一、概述

空氣壓縮機是利用電能將空氣壓縮使之作為一種動力源的設備,在工礦企業中應用十分普遍, 配套電動機的容量一般較大，且大多是常年連續運行的，故節能的潛力很大。

目前常見的壓縮機有活塞式、螺桿式、離心式，不論哪一種工作方式，壓縮機單位時間內產氣量是一定的，目前壓縮機都采用上下限控制或啟停式控制，也就是說，當 氣缸內的壓力達到設定值的上限時，空壓機通過本身的壓力或油壓開關閉進氣閥，這種工作方式頻繁出現加載卸載，而且對電網、螺桿空壓機本身都有極大的破壞 性。

二、系統原工頻運行概況

1、空壓機工作原理簡述：

原空壓機的運行方式為工 頻狀態。壓力采用兩點式控制(上、下限控制)，也就是當空壓機氣缸內壓力達到設定值上限時，空壓機通過本身的油壓關閉進氣閥，當壓力下降到設定值下限時， 空壓機打開進氣閥。生產的工作狀況決定了用氣量的時常變化，這樣就導致了空壓機在半載或輕載下運行，或者經常是加載幾分鐘，卸載幾分鐘，頻繁的卸載和加 載，對電動機、空壓機和電網造成很大的沖擊。再說，空壓機卸荷運行時，不產生壓縮空氣，電動機處于空載狀態，其用電量為滿負載的60%左右，這部分電能被白白的浪費。

系統在設計時是針對全廠滿負荷用氣量來設計的，并考慮了富余，是按最大量來設計的的，而現在的工況是用氣量經常變化，且經常在半載下運行，在整個系統運行時存在著嚴重的“大馬拉小車”的現象。為了解決這種現象，節約能源，提高經濟效益，有必要對現有系統進行變頻改造。

2、原系統工況存在的問題

1)主電機全壓起動，起動時的電流很大,會影響電網的穩定及其它用電設備的運行 安全，對機械設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護工作量大。

2)主電機時常輕載運行，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。

3)主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大。

4)經常卸載和加載導致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒定的工作壓力。

3、拖動系統的特點：

1)機械特性具有恒轉矩性質，電機的軸功率PL與轉速n 成正比。

2)大多處于長時間連續運行狀態，但負載大小常有變動，為連續變動負載。

3)飛輪力矩大，故要求有較大的啟動轉矩;

4)有自動卸載與裝載裝置，在自動卸載或裝載時，負載將突變。

4、壓縮機的主要控制對象是空氣的壓力,常見的控制方式有：

1)手動調節輸入或輸出口的閥門開度;

2)用機械方式進行自動卸載與裝載控制;

3)通過改變葉片的角度來調節壓力或流量。

三、采用變頻調速拖動系統必要性

隨著電力電子技術的發展，變頻器在調速領域中的應用越來越廣泛。它具有性能穩定，操作方便，節能效果明顯等優點。它是一種較為成熟的高科技產品，越來越受到國內外工程技術人員和管理人員的關注和重視。因此,對空壓機進行變頻改造具有很高的經濟效應和社會效益。

1、從節能的角度看：

由于壓縮機不能排除在滿負載狀態下長時間運行的可能性，所以，只能按最大需求來決定電動機的容量，故設計容量一般偏大。在實際運行中，輕載運行的時間所占的比例是非常高的。如采用變頻調速，可大大提高運行時的工作效率。因此，節能潛力很大。

有些調節方式(如調節閥門開度和改變葉片的角度等)，即使在需求量較小的情況下，也不能減小電動機的運行功率。采用了變頻調速后，當需求量較小的情況下，可降低電動機的轉速，減小電動機的運行功率，從而進一步實現節能。

2、從運行質量的角度看：

單電動機拖動系統大多不能根據負載的輕重連續地調節。而采用了變頻調速后，則可以十分方便地進行連續調節，能保持壓力、流量等參數的穩定，從而大大提高壓縮機的工作性能。

3、 從減少運行成本方面看

傳統壓縮機的運行成本由三項組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過能源成本降低20%-40%，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。

4、從提高壓力控制精度方面看

變頻控制系統具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統所需的氣量相匹配。不再頻繁的加載和卸載，變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網的系統壓力變化保持恒定，有效地提高了工況的質量。

5、從延長壓縮機的使用壽命方面看

變頻器從2HZ起動壓縮機，它的起動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統的可靠性，使壓縮機的使用 壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網和其它設備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

6、從降低噪音，改善工作環境來看

根據壓縮機的工況要求，變頻調速改造后，電機運轉速度明顯減慢，有效地降了空壓機運行時的噪音，提高了操作工人的工作環境。

四、 變頻改造后節能分析

變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較，根據空氣量需求的多少來供給的壓縮機運行工況，是經濟的運行狀態，能源節約是最有實際意義的。眾所周知，空壓機負載為恒轉矩負載，其轉速 n與流量Q、軸功率P的關系為Q1=Q2(n1/n2)、P1=P2(n1/n2) 、也就是說流量和功率成正比 。

