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        变频器在蔚蓝空压机改造中的应用

        发布日期:2021-02-14 21:41
        信息摘要:
        变频器在蔚蓝空压机改造中的应用。 一、空压机工作原理简述 某大型金属制品厂有英格索兰的单级压缩螺杆式空气压缩机(以下简称空压机)4 台,因产品转型,用气量减少,经过现场...

        变频器在蔚蓝空压机改造中的应用。

        一、空压机工作原理简述
        某大型金属制品厂有英格索兰的单级压缩螺杆式空气压缩机(以下简称空压机)4 台,因产品转型,用气量减少,经过现场观察和测试,认为存在比较大的节能空间,遂进行节能改造。该空压机工作原理是由一对相互平行啮合的阴阳转子 ( 或称螺杆 ) 在气缸内转动 , 使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化 , 空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧 , 实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端 , 阴转子的槽与阳转子啮被主电机驱动而旋转。
        原空压机的主电机功率为 75kW 两台,90kW两台,星 - 三角减压起动后全压运行,为典型的空载启动,全速运行。原系统工况存在如下的几个典型问题 :
        1、主电机时常空载或轻载满速运行 , 属非经济运行 , 电能浪费严重。
        2、主电机虽然星 - 角减压起动,但起动时的电流仍然很大 , 会影响电网的稳定及同供电支线上它用电设备的运行安全。
        3、主电机 工频运 行时,空压机噪音大。
        二、变频改造要求
        根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求 , 空压机变频改造后系统应满足以下要求 :
        1、变频调速改造后应保持储气罐出口压力稳定 , 压力波动范围不能超过± 0.02Mpa 。
        2、系统应具有变频和工频两套控制回路,以保证变频回路故障时能迅速切换到工频。
        3、系统具有开环和闭环两套控制回路,压力闭环 PID 调节由变频器自身完成。
        4、一台变频器能够控制两台空压机组 , 可用转换开关切换。
        5、根据空压机的工况要求 , 系统应保障电动机具有恒转矩运行特性。
        6、现场的改造要满足 EMC 要求,不能造成自身干扰或干扰其他设备。
        7、改造后电机绕组温度和电机的噪音不超过电机允许的范围。
        三、变频器的选型
        根据上述原则,厂家经过多方调研、比较 , 最后选择某品牌的MV300G 系列通用型变频器 , 使该系统能够满足上述工况要求。
        1、MV300G 为电流矢量型变频器,低频力矩大,过载能力强,在 10Hz 以上 1.5 倍的额定负载可工作 2min 以上。
        2、MV300G 75kW 以上标配直流电抗器,可有效降低输入侧谐波,减少干扰。
        3、MV300G 可接受的输入电压范围波动大,从交流 324 - 520V 都可以正常工作
        4、客户考察了变频器的主要关键器件,如整流桥,逆变模块,电容,主芯片等,全部采用世界知名品牌,是产品可靠性的基本保证。
        5、考虑到以后整个工厂自动化的升级,要求变频器能够内置 PROFIBUS-DP 总线和 CANOPEN 总线。
        6、出于维护和售后的考虑,客户要求变频器内购内置 90kW 和 75kW 两套电机参数
        为此,客户选择了 MV300G-4T90 的变频器两台。
        四、改造方案原理
        图片
        变频器接线示意图
        由变频器、压力变送器、调节仪、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速 , 使储气罐内空气压力稳定在设定范围内 , 进行恒压控制。系统构成如图所示。
        反馈压力与设定压力进行比较运算,实时控制变频器的输出频率,从而调节电机转速,使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。
        图中QF1、QF2是空气开关,起隔离作用,同时QF2也是变频柜的电源开关;KM1、KM3、和KM2、KM4是两对机械联锁接触器,起隔离作用。变频时,KM1、KM2同时吸合,KM3、KM4同时断开;工频时KM3、KM4同时吸合,KM1、KM2同时断开。变频运行程序:将QF1、QF2合上,由控制回路将KM3、KM4断开,KM1、KM2吸合,然后起动系统变频运行;工频运行程序:将QF1、QF2断开,由控制回路将KM3、KM4吸合,KM1、KM2断开,恢复原来工频运行方式。输入电抗器的作用是抑制变频器对其它控制电气设备的干扰,输出电抗器的作用是改善变频器输出波形,减少电机变频运行时的噪声,减小电机变频运行时发热。其中1M为原工频主回路接触器,2M为原工频主回路及风机回路接触器,1S为原工频回路接触器(1M、2M、1S三者构成原工频星角起动主回路),KM5、KM6分别为1#和2#机组隔离接触器。
        五、系统调试
        调试工作分成两部分:
        1、变频器驱动电机调试,保证变频器驱动电机能正常加速,减速,恒速运行,变频器电流稳定无震荡,电机工作正常。此时需要观测空压机的压力上升是否稳定,压力变送器显示是否正常,设备停机是否正常等。
        变频器参数设定
        图片
        2、系统联动调试。
         
        在完成变频器驱动电机调整后,进行系统联动调试。调试的主要步骤:
        ① 将变频器接入系统。
        ② 进行工频旁路的运行。
        ③ 进行变频回路的运行,其中包括开环与闭环控制两部分调试:
        主要依据变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降相匹配,不要产生压力振荡,还要注意观察机械共振点,将共振点附近的频率跳过去,以及停机状况下看能否顺利切换到工频状态,这个主要是验证系统的接线情况。
        六、空压机变频改造后的效益
        1、节约能源
        变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较,能源节约是最有实际意义的,根据空气量需求来供给的压缩机工况是最经济的运行状。下表是主机为75kw的空压机改造前后电机的测试参数表:
        图片
        从上表可证实,节电效果十分明显。如果空压机每年按300天工作日计算,则每年可节约电能19.58万度。
        2、运行成本降低
        传统压缩机的运行成本由三项组成:初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低41.9%,再加上变频起动后对设备的冲击减少,维护和维修量也跟随降低,所以运行成本将大大降低。
        3、提高压力控制精度
        变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高,所以它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg变化范围,也就是0.2bar范围内,有效地提高了工况的质量。
        4、延长压缩机的使用寿命
        变频器从0Hz起动压缩机,它的起动加速时间可以调整,从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击,增强系统的可靠性,使压缩机的使用寿命延长。此外,变频控制能够减少机组起动时电流波动,这一波动电流会影响电网和其它设备的用电,变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。
        5、降低了空压机的噪音
        根据压缩机的工况要求,变频调速改造后,电机运转速度明显减慢,因此有效地降了空压机运行时的噪音。现场测定表明,噪音与原系统比较下降约5分贝。
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