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寶米勒空壓機專用驅動器的應用

發布時間:2016/01/08


一、概述:

  常見大中型空壓機為螺桿式或活塞式壓縮機。工作時由一臺電動機帶動螺桿或活塞向氣罐充氣,當氣罐壓力升至設定的最高

壓力時離合片動作,電機自動卸載,電機空轉,螺桿或活塞停止壓縮空氣。

二、改造前的設備狀況


                      傳統空壓機的工作圖

傳統空壓機的問題:

1、電能浪費嚴重 

傳統的加卸載式空壓機,能量主要浪費在: 

(1)加載時的電能消耗 

    在壓力達到所需工作壓力后,傳統控制方式決定其壓力會繼續上升直到卸載壓力。在加壓過程中,一定會產生更多的熱量和噪音,

從而導致電能損失。另一方面,高壓氣體在進入氣動元件前,其壓力需要經過減壓閥減壓,這一過程同樣耗能。 

( 2)卸載時電能的消耗 

   當達到卸載壓力時,空壓機自動打開卸載閥,使電機空轉,造成嚴重的能量浪費。空壓機卸載時的功耗約占滿載時的30%~50%,可

見傳統空壓機有明顯的節能空間。 

2、工頻啟動沖擊電流大 

    主電機雖然采用Y-△減壓起動,但起動電流仍然很大,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。對于自發電工廠,數倍的額定電流沖擊,可能導致其他設備異常。 

3、壓力不穩,自動化程度底低

   傳統空壓機自動化程度低,輸出壓力的調節是靠對加卸載閥、調節閥的控制來實現的,調節速度慢,波動大,精度低,輸出壓力不穩定。 

4、設備維護量大 

    空壓機工頻啟動電流大,高達5~8倍額定電流,工作方式決定了加卸載閥必然反復動作,部件易老化,工頻高速運行,軸承磨損大,設備維護量大。 

5、噪音大 

    持續工頻高速運行,超過所需工作壓力的額外壓力,反復加載、卸載,都直接導致工頻運行噪音大。

三、變頻改造的優勢


1、節能 

   節能原理:變頻調速系統以輸出壓力作為控制對象,由變頻器,壓力傳感器、電機組成閉環恒壓控制系統,工作壓力值可由操作面板直接設置,現場壓力由傳感器來檢測,轉換成4~20mA電流信號后反饋到變頻器,變頻器通過內置PID進行比較計算,從而調節其輸出頻率,達到空壓機恒壓供

氣和節能的目的,變頻節能表現在:

(1)、變頻器通過調整電機的轉速來調整氣體流量,使電機的輸出功率與流量需求成正比,保持電機高效率工作,功率因數高,無功損耗小,節電效果明顯; 

(2)、按嚴格的EMS標準設計,高速低耗的IGBT以及采用了高效的失量控制算法,使得變頻器諧波失真和電機的電能損耗最小化;
(3)、自動快速休眠使得空載時間變短,電機完全停止,最大程度節能。無沖擊啟動及低頻大轉矩特性保證變頻器隨時帶載起停。 

節能空間:
灰色:變頻空壓機功耗曲線
綠色:節能部分A,變頻空壓機比普通空壓機節省的能量
淺藍色:節能部分B,變頻空壓機可能節省的能量。B為當變頻空壓機已進入空久停機休眠階段,而普通空壓機沒有進入休眠時,變頻空壓機節省的能量。如果變頻空壓機也沒有進入休眠,則B=0。
剛啟動或休眠后啟動時,普通空壓機和變頻空壓機均運行在額定功率附近。因此變頻空壓機可以保證充氣的快速性。

2、啟動電流小,對電網無沖擊
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;可使電機實現軟停,避免反生電流造成的危害,有利于延長設備的使用壽命
3、輸出壓力穩定
采用變頻控制系統后,可以實時監測供氣管路中氣體的壓力,使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定,提高生產效率和產品質量;


4、設備維護量小  
    空壓機變頻啟動電流小,小于2倍額定電流,加卸載閥無須反復動作,變頻空壓機根據用氣量自動調節電機轉速,運行頻率低,轉速慢,軸承磨損小,設備使用壽命延長,維護工作量變小。 
    5、噪音低  
    變頻根據用氣需要提供能量,沒有太多的能量損耗,電機運轉頻率低,機械轉動噪音因此變小,由于變頻以調節電機轉速的方式,不用反復加載、卸載,頻繁加卸載的噪音也沒有了,持續加壓,氣壓不穩產生的噪音也消了。  總之,采用變頻恒壓控制系統后,不但可節約一筆數目可觀的電力費用,延長壓縮機的使用壽命,還可實現恒壓供氣的目的,提高生產效率和產品質量。

