ＴＰ變頻器在空氣壓縮機系統(tǒng)中的應用

張樹偉　龔彥波

摘要:由于空壓機是結(jié)構(gòu)復雜的通用設備,運轉(zhuǎn)時間長,配備電機功率較大,因而降低空壓機的功耗,提高空壓機的經(jīng)濟運行,對節(jié)能具有一定意義。盡管我們加強日常運行管理:減少泄漏、合理潤滑、定期維護,但是共蘊藏的節(jié)能潛力遠未被挖掘出來。下面就作簡單分析。

關鍵詞:節(jié)能;空壓機;電機

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展特別是21世紀初WTO的加入,能源的安全已成為擺在我們面前的一個刻不容緩的問題。全國范圍內(nèi)的連續(xù)限電已向我們拉響了能源的警報。也是關系到我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要因素。同時異常激烈的市場競爭已滲透到各行各業(yè)的每個角落中。生產(chǎn)型企業(yè)怎樣能否有效的提高生產(chǎn)效率、工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本,保住產(chǎn)品優(yōu)勢業(yè)亦成為各廠家發(fā)展中的首要問題。據(jù)不完全統(tǒng)計在我國的電能的60%是被各行各業(yè)中廣泛使用的風機、水泵所消耗,而空壓機則占了60%中的15%左右?？上攵淠晗牧坑卸啻?。我們通常使用的都是活塞式空壓機,活塞在氣缸內(nèi)作往復運行,周期性地改變缸內(nèi)的容積,從而使氣缸內(nèi)氣體容積發(fā)生變化,并與氣缸內(nèi)氣閥作相應的開閉動作配合,通過吸氣、壓縮、排氣等動作,將無壓或低壓氣體升壓,并輸出到儲壓罐內(nèi)。

首先,空壓機的驅(qū)動軸上所需要的軸功率,與排氣壓力、空壓機轉(zhuǎn)速有直接的關系,也就是說,在實際運行中,由于壓縮空氣的使用隨時在變化,空壓機并不經(jīng)常在額定工況下運行,而空壓機排氣壓力的高低則直接影響到實際軸功率的大小。排氣壓力越高,所需軸功率也越大。試驗證明滿負載時,空壓機的輸入電流(功率)與排氣壓力的關系符合圖2曲線與關系式。

其次,為滿足用氣量的隨時變化要求,儲氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力,我廠濾池運行壓力為0.65-0.80MPA,目前大多數(shù)空壓機均采用切斷進氣的調(diào)節(jié)方式來改變排至儲氣罐的氣量。對于空壓機氣量的供求關系表現(xiàn)為排氣壓力的變化,空壓機排氣量正好滿足生產(chǎn)用氣量要求時,儲氣壓力保持不變,若能維持這種狀態(tài)當然最佳,但實際上用氣量是隨時變化的,而且設計冗余量較大,所以空壓機排氣量都要大于用氣量,如果空壓機仍恒速運轉(zhuǎn),則儲氣罐內(nèi)的氣體越積越多,當罐內(nèi)壓力上升達到設定壓力時,一般采用兩種辦法:一種是空壓機卸荷運行,不產(chǎn)生壓縮氣體,電動機處于空載運轉(zhuǎn),其用電量仍為滿負載的30-60%,這部分電能被白白浪廢掉。另外一種辦法是停止空壓機運行,這樣似乎空壓機空轉(zhuǎn)或不斷放空所浪費的電能被消除了,但是若無容積較大的儲氣罐,將會帶來電動機的頻繁啟動,空壓機的空載啟動電流大約是額定電流的5-7倍,對電網(wǎng)及其它用電設備沖擊較大,同時使空壓機的使用壽命也會縮短。

綜上所述,由于空壓機可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運行,電機輸入功率大大下降,輔以壓力閉環(huán)控制,實現(xiàn)空壓機的供氣壓力-轉(zhuǎn)速的動態(tài)匹配,減少了電機的實際輸入功率,達到節(jié)能目的。即電機的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來控制,壓縮機需要多大的功率,電機就輸出多大的功率,而不必做無用功,從而取得良好的節(jié)能效果,節(jié)能的第二方面是空壓機停止了空轉(zhuǎn),電機不存在輕載運行,這部分能量很可觀。

