變頻調(diào)速技術(shù)在空氣壓縮機系統(tǒng)中的應(yīng)用2

一、概述

交流調(diào)速技術(shù)是電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)等多門學(xué)科相結(jié)合發(fā)展的產(chǎn)物，基本原理是通過大功率電子開關(guān)器件及智能控制技術(shù)將電網(wǎng)的工頻交流電經(jīng)過整流、逆變等過程，將固定頻率的交流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，用來拖動電動機等負(fù)荷，從而可以實現(xiàn)對電動機的無級調(diào)速?，F(xiàn)在世界上許多先進(jìn)國家大多采用此技術(shù)。此技術(shù)已經(jīng)成型，發(fā)展也比較快。交流調(diào)速技術(shù)有以下顯著的優(yōu)點：

1、

輸出功率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)電動機無級調(diào)速。

2、

功率因數(shù)高，利用效率高，節(jié)能效果顯著。

⑴有發(fā)無功功率的能力，不消耗電網(wǎng)上的無功。

⑵穩(wěn)壓性能好。如設(shè)備在額定功率下運行，能保證電動機在額定電壓下運行，從而避免了因電壓高（低）對電機所造成的危害。

⑶在電動機的負(fù)荷低于額定功率時，它可以根據(jù)給定值來調(diào)整電動機的輸出功率。3、

對電網(wǎng)電壓波動有很大的適應(yīng)能力，并能大大減少系統(tǒng)對電網(wǎng)的污染。（經(jīng)過盡一年來的運行，我單位的兩臺ME工業(yè)控制計算機從沒有因為變頻系統(tǒng)而影響本身的正常運行）。

4、

可調(diào)范圍（頻率可在0Hz～400Hz之間進(jìn)行調(diào)節(jié)）寬，可以實現(xiàn)大范圍調(diào)速，并能保證很硬的輸出特性，并且動態(tài)響應(yīng)特性好，調(diào)速精度高。適用于各種壓力、溫度、速度、流量的控制。5、

采用智能化控制，有完善的保護(hù)性能，使用安全可靠，操作簡方便。并且具備電機啟動運行所需要的電氣保護(hù)。

6、

啟動、停止平穩(wěn)，極大地緩和了對電動機的沖擊，使電動機能夠平穩(wěn)地加速或減速，從而避免了驟然啟動或驟然停止所造成的損害，大大延長了電動機及整套機組的使用壽命。

除此之外，更兼其體積小、重量輕、通用性強的特點，因此，變頻調(diào)速技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這將極大地提高工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動化水平，從而可以實現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的目的。

二、國際變頻技術(shù)的應(yīng)用范圍

當(dāng)今世界，許多先進(jìn)國家都在大范圍地應(yīng)用變頻技術(shù)，它們生產(chǎn)的交流接觸器本身就具有變頻能力。低壓電動機從0.75KW～800KW都能應(yīng)用變頻技術(shù)，從而達(dá)到合理控制電動機的負(fù)荷輸出，達(dá)到節(jié)能的目的。在高壓設(shè)備上變頻技術(shù)的應(yīng)用比較少，一是因為高壓設(shè)備功率大、電壓高，需要專用的變壓器和變頻器，并且變頻器的耐壓等級的要符合高壓設(shè)備的要求，成本很高，不利于廣泛地推廣應(yīng)用。二是高壓設(shè)備大多采用無功補償?shù)姆椒▉硖岣咴O(shè)備的功率因數(shù)，所以國外的高壓設(shè)備基本不采用變頻技術(shù)。

三、國內(nèi)變頻技術(shù)的應(yīng)用狀況

我們國內(nèi)的變頻技術(shù)起步較晚，應(yīng)用的很不廣泛。國內(nèi)生產(chǎn)變頻設(shè)備的技術(shù)能力有限，達(dá)不到正常生產(chǎn)要求，現(xiàn)在我們所用的變頻設(shè)備大多從美、日、德等國引進(jìn)，成本比較高，加之人們對變頻技術(shù)的應(yīng)用并不十分了解，所以造成了我國變頻技術(shù)應(yīng)用不廣泛的現(xiàn)象。我國目前的變頻技術(shù)正處于推廣應(yīng)用階段。在不遠(yuǎn)的將來，我們的變頻應(yīng)用技術(shù)將會在工業(yè)生產(chǎn)中大顯身手，達(dá)到增收節(jié)能的目的。

四、空壓機變頻技術(shù)的提出

我們單位的設(shè)備用氣系統(tǒng)在九七年11月份以前一直采用四臺柳州第二空壓機廠生產(chǎn)的空氣壓縮機，其電動機分別為37KW的兩臺、22KW的兩臺。以保證工廠自動控制用的壓縮空氣。

