空氣壓縮機(jī)變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 鄭州卷煙廠 周亞麗 王建忠 李明偉

空氣壓縮機(jī)變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 鄭州卷煙廠 周亞麗 王建忠 李明偉

空氣壓縮機(jī)的種類有很多，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載的控制方式，如美國壽力螺桿壓縮機(jī)采用了這種控制方式。該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但存在能耗高、進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問題。本文，筆者根據(jù)多年的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，提出一種改進(jìn)控制方案。

一、設(shè)備現(xiàn)狀

1.能耗分析。美國壽力固定式螺桿空壓機(jī)的啟動方式為星—三角啟動方式，該方式能耗高，噪音大。加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來回變化。Pmin為最低壓力值，指能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmax與Pmin關(guān)系可以表示為Pmax＝（1＋δ）Pmin。這里，δ取值在10%～25%。而若采用變頻調(diào)速技術(shù)，可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能夠滿足供氣的工作壓力上。由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要為壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量。在壓力達(dá)到Pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升（直到Pmax）。在這一過程中，必將會向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。

2.卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所增加消耗的能量。通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到Pmax時(shí)，空壓機(jī)的降壓卸載可通過關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。但這時(shí)的電機(jī)仍以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。據(jù)測算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿載運(yùn)行的10%～15%。很明顯，在加載、卸載供氣控制方式下，這種調(diào)節(jié)方法造成很大的能量浪費(fèi)和噪聲。

3.其他不足之處。

（1）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)。當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。致使用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

（2）頻繁打開和關(guān)閉放氣閥，使放氣閥的耐用性得不到保障。

二、改進(jìn)方案

針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，可采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制。把管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器YB將儲氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柊l(fā)至PID智能調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值P0作比較，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)生控制信號送變頻調(diào)速器，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力P0。同時(shí)，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)。另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)可由變頻器來啟動，實(shí)現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。控制系統(tǒng)流程如圖1所示。

端子FWD和CM為變頻器啟動/停止控制端。通過FWD和CM的連接或斷開，控制變頻器的運(yùn)行或停止。另一路外接的AC 220 V變DC 24 V直流電源為智能控制器和角度變送器提供工作電源，使壓力變送器能夠反饋4～20 mA的電流信號到智能控制器。再由智能控制器經(jīng)過壓力整定，把信號傳給變頻器，從而對變頻器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制空壓機(jī)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速（即負(fù)荷大?。瑥亩箟嚎s機(jī)可靠地工作在恒壓狀態(tài)下。

三、元器件的選型

1.變頻器。選用美國壽力固定式螺桿空壓機(jī)電機(jī)，功率220 kW，頻率50 Hz，額定電壓380 V，額定電流440 A，選用1臺丹弗斯VLT6000/250 kW型變頻器。因?yàn)槊绹鴫哿β輻U空壓機(jī)是一種大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載，因此選用丹弗斯VLT6000/250 kW型變頻器。

2.控制器。選用蘭利牌PID智能控制器1個(gè)，型號為AL808，單路輸入/輸出，輸出4～20 mA的模擬信號，測量精度0.2%。

3.壓力變送器。選用壓力變送器1個(gè)，型號為HX-T61，量程0～10 MPa，輸出4～20 mA的模擬信號，精確度0.5%FS。

4.PID參數(shù)。由于用于控制變頻器，不允許輸出信號頻繁變化，因此只能采用PI調(diào)節(jié)方式，以減少對變頻器的沖擊。

四、節(jié)能估算

改造后，空壓機(jī)電機(jī)的能耗降低了22%。由此可進(jìn)行如下節(jié)能估算。

空壓機(jī)電機(jī)電流差值為改造前空壓機(jī)電機(jī)平均電流減改造后空壓機(jī)電機(jī)平均電流，即398A-365A=49A，改造前空壓機(jī)電機(jī)平均功率為P＝√3UI×cosφ=1.732×380×398×0.85=222（kW），改造后空壓機(jī)電機(jī)平均功率為P＝√3UI×cosφ=1.732× 380×365×0.85=204（kW），節(jié)省功率為222 kW-204 kW=18 kW，每年平均節(jié)約電費(fèi)為18×0.75×24×26×12=10.1（萬元），節(jié)約成本非?？捎^。