相應帶來的其它好處是:供氣壓力穩(wěn)定,通過壓力調(diào)節(jié)器,可使空壓機保持在設定的壓力值下工作,壓力穩(wěn)定可靠性高,而且壓力可以無級設定,隨時可調(diào)。電機實現(xiàn)軟啟動,壓縮機的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長?？諌簷C排氣量由空壓機的轉(zhuǎn)速來控制,氣缸內(nèi)氣閥片不再反復地開啟和關閉,閥座、彈簧等工作條件大大改善,避免了高溫、高壓氣體急劇的流動與沖擊,維修工作量減少。

示例1、以下為某水廠的空壓機運行狀況:

自來水廠的每日供水量隨季節(jié)天氣的變化而不同,一日之隨每時的供水量也隨時間晝夜而有別。水廠的供水量始終處于動態(tài)的變化之中,濾池的運行數(shù)量也在不斷地改變。水廠濾池總數(shù)為32格,進水閘板、排水閘板、反沖氣蝶閥、反沖水蝶閥與出水蝶閥都采用氣動控制,以四臺空壓機(兩用兩備)組成的空壓站供給氣源。以下是濾池空壓站節(jié)能效果的測算:(空壓機配用電機Pe=11KW,Ie=22.3A,Ue=380V)

只運行-組濾池(16格)

現(xiàn)場實測:只開啟一臺空壓機,卸荷時運行電流為11A,電壓為400V,功率因數(shù)約為0.85,消耗有功功率:

P=3×400×11×0.85=6477.68W=6.4777KW

載荷-卸荷時間比為8:6,那么一年一臺空壓機卸荷運行所需電能為:

W=P×24×365×6÷14=24319.06kWh

例2 一組濾池全部投運,另一組運行4格(共20格)

現(xiàn)場實測:只開啟一臺空壓機,這時空壓機不再有卸荷運行,儲氣罐壓力為0.65MPA,輸入電流為20A,沒有做無用功。

兩組濾池全部運行(32格)

必須將兩臺空壓機全部投入運行,這時運行情況與1類似。

1 空壓機變頻調(diào)速的實現(xiàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場情況,目前控制濾池氣動閥共有四臺(兩用兩備)空壓機,型號相同。選用一臺TP變頻器輪換去驅(qū)動兩臺空壓機,這樣在運行兩臺時,一臺調(diào)速一臺定速;再輔以適當?shù)目刂乒δ?實現(xiàn)整個空壓站的恒壓自動控制,該系統(tǒng)可以根據(jù)儲氣罐壓力的變化,自動調(diào)節(jié)空壓機的轉(zhuǎn)速和空壓機的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。

該系統(tǒng)自動化程度高,運行方式合理,不到一年時間就能收回投資。當然,空壓機采用了變頻調(diào)速后,對空壓機正常運行有無影響應該注意,首先是潤滑問題,其實空壓機轉(zhuǎn)速越低,吸、排氣壓力差越小,潤滑油耗量也就越小,即所謂“低轉(zhuǎn)速,低潤滑”。

變頻器性能要求:

2 由于空壓機同時具備了變轉(zhuǎn)矩負載和恒轉(zhuǎn)矩負載的特性。所以我們選用了德國原裝的TP2200A系列變頻器,它的過載特性最高可達電機額定電流的200%,IGBT的極限電流為額定電流的6倍。全面的電機保護功能保證空壓機的長期無故障運行。且由于其唯一的出廠24個月保質(zhì)期最大限度的保護用戶利益。

3 TP2200變頻器采用多種控制模式包括磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等,可以保證變頻器足夠的轉(zhuǎn)矩輸出。

4 TP2200變頻器內(nèi)置PI功能,可以直接輸入壓力信號便于壓力閉環(huán)控制。

5 TP2200可以在0℃-55℃中的環(huán)境溫度無障礙運行(一般空壓機安裝場合溫度較高);甚至可以在海拔4000M的高原地區(qū)正常使用;可在320V到528V之間,寬電壓運行;

總之TP2200系列變頻器在各行各業(yè)中,特別是對變頻器性能、功能要求較高的場合已逐漸得到廣泛的應用,以上案例僅為拋磚引玉。