一. 引言
螺桿空氣壓縮機(jī)是提供壓縮空氣的設(shè)備，其電動(dòng)機(jī)的容量較大，且常年連續(xù)運(yùn)行，一般空壓機(jī)的用電成本占到使用成本的百分之七十以上。因?yàn)樯a(chǎn)情況的變化，工人的交替，使得用氣量的不確定性，空壓機(jī)易出現(xiàn)頻繁加載卸載，造成能源的浪費(fèi)。當(dāng)變頻器和空壓機(jī)配套使用后，空壓機(jī)的供氣壓力會(huì)更穩(wěn)定，減少卸載時(shí)間，節(jié)約生產(chǎn)成本。
圖1：合康變頻器應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)
二. 空壓機(jī)改造前運(yùn)行情況
合康變頻經(jīng)節(jié)能改造客戶邀請(qǐng)，對(duì)河南濮耐集團(tuán)有限公司四臺(tái)空壓機(jī)組成的空壓機(jī)管網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能改造。濮耐股份是國(guó)內(nèi)最大的鋼鐵行業(yè)耐火材料制品供應(yīng)商，此次改造的空壓機(jī)站共由4臺(tái)空壓機(jī)組成，分別為一臺(tái)250kW英格索蘭和三臺(tái)110kW壽力螺桿式空壓機(jī)。
設(shè)備改造前，四臺(tái)空壓機(jī)全部工作在工頻狀態(tài)。壓力采用兩點(diǎn)式控制(上、下限控制)，也就是當(dāng)空壓機(jī)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)本身的油壓關(guān)閉進(jìn)氣閥，當(dāng)壓力下降到設(shè)定值下限時(shí)，空壓機(jī)打開(kāi)進(jìn)氣閥。這樣就導(dǎo)致空壓機(jī)頻繁的卸載和加載，經(jīng)常是晚班用氣量少，而空壓機(jī)全速運(yùn)行，此時(shí)這部分電能被白白地浪費(fèi)。因此對(duì)螺桿空壓機(jī)進(jìn)行改造，使其節(jié)能、提高設(shè)備穩(wěn)定性、減少維護(hù)成本、降低噪音污染是非常有必要的。
三. 變頻節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)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)改造后系統(tǒng)需滿足以下要求：
1. 能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的用氣量調(diào)節(jié)空壓機(jī)產(chǎn)氣量，既能滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)又降低能耗。
2. 系統(tǒng)有變頻和工頻兩套控制回路，并在空壓機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，能有效控制空壓機(jī)漏油問(wèn)題。
3. 原有系統(tǒng)采用變頻器進(jìn)行調(diào)速后，不能改動(dòng)空壓機(jī)原來(lái)的主回路以及二次回路的控制方式。
4. 降低運(yùn)行噪音，特別在啟動(dòng)時(shí)和滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)，噪聲要明顯減小。
四. 空壓機(jī)變頻改造實(shí)施方案
空壓機(jī)的主電動(dòng)機(jī)是250kW的電動(dòng)機(jī)，額定電流450A，合康變頻技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提供一臺(tái)HID600A系列高性能變頻器來(lái)控制空壓機(jī)，通過(guò)遠(yuǎn)傳壓力表來(lái)反饋儲(chǔ)氣罐的壓力，當(dāng)反饋壓力高于生產(chǎn)需求壓力時(shí)，變頻器降頻運(yùn)行，直至設(shè)置的下限頻率，當(dāng)下限頻率持續(xù)運(yùn)行300S后，變頻休眠;當(dāng)反饋壓力低于需求壓力時(shí)，變頻器頻率上升，空壓機(jī)加載運(yùn)行。電氣系統(tǒng)采用工變頻旁路設(shè)計(jì)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)工變頻旁路開(kāi)關(guān)切換到原有工頻運(yùn)行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其電氣主回路圖如下:
圖2：恒壓供氣原理圖
改造前的主電動(dòng)機(jī)一直全速運(yùn)行，在運(yùn)行的過(guò)程中，氣壓是一直往上升的(就算生產(chǎn)工藝不需要那么大壓力)，當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力一直上升到上限壓力，這時(shí)空壓機(jī)才會(huì)停止加載。通常在設(shè)置這個(gè)參數(shù)值的時(shí)候，一般會(huì)綜合考慮設(shè)備的使用率和生產(chǎn)工藝的需要，上限值一般會(huì)設(shè)置比實(shí)際需要值大2bar的壓力作為上限，排氣壓力升高會(huì)對(duì)功率消耗產(chǎn)生影響，壓力每升高1bar消耗功率增加6%左右。
在采用變頻器PID恒壓控制系統(tǒng)后，變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，裝在儲(chǔ)氣罐的壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳給控制器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力始終維持在設(shè)定壓力，從而得到恒定的氣壓。
合康變頻器針對(duì)主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電流、設(shè)備的沖擊，使用優(yōu)化后的SPWM算法，使電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，同時(shí)增加啟動(dòng)力矩，還減少?zèng)_擊電流對(duì)其他設(shè)備的干擾;在加速過(guò)程采用了先進(jìn)的多點(diǎn)加速曲線，減少因快速啟動(dòng)對(duì)機(jī)頭的軸承和主螺桿的磨損，可以大大地增加設(shè)備的使用壽命及機(jī)械設(shè)備的維護(hù)周期。另外，如果變頻器一旦出現(xiàn)故障，生產(chǎn)工藝不允許空氣壓縮機(jī)停機(jī)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，電源通過(guò)工頻接觸器直接供電，使空壓機(jī)能照常工作。
