| 标题 | 变频调速技术在空气压缩机中的改造应用 |
| 范文 | 莫南钊 许本强 摘要:本文阐述了变频调整技术在空气压缩机改造应用的必要性,提出系统控制方案,详述了系统硬件选配、PID设定,最后对变频前后耗能进行比较。 关键词:变频器;硬件;PID;耗能 湛江飞跃有限公司使用两台空气压缩机来满足生产中用气的需要,电动机的功率分别为37KW和22KW,空气压缩机的加、减载由机械加减载阀控制,两台电动机加、减载压力不能相差太大,当有一台减载失灵时,将造成压缩机长期加载运行,储罐压力升高,需要经常对储气罐放空,这对机械与电气运行都很不利,既浪费了电能,以延长限设备检修周期,当空气压缩机加载失灵时,会造成压力降低,直接影响整个设备正常运行,为此,用变频调整技术对22KW电动机进行改造试验,以满足节能降耗的需要。 1 变频器概述 变频技术的核心部件是变频器,变频器全称交流变频调速器,用于交流电机,在调整输出频率的同时按比例调整输出电压,从而改变电机转速,以达到交流电机调速的目的。变频器是电力电子技术、微电子技术、控制技术相结合的综合性高技术产品 变频器的作用主要有以下几方面: 变频节能。目前市场中变频器主要以对风机和水泵的调速来实现节能。以风机和泵类为例,能够清楚地计算出变频器所具有的节能空间。根据电流力学知识可知,P(功率)=Q(流量)×H(压力)。流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比。理论上功率P与转速N的立方成正比。例如一个功率为P0=55KW的电动机,当转速下降到原转速的4/5时,由P=(4/5)3P0=64/125×55=28.16KW,节电率为48%,当转速下降到原来的1/2时,P=(1/2)3P0=1/8×55=6.875,节电率为87.5%,节能空间很大。 软起动功能。当电机为直接起动时,启动电流为额定电流的5-7倍,这样会对设备和电网造成严重的冲击,对电网容量提出很高的要求。采用变频器后,电机的起动电流一般小于额定电流的1.5倍。减轻了对电网的冲击,提高了设备的使用寿命。 调速作用。在很多应用场合,由于工艺的要求,需要平滑地调速,此时,变频器的应用必不可少。 提高电网功率因数。无功功率增加了线路的损耗和设备的发热,从而会导致大量的电能消耗在线路当中,设备使用率下降。变频设备使用后,不但减少了电网线路上的损耗,同时可以提高电网的功率因数。 2 系统控制方案 该系统有三种控制方案,分别为强手动、手动和自动控制。 强手动主要是为了在发生事故时及变频器、编程控制器等自动设备出现故障或检修时,为了保证生产的正常运行而采取的一种预防措施。 手动调频方式是在现场调试或压力传感器出现故障闭环控制回路被断开而采取的一种调节方式,是一种开环控制系统。这种控制方式使电机在一个定常频率下工作(其频率设定值是一个经验值),当装置的用风量基本不变时,这种工作方式的效果还是不错的,但出现用风量波动较大时,这种工作方式的控制能力就比较差了,在正常的情况下用的是自动调频方式,这是一种闭环控制环路 3 系统硬件选配 3.1 变频器的选择 三菱变频器具有性价比高的特点,能满足压力传感器控制要求,并且高起动转矩,适合风机、水泵的自动节能运行。 3.2 变频器的容量选择 用标准2、4极电动机搬运的连续恒定负载,变频器可根据适用电动机的功率选择。但对于用6极以上的变极电动机的负载、变动负载等,变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。 空气压缩机的型号及规格:型号:V-3/8-A;排气量:3m3/min;排气压力:0.8Mpa;主机转速:970r/min;功率:22kw;额定电流:44A;接法:△;极数:6 根据空气压缩机的参数及变频器的选择要求,通过查看变频器的各项参数指标,本次设计选用了三菱变频器FR-A540-30k-CH,适用电机额定功率:30kw;变频器额定容量:43.5kw;额定电压:三相,380V 至 480V ,50Hz/60Hz;额定电流:57A,并采用先进磁通矢量控制方式,调速比可达1:120(0.5-60Hz);内置RS485通信口,并可支持各种常用的现场;PID等多种功能适合各种应用场合,完全满足使用要求。 3.3 压力变送器的选择 根据测量对象和测量范围、灵敏度、频率响应特性、精度等要求,选用美国原装高精度扩散硅不锈钢隔离膜传感器及专门变换电路,传感器型号为STP-TB-R08-TG-P5-OA-N20-S6,其中B为B型带表;08为0-1.6Mpa;G为表压;5为精度1.5%;A为输出4-20mA;20为螺纹M20×1.5;6为现场显示。传感器后面设有惠斯顿电桥,当增加压力时,电桥各桥臂电阻值发生变化,通过信号处理电路,转换为电压变化,输出4-20mA直流信号。 4 变频器的PID设定 在PID控制下,使用一个4mA 对应0Mpa,20 mA 对应0.8Mpa的传感器调节空气压缩机的供气压力,设定值通过变频器的2和4端子(0～5V)给定。设定Pr128使PID有效。 由于4mA 对应0%,20 mA 对应100%,所以0.48对应60%。 当有校准时,用Pr902～Pr905校正传感器的输出,并且在变频器停止时,在PU模式下输入设定值,如表1所示。 升速和降速时间的预置 风机的转动惯性很大,但启动和停止的次数极少,所以升速和降速的时间尽量加长,使启动电流限制在额定电流之内,根据实验,选升速时间Tr=30s,降速时间Td=60s。 5 变频前后耗能比较 统计表的数值为一小时的平均值,每小时抄表四次,调频频率在50Hz～36Hz时,频率每下降1 Hz电压将下降11V,调频电流基本不变,平均频率为37.88Hz,平均电压为254V。 电机每小时可节电8.51KW.h。 每天工作按16个小时计,每年工作按310天计算,可节余电量42210KW.h,按每度电0.7元计算,可节约费用29547 元,一年之内可收回投资。 6 结束语 该变频器投入运行后,达到了生产所需的供风量和供风压力,基本不需要因机械引起的加减载工作,减少了岗位工人的劳动强度,并节约大量的能源。 参考文献 [1]曾毅.变频调速控制系统的设计与维护 [M].济南:山东科学技术出版社,2005. [2]上海经委节能办公室.风机水泵调速节能手册 [M].北京:机械工业出版社,1987. 作者简介:莫南钊(1974-),男,广东湛江人,讲师,高级技师,教务处主任、督导办副主任、职业教育研究所副主任,主要研究方向:单片机、PLC、变频教学、研究及开发。 作者简介:许本强(1971-),男,广东湛江人,一级实习指导教师,技师,机电工程系主任,主要研究方向:PLC、变频教学、研究及开发。 |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。