該裝置自投產(chǎn)以來，正常以兩臺空壓機運行，（一臺電動機為37KW，一臺電動機為221KW），空壓機的加、減載過程由機械加、減載閥控制，兩臺機加、減載控制壓力不能相差太大，當(dāng)有一臺略不好用（減載失靈）的情況下，將造成壓縮機長期加載運行，因一臺壓縮機達(dá)不到生產(chǎn)的需要，兩臺壓縮機同時加載運行，將會造成儲罐壓力升高。為避免這種情況的發(fā)生，需要經(jīng)常對儀表風(fēng)儲罐進(jìn)行放空，這對機械與電氣運行都很不利，即浪費了電能，又增加了設(shè)備檢修的周期。當(dāng)壓縮機的加載失靈時，將會造成壓力降低，直接影響整個裝置的正常運行，同時又增加了崗位工人的勞動強度。

根據(jù)上述情況，在參考有關(guān)技術(shù)資料的前提下，我們提出了在空壓站安裝一套變頻調(diào)速裝置的設(shè)想，對兩臺22KW的電機進(jìn)行調(diào)頻控制，以滿足節(jié)能降耗的要求，此設(shè)想得到了分公司領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，很快付諸于實施。

五、空壓機工藝系統(tǒng)流程圖

六、系統(tǒng)控制方案的選擇

該系統(tǒng)有三種控制方案，它們分別為強手動、手動和自動。

強手動主要是為了在發(fā)生事故時，變頻器、編程控制器等自動設(shè)備出現(xiàn)故障或檢修時，為了保證生產(chǎn)的正常運行而采取的一種預(yù)防措施。

手動調(diào)頻方式是在現(xiàn)場調(diào)試或壓力傳感器出現(xiàn)故障閉環(huán)控制回路被斷開而采取的一種調(diào)節(jié)方式，是一種開環(huán)控制系統(tǒng)。其控制框圖如圖一所示，這種控制方式使電機在一個定常頻率下工作（其頻率設(shè)定值是一個經(jīng)驗值）當(dāng)裝置的用風(fēng)量基本不變時，這種工作方式還是可以的，但出現(xiàn)用風(fēng)量波動較大時，這種工作方法就顯得無能為力了，在正常的情況是自動調(diào)頻方式。這是一種閉環(huán)控制環(huán)節(jié)。其控制框圖如圖二所示。

七、系統(tǒng)操作說明

強手動

自動

1號機2號機3號機4號機

手動

調(diào)頻

起動

起動

起動

起動

報警

運行

停止

停止

停止

停止

報警復(fù)位電源

圖三

強手動運行的操作方式

圖三為變頻控制柜盤面示意圖。在三種控制方法中，強手動的優(yōu)先級別最高。當(dāng)進(jìn)行強手動操作時，應(yīng)首先打開柜門將K1開關(guān)合上（正常情況下該開關(guān)是打開的，只有選擇強手動運行方式時才合上此開關(guān)），然后進(jìn)行面板操作（如圖三所示），強手動的操作按鈕為黑框內(nèi)的按鈕，此時其他按鈕操作無效。具體的操作方法如下：

按下強手動按鈕，這時強手動指示燈亮。

1、

選擇要起動的電機，按下相應(yīng)的按鈕（此按鈕為自保按鈕，按下后凹下）電機起動，相應(yīng)的運行指示燈亮。

2、

如果將該電機停運，只需要再次按動此按鈕，使按鈕彈起，電機即可停止運行。

自動調(diào)頻工作方式

自動調(diào)頻方式是正常的工作方式，這時整個系統(tǒng)構(gòu)成一個閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（見圖二），能自動調(diào)節(jié)空壓機的工作情況，保持儀表風(fēng)儲罐內(nèi)的壓力保持在設(shè)定值上。其具體的操作方法如下：

1、

按下自動操作方式按鈕，相應(yīng)的指示燈亮，此時系統(tǒng)處于自動工作方式。

2、

選擇要起動的電機，按下相應(yīng)的按鈕（此按鈕是點動式）電機起動，相應(yīng)的指示燈亮。

3、

如果將該電機停運，按下相應(yīng)的停止按鈕，電機即可停止運行，相應(yīng)的指示燈熄滅。

注意事項：由于三號、四號機是受同一變頻器控制的，這兩臺電機不能同時工作，兩者之間是互鎖的關(guān)系，即當(dāng)一臺機運行時，另一臺機將無法起動。在運行中切換時，電機停止要有一定時間的延時（約12秒），要等到該電機運行指示燈熄滅后，才能起動另一臺電機。

