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寶米勒空壓機專(zhuān)用驅動(dòng)器的應用

bmller 2021-04-02

一、概述:

  常見(jiàn)大中型空壓機為螺桿式或活塞式壓縮機。工作時(shí)由一臺電動(dòng)機帶動(dòng)螺桿或活塞向氣罐充氣,當氣罐壓力升至設定的最高

壓力時(shí)離合片動(dòng)作,電機自動(dòng)卸載,電機空轉,螺桿或活塞停止壓縮空氣。

二、改造前的設備狀況


                      傳統空壓機的工作圖

傳統空壓機的問(wèn)題:

1、電能浪費嚴重 

傳統的加卸載式空壓機,能量主要浪費在: 

(1)加載時(shí)的電能消耗 

    在壓力達到所需工作壓力后,傳統控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì )繼續上升直到卸載壓力。在加壓過(guò)程中,一定會(huì )產(chǎn)生更多的熱量和噪音,

從而導致電能損失。另一方面,高壓氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前,其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓,這一過(guò)程同樣耗能。 

( 2)卸載時(shí)電能的消耗 

   當達到卸載壓力時(shí),空壓機自動(dòng)打開(kāi)卸載閥,使電機空轉,造成嚴重的能量浪費??諌簷C卸載時(shí)的功耗約占滿(mǎn)載時(shí)的30%~50%,可

見(jiàn)傳統空壓機有明顯的節能空間。 

2、工頻啟動(dòng)沖擊電流大 

    主電機雖然采用Y-△減壓起動(dòng),但起動(dòng)電流仍然很大,對電網(wǎng)沖擊大,易造成電網(wǎng)不穩以及威脅其它用電設備的運行安全。對于自發(fā)電工廠(chǎng),數倍的額定電流沖擊,可能導致其他設備異常。 

3、壓力不穩,自動(dòng)化程度底低

   傳統空壓機自動(dòng)化程度低,輸出壓力的調節是靠對加卸載閥、調節閥的控制來(lái)實(shí)現的,調節速度慢,波動(dòng)大,精度低,輸出壓力不穩定。 

4、設備維護量大 

    空壓機工頻啟動(dòng)電流大,高達5~8倍額定電流,工作方式?jīng)Q定了加卸載閥必然反復動(dòng)作,部件易老化,工頻高速運行,軸承磨損大,設備維護量大。 

5、噪音大 

    持續工頻高速運行,超過(guò)所需工作壓力的額外壓力,反復加載、卸載,都直接導致工頻運行噪音大。

三、變頻改造的優(yōu)勢


1、節能 

   節能原理:變頻調速系統以輸出壓力作為控制對象,由變頻器,壓力傳感器、電機組成閉環(huán)恒壓控制系統,工作壓力值可由操作面板直接設置,現場(chǎng)壓力由傳感器來(lái)檢測,轉換成4~20mA電流信號后反饋到變頻器,變頻器通過(guò)內置PID進(jìn)行比較計算,從而調節其輸出頻率,達到空壓機恒壓供氣和節能的目的,變頻節能表現在:

(1)、變頻器通過(guò)調整電機的轉速來(lái)調整氣體流量,使電機的輸出功率與流量需求成正比,保持電機高效率工作,功率因數高,無(wú)功損耗小,節電效果明顯; 

(2)、按嚴格的EMS標準設計,高速低耗的IGBT以及采用了高效的失量控制算法,使得變頻器諧波失真和電機的電能損耗最小化;
(3)、自動(dòng)快速休眠使得空載時(shí)間變短,電機完全停止,最大程度節能。無(wú)沖擊啟動(dòng)及低頻大轉矩特性保證變頻器隨時(shí)帶載起停。 

節能空間:
灰色:變頻空壓機功耗曲線(xiàn)
綠色:節能部分A,變頻空壓機比普通空壓機節省的能量
淺藍色:節能部分B,變頻空壓機可能節省的能量。B為當變頻空壓機已進(jìn)入空久停機休眠階段,而普通空壓機沒(méi)有進(jìn)入休眠時(shí),變頻空壓機節省的能量。如果變頻空壓機也沒(méi)有進(jìn)入休眠,則B=0。
剛啟動(dòng)或休眠后啟動(dòng)時(shí),普通空壓機和變頻空壓機均運行在額定功率附近。因此變頻空壓機可以保證充氣的快速性。

2、啟動(dòng)電流小,對電網(wǎng)無(wú)沖擊
變頻器可使電機起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升,沒(méi)有任何沖擊;可使電機實(shí)現軟停,避免反生電流造成的危害,有利于延長(cháng)設備的使用壽命
3、輸出壓力穩定
采用變頻控制系統后,可以實(shí)時(shí)監測供氣管路中氣體的壓力,使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量;


4、設備維護量小  
    空壓機變頻啟動(dòng)電流小,小于2倍額定電流,加卸載閥無(wú)須反復動(dòng)作,變頻空壓機根據用氣量自動(dòng)調節電機轉速,運行頻率低,轉速慢,軸承磨損小,設備使用壽命延長(cháng),維護工作量變小。 
    5、噪音低  
    變頻根據用氣需要提供能量,沒(méi)有太多的能量損耗,電機運轉頻率低,機械轉動(dòng)噪音因此變小,由于變頻以調節電機轉速的方式,不用反復加載、卸載,頻繁加卸載的噪音也沒(méi)有了,持續加壓,氣壓不穩產(chǎn)生的噪音也消了。  總之,采用變頻恒壓控制系統后,不但可節約一筆數目可觀(guān)的電力費用,延長(cháng)壓縮機的使用壽命,還可實(shí)現恒壓供氣的目的,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

