi)大量的電能。
2、頻繁加卸載造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)也造成機(jī)械的磨損加大，縮短機(jī)械壽命。
3、氣量無(wú)法保持恒壓。當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免產(chǎn)生波動(dòng)，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(shí)，就可以降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而較大幅度減小電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率，實(shí)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(diǎn)
SVF-EV變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)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(shí)際需要，在空壓機(jī)的比較高允許工作壓力內(nèi)自由設(shè)定。裝在儲(chǔ)氣罐出氣口的壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>4~20mA電流信號(hào)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)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(jiǎn)單的特點(diǎn)。
2、節(jié)能效果
采用該系統(tǒng)改造后，壓縮機(jī)組的供氣量與系統(tǒng)所需量動(dòng)態(tài)匹配，壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)隨著系統(tǒng)用氣量的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了電機(jī)空轉(zhuǎn)以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗，電機(jī)的輸入功率大大降低，節(jié)電效果顯著。對(duì)于對(duì)空氣機(jī)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(jì)算設(shè)備的節(jié)電率
一般來說，對(duì)于連續(xù)用氣的空壓機(jī)系統(tǒng)，隨用氣量的變化，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率在25-50Hz 之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，除去電機(jī)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(yùn)行成本降低：傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購(gòu)成本，維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占?jí)嚎s機(jī)成本的70%。通過降低能源成本30%以上，再加上變頻起動(dòng)后對(duì)設(shè)備的沖擊減少。維護(hù)和維修量也跟隨著降低，所以運(yùn)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(jī)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(jī)的輸出氣量隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機(jī)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(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命：變頻器從0.00Hz起動(dòng)壓縮機(jī)，它的啟動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整，從而減少啟動(dòng)對(duì)壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機(jī)的壽命延長(zhǎng)，此外，變頻控制能夠減少機(jī)組起動(dòng)時(shí)的電流波動(dòng)，這一波動(dòng)電流會(huì)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(dòng)電流的峰值減少到比較低程度。
四、變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)
1、空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過電流，因此應(yīng)選用大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、過載能力強(qiáng)的矢量變頻器。 SVF-EV系列的過載能力達(dá)到210%，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩0.5HZ可輸出150%，可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定地運(yùn)行及恒壓供氣的連續(xù)性。
以電機(jī)22KW為例，配SVF-EV 22KW高性能矢量型變頻器。設(shè)定加速時(shí)間為15S、減速時(shí)間為6S，在0.7Mpa時(shí)仍然能正常啟動(dòng)運(yùn)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(wú)速度傳感矢量控制 |
| F0.03 | 啟停信號(hào)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(shí)際需要設(shè)定 |
| F0.10 | 加速時(shí)間 |
| 依機(jī)型設(shè)定 |
| F0.11 | 減速時(shí)間 |
| 依機(jī)型設(shè)定 |
| FH.01 | 電機(jī)額定功率 | 保留 | 根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)定 |
| F0.06 | 電機(jī)額定頻率 | 保留 | |
| FH.00 | 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 | 保留 | |
| F0.07 | 電機(jī)額定電壓 | 保留 | |
| FH.02 | 電機(jī)額定電流 | 保留 | |
| FH.08 | 電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí) | 1 | 完整調(diào)諧 |
| F3.01 | 節(jié)能運(yùn)行 | 1 | 自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行 |
| F7.00 | S1端子功能選擇 | 1 | 正轉(zhuǎn)運(yùn)行 |
| F1.00 | VI下限對(duì)值 | 0.0-20ma | 根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定 |
| F1.01 | VI下限對(duì)應(yīng)設(shè)定 | 0.0-100% | |
| F1.02 | VI上限值 | 0.0-20ma | |
| F1.03 | VI上限對(duì)應(yīng)設(shè)定 | 0.0-100% | |
| F1.04 | VI輸入濾波時(shí)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(shí)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(shí)際需要設(shè)定 |
| F5.04 | 比例增益 | 0.0-100 | |
| F5.05 | 積分時(shí)間 | 0.01s-10.00s | |
| F5.06 | 微分時(shí)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(dòng)壓力 | 啟動(dòng)電流A | 運(yùn)行電流A |
| 0Mpa | 36 | 33 |
| 0.6Mpa | 42 | 38 |
| 0.7Mpa | 60 | 55 |
2、空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間低頻運(yùn)行，若空壓機(jī)轉(zhuǎn)速過低，一方面會(huì)使空壓機(jī)的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤(rùn)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(jī)工作的下限頻率應(yīng)不低于20HZ，且減速時(shí)間應(yīng)盡量短。SVF-EV電壓波動(dòng)范圍±18%、耐壓高、減速時(shí)間短，可避免因減速時(shí)間過長(zhǎng)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?yàn)榭諌簷C(jī)的壓力越高，所需電動(dòng)機(jī)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(fèi)。
附表；SVF-EV系列空壓機(jī)改造功能參數(shù)表：