某大型金屬制品廠有上海英格索蘭公司生產(chǎn)的單級(jí)壓縮螺桿式空氣壓縮機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機(jī)）4 臺(tái)，因產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，用氣量減少，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和測(cè)試，認(rèn)為存在比較大的節(jié)能空間，遂進(jìn)行節(jié)能改造。該空壓機(jī)工作原理是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子 ( 或稱(chēng)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(guò)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)子的槽與陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙被主電機(jī)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。

原空壓機(jī)的主電機(jī)功率為 75kW 兩臺(tái)，90kW兩臺(tái)，星 - 三角減壓起動(dòng)后全壓運(yùn)行，為典型的空載啟動(dòng)，全速運(yùn)行。原系統(tǒng)工況存在如下的幾個(gè)典型問(wèn)題 :

1、主電機(jī)時(shí)�？蛰d或輕載滿速運(yùn)行 , 屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 , 電能浪費(fèi)嚴(yán)重。

2、主電機(jī)雖然星 - 角減壓起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大 , 會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及同供電支線上它用電設(shè)備的運(yùn)行安全。

3、主電機(jī) 工頻運(yùn) 行時(shí)，空壓機(jī)噪音大。

二、變頻改造要求

根據(jù)原工況存在的問(wèn)題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求 , 空壓機(jī)變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求 :

1、變頻調(diào)速改造后應(yīng)保持儲(chǔ)氣罐出口壓力穩(wěn)定 , 壓力波動(dòng)范圍不能超過(guò)± 0.02Mpa 。

2、系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制回路，以保證變頻回路故障時(shí)能迅速切換到工頻。

3、系統(tǒng)具有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩套控制回路，壓力閉環(huán) PID 調(diào)節(jié)由變頻器自身完成。

4、一臺(tái)變頻器能夠控制兩臺(tái)空壓機(jī)組 , 可用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換。

5、根據(jù)空壓機(jī)的工況要求 , 系統(tǒng)應(yīng)保障電動(dòng)機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性。

6、現(xiàn)場(chǎng)的改造要滿足 EMC 要求，不能造成自身干擾或干擾其他設(shè)備。

7、改造后電機(jī)繞組溫度和電機(jī)的噪音不超過(guò)電機(jī)允許的范圍。

三、變頻器的選型

根據(jù)上述原則，廠家經(jīng)過(guò)多方調(diào)研、比較 , 最后選擇麥格米特公司 MV300G 系列通用型變頻器 , 使該系統(tǒng)能夠滿足上述工況要求。

1、MV300G 為電流矢量型變頻器，低頻力矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，在 10Hz 以上 1.5 倍的額定負(fù)載可工作 2min 以上。

2、MV300G 75kW 以上標(biāo)配直流電抗器，可有效降低輸入側(cè)諧波，減少干擾。

3、MV300G 可接受的輸入電壓范圍波動(dòng)大，從交流 324 － 520V 都可以正常工作

4、客戶考察了變頻器的主要關(guān)鍵器件，如整流橋，逆變模塊，電容，主芯片等，全部采用世界知名品牌，是產(chǎn)品可靠性的基本保證。

5、考慮到以后整個(gè)工廠自動(dòng)化的升級(jí)，要求變頻器能夠內(nèi)置 PROFIBUS-DP 總線和 CANOPEN 總線。

6、出于維護(hù)和售后的考慮，客戶要求變頻器內(nèi)購(gòu)內(nèi)置 90kW 和 75kW 兩套電機(jī)參數(shù)

為此，客戶選擇了 MV300G-4T90 的變頻器兩臺(tái)。

四、改造方案原理

變頻器接線示意圖

由變頻器、壓力變送器、調(diào)節(jié)儀、電機(jī)、螺旋轉(zhuǎn)子組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速 , 使儲(chǔ)氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi) , 進(jìn)行恒壓控制。系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示。

反饋壓力與設(shè)定壓力進(jìn)行比較運(yùn)算，實(shí)時(shí)控制變頻器的輸出頻率,從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,使儲(chǔ)氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力上。