四、寶米勒MC200K變頻器的特點(diǎn)


針對空壓機的特殊控制需求:一體化的專(zhuān)用變頻器 + 用戶(hù)可選的操作界面,對比一般采用標準變頻器+專(zhuān)用控制器的方式。有更多優(yōu)點(diǎn):
變頻器與空壓機的運行特性緊密的結合,這是普通專(zhuān)用控制器無(wú)法做到的,不能專(zhuān)門(mén)針對空壓機工況:滿(mǎn)壓?jiǎn)?dòng)、高環(huán)境溫度設計、電壓
波動(dòng)能力等方面進(jìn)行設計。未來(lái)向高端發(fā)展,如:網(wǎng)絡(luò )化控制,遠程智能管理上,普通控制器也很難做到。
為了將變頻器更好地融入到空壓機控制系統當中,采用一體化的結構設計,更緊密貼近空壓機行業(yè)需求,實(shí)現了更加優(yōu)異的控制性能:
1、內置的控制器完成空壓機的所有控制功能。
控制器與變頻器完美地結合成了一個(gè)有機整體,用戶(hù)再不用配備額外的控制器,同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了用戶(hù)的安裝接線(xiàn)和保養維護操作。
2、與變頻器快速的交換數據,較傳統方式快5-10倍。
變頻器能根據壓力傳感器反饋的壓力信號,經(jīng)過(guò)處理后直接調整電機的輸出頻率,而不需要像傳統方式那樣,通過(guò)控制器處理后給出一個(gè)
模擬量作為變頻器頻率給定。這就大大降低了模擬量波動(dòng)所帶來(lái)的精度不穩,同時(shí)通過(guò)485通訊,數據能以更快速更準確的方式進(jìn)行交換。
3、更有效的壓力控制精度和響應時(shí)間
變頻器的頻率給定可以精確到0.01Hz,開(kāi)環(huán)矢量控制穩速精度可±0.2%,甚至可以一轉一轉地控制電機轉速,并且能自動(dòng)補償高負載時(shí)馬達的轉速變動(dòng)。這就大大提高了系統的壓力控制精度,快速精確地響應實(shí)際壓力的變化

五、變頻改造方案設

根據對客戶(hù)現場(chǎng)了解,我們選用內置式一體化解決方案,選配合適的MC200G2500T4K   1臺,并配置相應的交流接觸器、壓力傳感器等器件,使空壓機實(shí)現變頻控制。并保留原有的工頻控制方式,如變頻出現故障時(shí)可以采用工變頻切換方式。


                                        控制原理圖


六、節能率估算:

1、耗能分析:螺桿壓縮機的運行原理決定了壓縮機的能耗,當壓縮機的產(chǎn)氣量大于用氣量時(shí)壓縮機會(huì )卸載,當設備用氣量大于產(chǎn)氣量時(shí)壓縮機會(huì )加載,這樣不停加卸載造成管網(wǎng)壓力很不穩定,電流波動(dòng)也比較大

2、節能空間分析:

1)、壓縮機卸載時(shí)壓縮機做的全部是無(wú)用功

2)、當壓縮機加載時(shí)上升的壓力也是不必要的,因為加載壓力設定就是你的最低需求壓力

3)、一般的空氣壓縮機壓縮空氣的能耗就是這兩部分

4)、這兩部分的能耗都有計算方法。

3、能耗計算方法:

1)、卸載能耗約占壓縮機功率的52% (可以測電流得到精確數據)220A/ 420A= 52%   (壓縮機功率滿(mǎn)載約250KW)  ,卸載功率=250×52% = 130KW ,加載功率在250KW. 
2)、KP 壓力上升1KG,能耗約占整個(gè)系統的7% 
3)、壓力設定在5.7-7.0之間,把空壓機的進(jìn)氣門(mén)一直打開(kāi),空壓機理論上是出于一直加載狀態(tài)
4)、統計今年自10月21日9時(shí)至10月30日22時(shí)期間共230小時(shí)的運行記錄,5號機的平均加載率是:57.7%。,平均卸載率42.3%,空壓機月平均運行時(shí)間700小時(shí)。
5)、一月節約計算:月卸載時(shí)做無(wú)用功=卸載功率×卸載率×運行時(shí)間=130kw*42.3%*700=38493度
月加載時(shí)升高1公斤壓力耗電量=加載功率×加載率×運行時(shí)間×KP=250*57.7%*700*7%=7068.2度=45561度
月總節電量=月卸載時(shí)做無(wú)用功+月加載時(shí)升高1公斤壓力耗電量=38493+7068.2=45561度
但是壓縮機改造變頻后不能完全的消除卸載,因為螺桿壓縮機在變頻到25HZ后再不能再降低轉速,降低后效率急速下降,所以卸載的20%能耗不能節約,這樣每月總節約為:45561*80%=36449度電用電記錄:5號每耗電量為158760度,節電率=36449/158760=23%.




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