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一、 改造項目：

兩臺65KW空壓機變頻節能改造

空壓機生產(chǎn)廠(chǎng)家：某壓縮機公司

二、改造前空壓機運行狀況：

1.原系統輸出壓力在0.4～0.7Mpa之間波動(dòng)；

2.加載時(shí)間108秒，電流40～100A，卸載時(shí)間162秒，電流40A；

3.壓力波動(dòng)對管網(wǎng)沖擊大，加載、卸載時(shí)，噪音大；

4.開(kāi)環(huán)控制，不能保證精度；

5.啟動(dòng)電流大，對電網(wǎng)沖擊大；

6.輸出氣壓大于0.75Mpa時(shí)，卸載閥打開(kāi)，造成能源浪費。

三、改造要點(diǎn)：

1.變頻器選用大于設備容量一個(gè)等級的奧卓科技公司QD800系列90KW通用變頻器。

2.變頻采用一拖二方式：通過(guò)轉換開(kāi)關(guān)ZK，兩臺空壓機可以選擇1#或2#單臺運行。

3.系統采用閉環(huán)控制，通過(guò)壓力傳感器，測得的管網(wǎng)壓力值與在PID控制器上設定的目標壓力值相比較得到偏差，經(jīng)PID調節器計算出變頻器的輸出頻率（PID輸出4～20MA電流信號，將該信號送入變頻器AI2-COM端，自動(dòng)調節變頻器輸出頻率），調節電機運行速度，使空壓機輸出壓力基本保持在目標設定值上。

4.系統保留原控制柜，新增一臺變頻柜。采用自動(dòng)（變頻）、手動(dòng)（工頻）切換控制，對原控制柜內改動(dòng)小，恢復原控制方式簡(jiǎn)便。

手動(dòng)時(shí)，電源通過(guò)變頻柜接入原控制柜內。電機運行通過(guò)原控制柜操作，保留星三角啟動(dòng)方式。

自動(dòng)時(shí)，電機采用變頻器軟啟動(dòng)，軟停止方式，有效保護變頻器和電機安全，系統運行安全可靠。

5.原控制柜監測內容（電壓、電流）不變，在新裝變頻柜上通過(guò)PID儀表和變頻器操作面板也可以監測電壓、電流、頻率、壓力變化，便于觀(guān)察和操作。

四、變頻改造效果

1.變頻運行時(shí)，壓力基本保持在目標值上下。

2.軟啟動(dòng)、軟停止功能設有過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)流等保護。

3.避免了設備的頻繁投入退出給設備帶來(lái)的損害，延長(cháng)設備的使用壽命。

4.節電效果明顯，節電率達到31.8%。

五、投資回報分析

1.改造前

①平均加載時(shí)間108秒，平均電流85A；卸載時(shí)間162秒，電流40A。

②改造前每日用電

1.73×（85×40%＋40×60%）×380×24=915.1KWH

2.改造后實(shí)測每小時(shí)耗電為26KWH

每日用電26×24=624KWH

3.每度電價(jià)以0.5元，每月以30天計，每月節約電費

（915.1－624.0）×0.5×30=4366.5元

4.投資回收期

60000÷4366.5=13.7（月）

空壓機變頻改造后操作及注意事項

一、空壓機部分

1.空壓機啟動(dòng)前、停止后的操作順序仍按照未改造前操作順序進(jìn)行；

2.空壓機調節閥上限壓力調至5.7kg,下限壓力調節至4.7kg;

3.油泵壓力在26HZ運行時(shí)，調整油力不小于1.2kg；

4.檢查室外壓力傳感器是否清潔和連接可靠。

二、電氣控制部分

1.控制系統保留了原來(lái)控制柜的手動(dòng)功能，通過(guò)變頻柜上的WK轉換開(kāi)關(guān)，可選擇“手動(dòng)”、“停止”、“自動(dòng)”（變頻）運行；

