空压机变频器改造技术分析

2014-12-12周建军

中国科技纵横 2014年21期

关键词：变送器空压机变频器

周建军

(重庆天泰铝业有限公司,重庆 401328)

空压机变频器改造技术分析

周建军

(重庆天泰铝业有限公司,重庆 401328)

当前,空压机是我国工业制造行业的重要源动力,空压机的能耗问题也引起了社会各界的广泛关注。然而,由于我国当前对空压机变频器的改造技术重视不足,导致空压机变频器的节能性能低。本文从近几年空压机的发展概况入手,分析空压机变频器改造技术的重要价值,为空压机变频器的改造设计方案,并对空压机变频器的改造效果进行总结。

空压机空气压缩机变频器改造

1 前言

当前，我国工业制造业空压机使用普遍存在能源浪费的情况根据二〇〇八年的数据统计，我国的工业制造业的空压机电力消耗方面总共为2140亿千瓦时，这一数据大约占到全国用电量的百分之六。而与日本相比，日本工业制造业空压机电力消耗仅为400亿千瓦时。这一巨大的差距，使得我国不得不思考空压机变频器改革方面的问题。

2 空压机变频器改造技术的重要价值

2.1 空压机工频和变频的对比

对空压机而言，电机的功率很大，在启动电机时常常通过星—三角启动，在加载和卸载方面都是瞬间完成的。在这种情况下，会导致空压机在启动时需要较大的电流，并且在加载和卸载时对设备的影响较大。另外，大幅度的启动电流不仅会导致空压机电源电压出现上下波动，还会加速设备的磨损，减少设备的工作寿命。

因传统的空压机中的拖动电机无法对自身进行调速，所以也无法直接通过压力和流量的变动，完成降速与输出功率的配对工作。由于空压机电机不能频繁启动，因此当用气量少时空压机仍然需要保持运行状态，这样的空载运行消耗了大量的电力能源。

空压机变频器改造在节约电力能源方面具有显著功效。因变频器具有良好的调速功能，自身运行安全可靠，适用于各类空压机。对空压机变频器改造，一方面，可以让空压机电机达到轻起轻停的效果，最大程度的减少空压机启动时对管网造成的损耗，延长设备的工作寿命。另一方面，变频器可以使空压机电机的运行频率发生可控性的改变，电机运行频率能够根据空压机用气量多少进行自动调节，有效降低空压机的加载和卸载频率，使电机运行功率大幅降低，从而达到节约能源的效果。

2.2 空压机变频器改造的意义

经调查发现，一家普通的工业制造企业空压机的使用成本中，空压机的用电成本占到了全部使用成本的80%，由此可见，普通的空压机在节约能源方面存在着极大的漏洞，为了减少企业的运营成本，对空压机变频改造已经迫在眉睫[1]。

实现空压机变频器改造，可以增加空压机的供气量，提升对电机压力控制的准确度，延长空压机的使用期限。改造后的空压机不仅能最大程度的减少空压机运行的高额开销，还能减少企业运营成本，对提高企业的核心竞争力具有重要意义。

3 空压机变频器的改造设计方案

3.1 变频调速装置

表1 变频器具体的预设参数

变频器的运行原理是以交流—直流—交流的电源变换，其主要是利用电力电子元件及微型电子计算机进行控制的。根据电动机知识原理可以了解，电动机的转速与电源频率之间的关系是成正比的：n=60f(1-s)/p。

在上述关系式中，n表示空压机转速，f表示输入电源的频率，s表示空压机转差率，p表示空压机磁极对数。由此可见，通过使用变频器对空压机进行控制，能极大改善空压机的运转速度[2]。

空压机变频调速装置主要的控制对象是管网压力。被变频调速装置控制后的管网压力主要利用安装在上端的压力变送器把压力信号转化成电信号，并将转化成的电信号输送到变频器内部的PID调节装置，从而与压力给定值对比，依照对比差距值的数据按既定的PID控制模式完成运算。PID控制模式完成运算后，利用生成的控制信号对变频器的输出电压及频率进行控制，使实际运行压力保持在给定压力值之间，从而达到调整空压机转速的效果。

3.2 变频器的选择

因为空压机主要通过恒转矩实现负载的，所以在变频器的选择上，选用通用性变频器为宜。由于空压机的运转速度不能超过运转的额定值，空压机电机不会出现过载的情况，而通常变频器的出厂标注额定值时存在一定范围内的安全值，因此，在变频器的容量选择上，只需选择与空压机电机对应的容量相当的变频器。

3.3 变频器的运转控制

空压机对自身运转速度的要求是运速不能过低，而在机械特性方面，空压机的要求则不高，因此可以运用U/f的方式完成变频器的运行控制[3]。

3.4 压力变送器的选择

如果企业要求的供气压力为0.6兆帕斯卡，则在压力变送器的选择上，主要选用量程为0-1兆帕斯卡的压力变送器，可以输出4-20毫安的模拟信号。压力变送器的VS端口和GND端口可以为压力变送器供应10伏直流电，压力变送器中的压力反馈信号通过CC端口进入。

此时，需要对PID的给定值进行计算，将已知的数据套入计算公式n=60f(1-s)/p，得出供应压力为0.6兆帕斯卡时压力变送器的输出电流为13.6毫安。

将13.6毫安再次套入公式计算PID的给定值为6伏。

3.5 变频器的参数预设

本文主要以CF20系列通用变频器为例。空压机变频器改造后，电机的运转速度降低，空压机内部风扇的散热效果也明显降低，而空压机电机的运转速度越低，则意味着空压机内部润滑油的能量消耗量也越低[4]。

在满足工业制造行业生产要求下，当空压机的压力值降低后，伴随的点击耗电也将随之降低。出于对空压机节能效果和机械特性的要求，暂且把供应压力设置成0.6兆帕斯卡，将运行的最高频率设置成46赫兹，将变频器运行的最低频率设置成27赫兹。在这样的预设下，不仅可以充分满足空压机风扇散热方面以及其对润滑油方面的需求，还可以有效减少电力能源的浪费。值得注意的是，在空压机变频器改造后，空压机电机的运行方向需要与改造前的运行方向保持一致。变频器具体的预设参数如表1所示。