手動調(diào)頻工作方式

手動調(diào)頻時，系統(tǒng)處于開環(huán)工作方式（如圖一所示），空壓機的工作情況是人為設(shè)定的。其具體的操作方法如下：

1、

按下手動操作方式按鈕，相應(yīng)的指示燈亮，此時系統(tǒng)處于手動工作方式。

2、

選擇要起動的電機，按下相應(yīng)的按鈕（按鈕是點動式）電機起動，相應(yīng)的指示燈亮。

3、

如果將該電機停運，按下相應(yīng)的停止按鈕，電機即可停止運行，相應(yīng)的指示燈熄滅。

注意事項：手動調(diào)頻時，頻率不能低于30Hz，否則將因為電機的轉(zhuǎn)速過低、電流過大而燒毀電動機。在自動調(diào)頻控制時，我們設(shè)定的最低頻率也是不低于30Hz的。

系統(tǒng)在正常運行時（自動或手動），當(dāng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動停機，以保護(hù)電動機，同時報警燈閃爍報警，只有按下故障復(fù)位按鈕后，電機才能重新起動。

八、變頻前耗能情況與變頻后耗能情況的比較

變頻前耗電計算：

（37+22）KW×24小時×0.75效率

=1062KW/日

全年按330天計算:

1062KW×330=350460KW.h

350460×0.39=1,36679.40元

安裝變頻器以后數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

時

間

頻率Hz

電壓V

電流A

04年11月3日1時

34.6

200

39.5

04年11月3日2時

36.9

235

39.5

04年11月3日3時

39.15

260

39.5

04年11月3日4時

40.15

271

39.5

04年11月3日5時

40

270

39.5

04年11月3日6時

42.2

294

39.5

04年11月3日7時

45.5

330

40

04年11月3日8時

35.7

222

38

04年11月3日9時

33.75

222

38

04年11月3日10時

33.65

200

37

04年11月3日11時

33.4

197

39

04年11月3日12時

33.7

200

39

04年11月3日13時

33.6

199

37

04年11月3日14時

34.8

212

39

04年11月3日15時

35.7

222

38

時

間

頻率Hz

電壓V

電流A

04年11月3日16

04年11月4日3時

42.15

293

39

04年11月4日4時

42

292

37

04年11月4日5時

41

281

38

04年11月4日6時

41.2

283

38

04年11月4日7時

42.4

296

38

04年11月4日8時

46.5

341

37

04年11月4日9時

43

303

39

04年11月4日10時

41.4

285

39

04年11月4日11時

39.2

261

38

時

間

頻率Hz

電壓V

電流A

04年11月4日12時

39.5

264

39

04年11月4日13時

39

260

39

04年11月4日14時

39.5

264

39

04年11月4日15時

41.7

288

37

說明：

1、

統(tǒng)計表的數(shù)值為一小時的平均值（每小時抄表四次）。

2、

調(diào)頻頻率在50Hz～36Hz時，頻率每下降1Hz電壓將下降11V。

3、

調(diào)頻電流基本不變。

4、

經(jīng)過計算這兩天的平均頻率為37.88Hz；平均電壓為254V。

投入變頻前與投入變頻后相比，22KW電機每小時可節(jié)電

1.732×U1×I1－1.732×U2×I2

=1.732×380×39－1.732×254×39

=8.51KW.h

每年按330天計算，可節(jié)余電量：

330×24×8.51=67399KW.h

節(jié)約費用67399×0.39=26285.60元

式中：U1—變頻前電壓

I1—變頻前電流

U2—變頻后電壓

I2—變頻后電流

照此計算，在兩年內(nèi)即可收回變頻器投資。

通過上述論證，該變頻器投入運行以后，達(dá)到了生產(chǎn)裝置所需的供風(fēng)量和供風(fēng)壓力，基本取消了因機械引起的加減載工作，減少了崗位工人的勞動強度，并節(jié)約了一定的能源。

九、目前存在的待解決的問題

變頻技術(shù)在我國尚處于推廣應(yīng)用階段，需要解決的問題有：

1、

加強對變頻技術(shù)的認(rèn)識，以便在更大的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用此技術(shù)。

2、

加強維修人員的培訓(xùn)工作，改變那種變頻器出現(xiàn)故障缺少維修人員的狀況。

3、

加快變頻器國產(chǎn)化的速度，以節(jié)約一次性投資過大的問題。

十、變頻技術(shù)