2.旋轉ZK轉換開(kāi)關(guān)，可選擇“1#機停用”或“2#機停用”；

3.自動(dòng)（變頻）運行時(shí)，將WK轉換開(kāi)關(guān)轉到“自動(dòng)”位置，按下啟動(dòng)按鈕，變頻器就會(huì )按程序自動(dòng)投入，并逐漸加速至全速。此時(shí)打開(kāi)風(fēng)門(mén)，空壓機開(kāi)始加載壓縮。停機時(shí)，按下停機按鈕，變頻器輸出頻率會(huì )逐漸下降指令，此時(shí)方可將WK轉換開(kāi)關(guān)轉到“停止”位置，使系統復位。下次啟動(dòng)時(shí)，需等待變頻器放電結束，在將WK轉換開(kāi)關(guān)轉到“自動(dòng)”位置。

4.對變頻器參數和PID參數可在現有基礎進(jìn)行細調（分別參考QD系列變頻器說(shuō)明書(shū)和PID控制器使用說(shuō)明書(shū)），這樣做更有利于設備運行和提高節能效果。

空壓機概況

空壓機，全名為空氣壓縮機，是一種工礦企業(yè)中最常用的空氣動(dòng)力提供設備。通常，空壓機分為螺桿式空壓機、活塞式空壓機等。

一、螺桿式空壓機工作原理

二、活塞式空壓機工作原理

活塞式空壓機是由電動(dòng)機帶動(dòng)皮帶輪通過(guò)聯(lián)軸器直接驅動(dòng)曲軸，帶動(dòng)連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機氣缸內作往復運動(dòng)，完成吸入、壓縮、排出等過(guò)程,將無(wú)壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲壓罐內。其中，活塞組件，活塞與氣缸內壁及氣缸蓋構成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動(dòng)下，在氣缸內作往復運動(dòng)以實(shí)現氣缸內氣體的壓縮。

三、空壓機系統控制

空壓機主電機運行方式為星-角降壓起動(dòng)后全壓運行，供氣系統具體工作流程為：當按下啟動(dòng)按鈕，控制系統接通啟動(dòng)器線(xiàn)圈并打開(kāi)斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣閥處于關(guān)閉位置，而放氣閥打開(kāi)以排放油氣分離器內的壓力。等降壓n秒（由時(shí)間繼電器控制）后空壓機開(kāi)始加載運行，系統壓力開(kāi)始上升。如果系統壓力上升到壓力開(kāi)關(guān)上限值，即起跳壓力，控制器使進(jìn)氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到系統壓力降到壓力開(kāi)關(guān)下限值后，即回跳壓力下，控制器使進(jìn)氣閥打開(kāi)，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機打開(kāi)，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機滿(mǎn)載運行。  

四、空壓機系統節能分析

在管道供氣系統中，最基本的控制對象是流量，供氣系統的基本任務(wù)就是要滿(mǎn)足用戶(hù)對流量的需求。目前，常見(jiàn)的氣體流量控制方式有加、卸載供氣控制方式和轉速控制方式兩種。

1.加、卸載供氣控制

加、卸載供氣控制方式即為進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)控制方式，即壓力達到上限時(shí)關(guān)閥，壓縮機進(jìn)入輕載運行；壓力抵達下限時(shí)開(kāi)閥，壓縮機進(jìn)入滿(mǎn)載運行。

由于空壓機不能排除在滿(mǎn)負荷狀態(tài)下長(cháng)時(shí)間運行的可能性，所以只能按最大需要來(lái)決定電動(dòng)機的容量，設計余量一般偏大。工頻起動(dòng)設備時(shí)的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護量大。雖然都是降壓?jiǎn)?dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì )影響電網(wǎng)的穩定及其它用電設備的運行安全，而且大多數是連續運行，由于一般空氣壓縮機的拖動(dòng)電機本身不能調速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動(dòng)來(lái)實(shí)現降速調節輸出功率的匹配，電機不允許頻繁啟動(dòng)，導致在用氣量少的時(shí)候電機仍然要空載運行，電能浪費巨大。

經(jīng)常卸載和加載導致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力延長(cháng)壓縮機的使用壽命?？諌簷C的有些調節方式（如調節閥門(mén)或調節卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由于電機轉速不變，電機功率下降幅度比較小?！?/span>

2.轉速控制

即通過(guò)改變空壓機的轉速來(lái)調節流量，而閥門(mén)的開(kāi)度保持不變（一般保持最大開(kāi)度）。當空壓機轉速改變時(shí)，供氣系統的揚程特性隨之改變，而管阻特性不變。