四、寶米勒MC200K變頻器的特點


針對空壓機的特殊控制需求:一體化的專用變頻器 + 用戶可選的操作界面,對比一般采用標準變頻器+專用控制器的方式。有更多優點:
變頻器與空壓機的運行特性緊密的結合,這是普通專用控制器無法做到的,不能專門針對空壓機工況:滿壓啟動、高環境溫度設計、電壓
波動能力等方面進行設計。未來向高端發展,如:網絡化控制,遠程智能管理上,普通控制器也很難做到。
為了將變頻器更好地融入到空壓機控制系統當中,采用一體化的結構設計,更緊密貼近空壓機行業需求,實現了更加優異的控制性能:
1、內置的控制器完成空壓機的所有控制功能。
控制器與變頻器完美地結合成了一個有機整體,用戶再不用配備額外的控制器,同時也大大簡化了用戶的安裝接線和保養維護操作。
2、與變頻器快速的交換數據,較傳統方式快5-10倍。
變頻器能根據壓力傳感器反饋的壓力信號,經過處理后直接調整電機的輸出頻率,而不需要像傳統方式那樣,通過控制器處理后給出一個
模擬量作為變頻器頻率給定。這就大大降低了模擬量波動所帶來的精度不穩,同時通過485通訊,數據能以更快速更準確的方式進行交換。
3、更有效的壓力控制精度和響應時間
變頻器的頻率給定可以精確到0.01Hz,開環矢量控制穩速精度可±0.2%,甚至可以一轉一轉地控制電機轉速,并且能自動補償高負載時馬達的轉速變動。這就大大提高了系統的壓力控制精度,快速精確地響應實際壓力的變化

五、變頻改造方案設

根據對客戶現場了解,我們選用內置式一體化解決方案,選配合適的MC200G2500T4K   1臺,并配置相應的交流接觸器、壓力傳感器等器件,使空壓機實現變頻控制。并保留原有的工頻控制方式,如變頻出現故障時可以采用工變頻切換方式。


                                        控制原理圖


六、節能率估算:

1、耗能分析:螺桿壓縮機的運行原理決定了壓縮機的能耗,當壓縮機的產氣量大于用氣量時壓縮機會卸載,當設備用氣量大于產氣量時壓縮機會加載,這樣不停加卸載造成管網壓力很不穩定,電流波動也比較大

2、節能空間分析:

1)、壓縮機卸載時壓縮機做的全部是無用功

2)、當壓縮機加載時上升的壓力也是不必要的,因為加載壓力設定就是你的最低需求壓力

3)、一般的空氣壓縮機壓縮空氣的能耗就是這兩部分

4)、這兩部分的能耗都有計算方法。

3、能耗計算方法:

1)、卸載能耗約占壓縮機功率的52% (可以測電流得到精確數據)220A/ 420A= 52%   (壓縮機功率滿載約250KW)  ,卸載功率=250×52% = 130KW ,加載功率在250KW. 
2)、KP 壓力上升1KG,能耗約占整個系統的7% 
3)、壓力設定在5.7-7.0之間,把空壓機的進氣門一直打開,空壓機理論上是出于一直加載狀態
4)、統計今年自10月21日9時至10月30日22時期間共230小時的運行記錄,5號機的平均加載率是:57.7%。,平均卸載率42.3%,空壓機月平均運行時間700小時。
5)、一月節約計算:月卸載時做無用功=卸載功率×卸載率×運行時間=130kw*42.3%*700=38493度
月加載時升高1公斤壓力耗電量=加載功率×加載率×運行時間×KP=250*57.7%*700*7%=7068.2度=45561度
月總節電量=月卸載時做無用功+月加載時升高1公斤壓力耗電量=38493+7068.2=45561度
但是壓縮機改造變頻后不能完全的消除卸載,因為螺桿壓縮機在變頻到25HZ后再不能再降低轉速,降低后效率急速下降,所以卸載的20%能耗不能節約,這樣每月總節約為:45561*80%=36449度電用電記錄:5號每耗電量為158760度,節電率=36449/158760=23%.



 





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