圖中QF1、QF2是空氣開(kāi)關(guān),起隔離作用,同時(shí)QF2也是變頻柜的電源開(kāi)關(guān);KM1、KM3、和KM2、KM4是兩對(duì)機(jī)械聯(lián)鎖接觸器,起隔離作用。變頻時(shí),KM1、KM2同時(shí)吸合,KM3、KM4同時(shí)斷開(kāi);工頻時(shí)KM3、KM4同時(shí)吸合,KM1、KM2同時(shí)斷開(kāi)。變頻運(yùn)行程序:將QF1、QF2合上,由控制回路將KM3、KM4斷開(kāi),KM1、KM2吸合,然后起動(dòng)系統(tǒng)變頻運(yùn)行;工頻運(yùn)行程序:將QF1、QF2斷開(kāi),由控制回路將KM3、KM4吸合,KM1、KM2斷開(kāi),恢復(fù)原來(lái)工頻運(yùn)行方式。輸入電抗器的作用是抑制變頻器對(duì)其它控制電氣設(shè)備的干擾,輸出電抗器的作用是改善變頻器輸出波形,減少電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)的噪聲,減小電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)發(fā)熱。其中1M為原工頻主回路接觸器,2M為原工頻主回路及風(fēng)機(jī)回路接觸器,1S為原工頻回路接觸器(1M、2M、1S三者構(gòu)成原工頻星角起動(dòng)主回路),KM5、KM6分別為1#和2#機(jī)組隔離接觸器。

五、系統(tǒng)調(diào)試

調(diào)試工作分成兩部分:

1、變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)試，保證變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)能正常加速，減速，恒速運(yùn)行，變頻器電流穩(wěn)定無(wú)震蕩，電機(jī)工作正常。此時(shí)需要觀測(cè)空壓機(jī)的壓力上升是否穩(wěn)定,壓力變送器顯示是否正常,設(shè)備停機(jī)是否正常等。

變頻器參數(shù)設(shè)定

在完成變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)整后,進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試。調(diào)試的主要步驟:2、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試。

① 將變頻器接入系統(tǒng)。

② 進(jìn)行工頻旁路的運(yùn)行。

③ 進(jìn)行變頻回路的運(yùn)行,其中包括開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制兩部分調(diào)試:

主要依據(jù)變頻器頻率上升與下降的速度和空壓機(jī)壓力的升降相匹配,不要產(chǎn)生壓力振蕩,還要注意觀察機(jī)械共振點(diǎn),將共振點(diǎn)附近的頻率跳過(guò)去，以及停機(jī)狀況下看能否順利切換到工頻狀態(tài)，這個(gè)主要是驗(yàn)證系統(tǒng)的接線情況。

六、空壓機(jī)變頻改造后的效益

1、節(jié)約能源

變頻器控制壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓縮機(jī)比較,能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的,根據(jù)空氣量需求來(lái)供給的壓縮機(jī)工況是最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀。下表是主機(jī)為75kw的空壓機(jī)改造前后電機(jī)的測(cè)試參數(shù)表:

2、運(yùn)行成本降低從上表可證實(shí),節(jié)電效果十分明顯。如果空壓機(jī)每年按300天工作日計(jì)算,則每年可節(jié)約電能19.58萬(wàn)度。

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)運(yùn)行成本的77%。通過(guò)能源成本降低41.9%,再加上變頻起動(dòng)后對(duì)設(shè)備的沖擊減少,維護(hù)和維修量也跟隨降低,所以運(yùn)行成本將大大降低。

3、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)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(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3pisg變化范圍,也就是0.2bar范圍內(nèi),有效地提高了工況的質(zhì)量。

4、延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命

變頻器從0Hz起動(dòng)壓縮機(jī),它的起動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整,從而減少起動(dòng)時(shí)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)的使用壽命延長(zhǎng)。此外,變頻控制能夠減少機(jī)組起動(dòng)時(shí)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)電流的峰值減少到最低程度。

5、降低了空壓機(jī)的噪音

根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求,變頻調(diào)速改造后,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢,因此有效地降了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定表明,噪音與原系統(tǒng)比較下降約5分貝。