在這種控制方式下，通過(guò)變頻調速技術(shù)改變空壓機電機的轉速，空壓機的供氣流量可隨著(zhù)用氣流量的改變而改變，達到真正的供需平衡，在節能的同時(shí)，也可使整個(gè)系統達到最佳工作效率。變頻器基于交一直一交電源變換原理，可根據控制對象的需要輸出頻率連續可調的交流電壓。電動(dòng)機轉速與電源頻率成正比，因此，用變頻器輸出頻率可調的交流電壓作為空壓機電動(dòng)機的電源電壓，可方便地改變空壓機的轉速。

五、空壓機系統節能原理

采用變頻器控制空壓機的轉速以達到節能是一種較為科學(xué)的控制方法。根據空壓機運行特性知：

Q1 / Q2 = n1 / n2         Q———空壓機供給管網(wǎng)風(fēng)量

H1 / H2 =（ n1 / n2）2    H———管網(wǎng)壓力

P1 / P2 =（ n1 / n2）3     P———電機消耗功率

式中n———空壓機轉速。

由上式可知，當電機轉速降至額定轉速的80%，則空壓機供給管網(wǎng)風(fēng)量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（80%）2，電機消耗功率則降為（80%）3，即51.2%，去除電機機械損耗和電機銅、鐵損耗等影響，節能效率也接近40%，這就是調速節能的原理所在。

長(cháng)期實(shí)踐證明，在供氣系統中接入變頻節能系統，利用變頻技術(shù)改變空壓機轉速來(lái)調節管道中的流量，以取代閥門(mén)調節方式，能取得明顯的節能效果，一般節電率都在30％以上。另外，變頻器的軟啟動(dòng)功能及平滑調速的特點(diǎn)可實(shí)現對流量的平穩調節，同時(shí)減少啟動(dòng)沖擊并延長(cháng)機組及管組的使用壽命。

六、空壓機變頻改造方案

1.空壓機變頻改造注意事項

（1）空壓機是大轉動(dòng)慣量負載，這種啟動(dòng)特點(diǎn)就很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現跳過(guò)流保護的情況，建議選用具有高啟動(dòng)轉矩的無(wú)速度傳感器矢量變頻器，保證即能實(shí)現恒壓供氣連續性，又保證設備可靠穩定的運行；

（2）空壓機不允許長(cháng)時(shí)間在低頻下運行，當空壓機的轉速過(guò)低，一方面將使空壓機的工作穩定性變差，另一方面也使缸體的潤滑變差，會(huì )加快磨損。所以工作的下限頻率應不低于25Hz；

（3）為了有效濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的電磁干擾，建議選用輸出交流電抗器，還可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動(dòng)機的穩定性。

2.恒壓供氣節能原理

如上所述，流量是供氣系統的基本控制對象，供氣流量需要隨時(shí)滿(mǎn)足用氣流量。在供氣系統中，儲氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣需求之間的關(guān)系：

若   供氣流量 > 用氣流量   →   儲氣管氣壓上升

若   供氣流量 < 用氣流量   →   儲氣管氣壓下降

若   供氣流量 = 用氣流量   →   儲氣管氣壓不變

所以，保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿(mǎn)足用氣需求，這就是恒壓供氣系統所要達到的目的。

變頻調速系統將管網(wǎng)壓力作為控制對象，裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變?yōu)殡娦盘査徒o變頻器內部的PID調節器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運算，產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調整電動(dòng)機的轉速，從而使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力。另外，采用該方案后，空氣壓縮機電動(dòng)機從靜止到穩定轉速可由變頻器實(shí)現軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)的大電流和啟動(dòng)給空氣壓縮機帶來(lái)的機械沖擊。正常情況下，空氣壓縮機在變頻器調速控制方式下工作。變頻器一旦出現故障，生產(chǎn)工藝不允許空氣壓縮機停機，因此，系統設置了工頻與變頻切換功能，這樣當變頻器出現故障時(shí)，可由工頻電源通過(guò)接觸器直接供電，使空氣壓縮機照常工作。

整個(gè)控制過(guò)程如下：

用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設定值與返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機電機轉速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨于穩定

特別注意，在壓力容差范圍內，變頻器的PID不調節，即保持輸出頻率不變。