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            單變頻電控驅動系統在螺桿空壓機上的應用

            欄目: 暖通制冷

            發表時間: 2017年11月7日

            一、引言

            螺桿空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等行業有廣泛的應用,是許多工藝流程中的核心設備,其裝機容量一般取決于生產所需的最大氣量并另外增加10%~20%的余量。由于生產中用氣量的不均衡,當氣體壓力達到一定值時,空壓機一般采用卸荷空載運行或者停止空氣壓縮機這兩種方式,其中卸荷空載運行時的用電量為滿負載的30%~60%,這部分電能被白白的浪費掉,而停止空氣壓縮機運行會帶來電動機的頻繁啟停,對電網及其他設備的沖擊較大,同時空氣壓縮機的壽命也會縮短。
            另調查統計,全國各類電動機耗電量約占全國發電量的70%,其中80%為異步電動機,而且大多數電動機長時間處于輕載運行狀態,特別是風機、泵類負載的電機。若在此類負載上使用變頻調速裝置,其耗電量將大幅降低。以空壓機為例,其負載特性屬恒轉矩,其節電率N%=Δn↓%,即節電率等于轉速下降的百分數(一般在20%左右,轉速也不能過低,過低會加速機械的磨損)。
            因此,如何設計出節能、穩定和自動化程度高的控制方案,是空壓機使用及制造企業所面臨的首要問題。隨著電力電子技術的發展,變頻驅動技術逐步引入了空壓機領域,通過大量的應用案例及實測印證該方案具有運行壓力穩定、對電網沖擊小、運行安全、在一定范圍內節能的優點。

            二、變頻螺桿空壓機的優勢分析

            傳統螺桿式空壓機工頻控制的技術弱點及變頻控制的優勢:
            (1)加、卸載調節供氣的控制方式嚴重浪費能源
            傳統的控制方式,空壓機在加載時:從設定壓力到卸載壓力的加壓過程中,電能白白浪費掉,而經過減壓閥減壓的過程,也是在浪費能量;空壓機卸載時:關閉電磁閥使電機一直在空轉,這種調整方法同樣是極大的能力浪費,卸載時的功耗約占滿載的20%~40%。
            在變頻控制方式下,變頻驅動系統通過控制電機轉速來控制氣壓,使輸出壓力始終維持在設定壓力,輸出壓力保持恒定,避免頻繁加卸載導致的電能浪費。
            空壓機屬于恒轉矩負載,單就輸出功率而言,采用變頻調速節能效果遠不如風機泵類二次方負載顯著。但空壓機大多處于長時間連續運行狀態,由于設計時都是按最大需求來選擇排氣量的,在實際運行中,非滿載運行的時間的占的比例也非常高,非滿載運行過程有著巨大的節能空間。
            (2)啟動電流沖擊大
            傳統的空壓機主電機采用Y-△減壓起動,起動電流約為額定電流3倍,仍然很大,對電網沖擊大,易造成電網不穩以及威脅其它用電設備的運行安全。
            變頻器可使電機起動、加載時的電流平緩上升,沒有任何沖擊;電機實現軟啟停,避免沖擊電流造成的危害,有利于延長設備的使用壽命;
            (3)供氣壓力穩定性差
            在產品生產環節,氣壓的穩定性對產品質量的影響是很大的,用戶對供氣壓力精度都有一定要求,傳統的空壓機為避免氣壓不足,供氣壓力較要求值要偏高一些,但這樣會使成本高、能耗大,同時頻繁的加卸載也很難保證氣壓溫度;
            變頻器可以閉環實時監測供氣管路中氣體的壓力,PID調節器比較當前壓力與設定壓力差值比較,保證輸出壓力始終維持在設定壓力,輸出壓力保持恒定,提高生產效率和產品質量。


            圖1 螺桿空壓機單變頻電控驅動系統

            三、螺桿空壓機單變頻電控驅動系統介紹

            螺桿空壓機單變頻電控驅動系統,是最新的開放式驅動技術平臺基礎上,為空壓機行業定制開發的高性能變頻電控系統,集成了空壓機設備控制與應用中的所有需求及變頻驅動功能。系統使用高性能重載型矢量變頻單元,配置變頻空壓機控制適配卡及控制面板,具有安裝調試簡易、集成度高、系統可靠性高、性價比高等優勢,代表了空壓機變頻驅動領域的領先水平。


            圖2 系統簡易接線參考圖示

            四、螺桿空壓機單變頻電控驅動系統方案優勢

            (1)高整合一體化設計
            集成空開、接觸器、繼電器等空壓機行業所應用的電氣控制元器件,無須另外布線及增加電氣元件,減少安裝時材料、人工等成本。
            (2)120%重載長期穩定運行
            針對空壓機行業這一特性,TS系列配置重載型變頻控制單元;長期過載能力為額定值的120%,更加符合空壓機實際的工作狀況。
            (3)適合空壓機特性的四級PID設定
            合理的設定三段過程壓力和持續時間,避免氣壓超調,兼顧氣壓快速響應調整,從而精準的控制氣壓。
            (4)油溫控制系統
            系統包含有油溫控制系統,根據反饋溫度和設置的啟停溫度值,控制油冷風機的啟停,保持系統油溫正常,當油溫異常時,系統會自動停機報警,保護系統安全。
            (5)LCD專用操作控制面板、時鐘顯示、多級密碼保護
            LCD專用操作控制面板可直接設置變頻單元的相關參數、壓力、溫度控制參數,實時監控空壓機運行狀態,最多可記錄八組故障記錄,方便診斷空壓機各項運行數據。
            (6)安裝、調試、維護方便
            TS電控柜省去了常用的變壓器、繼電器等二次回路電氣設備,以及銅排、線纜、端子等輔材,既減少了安裝工時,提高了生產效率,降低了裝配故障率,也使得調試時間大大減少;
            (7)其他特色功能:
            ? 壓力、溫度等信號通過液晶界面一體化設置、檢測;
            ? 空濾、油濾芯更換周期,保養時間等獨立設定;
            ? 系統提供多級密碼保護,可防止非法操作導致系統故障;
            ? 操作面板監控所有的運行參數,豐富的預警、保護功能;
            ? 提供一路獨立485通訊接口,作為遠程監控(可參考遠程監控方案部分)及控制使用或作為多臺空壓機組網(TS系列)使用;
            ? 具有實時時鐘功能,可顯示當前時間并記錄故障發生時間,方便維護及查詢;
            ? 具有自動休眠功能,有利于節能,降低設備磨損。

            五、結束語

            變頻螺桿空壓機市場正在不斷擴大,到2015年,我國的空壓機市場容量將超過300億元,國內的變頻螺桿機正在經歷普及的過程,變螺桿機雖然初始投資大,但是回報率高。隨著政府的節能減排力度的加大,客戶節能意識的提高,可以預見,變頻螺桿空壓機的成長性高、未來市場容量龐大。
            在競爭激勵的空壓機市場中,企業能否有效的提高生產效率、工藝、節能降耗從而降低生產成本,已經成了企業能否生存發展的重要因素。螺桿空壓機單變頻電控驅動系統自推向市場以來,一體化整合設計極大的提高廠家的生產效率,高性能重載型矢量變頻驅動系統既保證了空壓機系統運行穩定,也最大限度為客戶節省能源和降低維護成本,獲得了配套廠商和終端用戶的一致好評。


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