由于實際用氣量的變動，假定空壓機的運行情況如下：(改造前)

在滿載下運行的時間為10%，此時電機消耗功率為(P1=P0);

在70%負載下運行的時間為30%，此時電機消耗功率為(P2=0.9P0);

在半載下運行的時間為30%，此時電機消耗功率為(P3=0.85P0);

在30%負載下運行的時間為20%，此時電機消耗功率為(P4=0.8P0);

在空載下運行的時間為10%，此時電機消耗功率為(P5=0.6P0);

(P0為電機額定功率160KW)。

空壓機每日用電量計算如下：

W前=(0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5)х24

=(0.1+0.3х0.9+0.3х0.85+0.2х0.8+0.1х0.6)ХP0х24

=(0.1+0.27+0.255+0.16+0.06)ХP0х24

=0.845ХP0х24

=20.28P0(KWh)

假定空壓機改造后的運行情況如下：(改造后)

在滿載下運行的時間為10%，此時電機消耗功率為(P1=P0);

在70%負載下運行的時間為30%，此時電機消耗功率為(P2=0.7P0);

在半載下運行的時間為30%，此時電機消耗功率為(P3=0.5P0);

在30%負載下運行的時間為20%，此時電機消耗功率為(P4=0.3P0);

在空載下運行的時間為10%，此時電機消耗功率為(P5=0.1P0);

(P0為電機額定功率160KW)。

空壓機每日用電量計算如下

W后=(0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5)х24

=(0.1+0.3х0.7+0.3х0.5+0.2х0.3+0.1х0.1)хP0х24

=(0.1+0.21+0.15+0.06+0.01)хP0х24

=0.53хP0х24

=12.72 P0(KWh)

每日節省電量= W前-W后

=20.28P0-12.72 P0

=7.56 P0

節電率:7.56 P0/12.72 P0*100%=37.3%

五、變頻改造技術方案

1、 系統控制原理

本系統采用壓力閉環調節方式，在原來的壓力罐(或輸氣管道)上加裝一個壓力傳感器，通過壓力來控制變頻器的轉速。其控制原理為：將供 氣管道壓力作為調控參數，通過壓力變送器(或遠傳壓力表)將壓力信號轉換為4- 20mA(或0-5V)直流信號，送入變頻器內的PID調節器，與壓力設定信號比較，其差值由調節器作PI運算，輸出信號送給變頻器，隨時調整變頻器的輸 出頻率，控制電機轉速，維持管道壓力穩定在設定的壓力值上。若管道壓力發生變化將自動進行調節。例如，當用氣量減少，管道壓力增加時，調節過程是：變送器 信號大于設定信號，調節器輸出減少，變頻器輸出頻率降低，電機轉速下降，壓縮機風量減小，使管道壓力減小。由于其調控過程較快，短時間內，變換器信號和壓 力給定信號便處于動態平衡狀態，從而維持了變頻器輸出頻率穩定，實現了恒壓供氣，使空壓機始終處于節電運行狀態。其控制系統原理框圖如左：

2、改造方案

設計時，根據電機容量(110KW/380V)選用一臺三科變頻器，采用PID調節母管定壓控制方式。該系統在設計時，從安全角度考慮，在保留原工頻系統情況下，增加變頻系統，做到了工頻變頻互鎖切換。通過外部控制電路，使空壓機起停操作步驟仍然如前，操作簡單，安全可靠。在供氣管道上安裝壓力傳感器，通過壓力來控制變頻器的轉速。

3、變頻器控制系統組成

該系統是三科信變頻器、電氣控制柜、母管壓力變送器(或遠傳壓力表)、空壓機等組成。電氣控制柜主要控制器件全部選用國內外品牌產品、性能穩定、質量可靠、操作方便。

4、系統改造應注意的問題

1、 改造實施前需具備的條件和注意事項：

? 要改造空壓機的電氣原理圖和接線圖完整。

? 整個工廠的用氣狀況，是否隨著季節波動或隨工藝改變波動卸載時間是否變動多以此判斷節電率。

2、 改造實施中的注意事項：

電動機的散熱問題 電動機經過變頻器變頻后，轉速降低，其電機風扇的散熱效果也要降低。

空壓機的潤滑問題 空壓機的轉速越低，潤滑油的耗量也就越小，其潤滑效果越差。

系統壓力設定問題 在滿足生產工藝的要求下，壓力設定越低越好，因為空壓機的排氣壓力越高，所需的電機軸功率越大，電機耗電也就越多。

針對以上問題，我們綜合節能效果和空壓機的機械特性，考慮了多種方案，最后把系統壓力設定為0.6MPa(按客戶的生產工藝要求),把變頻器運行頻率下限設定為30HZ，這樣，即能滿足空壓機散熱和潤滑的需要，又能最大限度的降低電能損耗。

六、供貨范圍

三科變頻器 一套 型號：

三科原裝控制柜 一套 (內含低壓電器、PID調節器)

壓力變送器一套 (遠程壓力表)