空壓機變頻技術改造書

..利爾化學股份有限公司空壓機節(jié)能改造項目方案設計書20XX8月8日需方：利爾化學股份有限公司供方：供、需雙方經(jīng)友好協(xié)商就緒需方空壓站的空壓機技術要求達成如下協(xié)議,本協(xié)議生效后即作為空壓機設計、制造、交貨及驗收的依據(jù)并作為合同附件。概況：需方復盛空氣壓縮機1臺,額定功率分別為220KW一臺；額定工作壓力≤1.0Mpa。品牌型號額定功率數(shù)量工作壓力復盛SA220220KW10.8-0.98MPa220KW空壓機電氣控制柜*1套ER▲控制設備：220KW電機,電源380V,額定電流457A；▲控制方式：工頻/變頻控制方式.變頻器面板設置,顯示電流、電壓,運行、故障、報警指示;電柜設置原工頻控制及變頻控制切換選擇；節(jié)能改造前后機器操作保持不變;1.2元件明細序號產(chǎn)品名稱型號規(guī)格單位數(shù)量品牌1機柜2000*800*800戶內(nèi)式靜電噴塑臺1非標訂制2中間繼電器RXM2LB2P71只施耐德3中間繼電器插座RXZE1M2C1只施耐德4指示燈〔綠XB2BVM3LC1只施耐德5指示燈〔黃XB2BVM4LC1只施耐德6轉(zhuǎn)換開關XB2BD25C1只施耐德7變頻器PT200-250G/280P-31臺8交流接觸器LC1-D620M7C2個施耐德9導電銅條40*520米優(yōu)質(zhì)10風扇200FZY4-D380V2個優(yōu)質(zhì)11網(wǎng)罩200*2002個優(yōu)質(zhì)12輔材電線〔二次線路用、波紋管、線槽、導軌、標牌、螺釘、纏繞管、銅鼻子、熱縮管、接線柱、標件等1套國優(yōu)二、變頻行業(yè)介紹以前的通用變頻器,由可控硅整流,可控硅逆變等器件構成,缺點很多,諧波大,對電網(wǎng)和電機都有影響。近年來,隨著電力技術的發(fā)展,變頻調(diào)速技術的日臻完善,發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀,如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它們構成的通用變頻器,性能優(yōu)異,可以實現(xiàn)PWM逆變,甚至是PWM整流。不僅具有諧波小,功率因數(shù)也有很大程度的提高,已經(jīng)取代了擋板和閥門的調(diào)節(jié)方式。其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及完善的功能,將使變頻最終達到高效率的運行目的。隨著變頻技術的不斷成熟,變頻器在各個領域得到了廣泛應用。變頻器應用上的巨大節(jié)能潛力和優(yōu)良的調(diào)速性能,使得它具有強勁的發(fā)展動力和廣闊的市場空間。目前,變頻技術已經(jīng)成為電力傳動領域的熱門話題之一,對于大容量電力傳動系統(tǒng)進行變頻改造已成為一種趨勢,它為使用大功率傳動裝備的企業(yè)和行業(yè)帶來了很大的節(jié)能效益。三、空氣壓縮機介紹1、引言空壓機的主要功能在于壓縮空氣儲藏和傳送能源以供設備使用,一個空氣壓縮系統(tǒng),往往就能為工廠大多數(shù)的機器提供動力,因此,不需要無數(shù)個分散式的電力馬達?？諌簷C在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用,種類有很多,但其供氣控制方式大多采用的是加、卸載控制方式。該供氣控制方式雖然動作原理簡單,但存在電能浪費大,啟動電流大,對電網(wǎng)沖擊大,供氣壓力不穩(wěn)定,進氣閥容易損壞等諸多問題。根據(jù)國家節(jié)能減排的要求,大多數(shù)企業(yè)都采用最新的電力電子技術和自動控制技術來實現(xiàn)設備低耗高效的生產(chǎn)運行。2、空壓機工作原理空氣壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內(nèi)進行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設備,主要有吸氣、壓縮、作功輸送和排氣四個主要過程。已有幾百年的應用歷史,在機械結構方面也經(jīng)過了100年的發(fā)展,原理是成熟的,在結構上分常見有螺桿式、活塞式和離心式等。螺桿式空壓機工作原理空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子<或稱螺桿>在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動,使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化,空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側輸送至輸出側,實現(xiàn)空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端,陰轉(zhuǎn)子的槽和陽轉(zhuǎn)子的齒被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)?；钊娇諌簷C工作原理螺桿式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動曲軸,帶動連桿與活塞桿,使活塞在壓縮機氣缸內(nèi)作往復運動,完成吸入、壓縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓,并輸出到儲壓罐內(nèi)。其中,活塞組件,活塞與汽缸內(nèi)壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔,在曲柄連桿帶動下,在汽缸內(nèi)作往復運動以實現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體的壓縮。離心式空壓機工作原理在離心式空壓機體中裝有適量的水作〔油等液體為工作液。當葉輪按順時針方向旋轉(zhuǎn)時,水被葉輪拋向四周,由于離心力的作用,水形成了一個決定于空壓機腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)。水環(huán)的下部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切,水環(huán)的上部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸<實際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度>。此時葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個月牙形空間,而這一空間又被葉輪分成和葉片數(shù)目相等的若干個小腔。如果以葉輪的下部0°為起點,那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時小腔的容積由小變大,且與端面上的吸氣口相通,此時氣體被吸入,當吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕；當葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時,小腔由大變小,使氣體被壓縮；當小腔與排氣口相通時,氣體便被排出空壓機外。3、空壓機系統(tǒng)控制空壓機供氣系統(tǒng)具體工作流程為：當按下啟動按鈕,控制系統(tǒng)接通接觸器線圈并打開斷油閥,空壓機在卸載模式下啟動,這時進氣閥處于關閉位置,而放氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力。等降壓n秒〔由時間繼電器控制后空壓機開始加載運行,系統(tǒng)壓力開始上升。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力開關上限值,即卸載壓力,控制器使進氣閥關閉,油氣分離器放氣,壓縮機空載運行,直到系統(tǒng)壓力降到壓力開關下限值后,即加載壓力下,控制器使進氣閥打開,油氣分離器放氣閥關閉,壓縮機打開,油氣分離器放氣閥關閉,壓縮機滿載運行。4、空壓機系統(tǒng)分析在管道供氣系統(tǒng)中,最基本的控制對象是流量,供氣系統(tǒng)的基本任務就是要滿足用戶對流量的需求。目前,常見的氣體流量控制方式有加、卸載供氣控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式兩種?！?加、卸載供氣控制加、卸載供氣控制方式即為進氣閥開關控制方式,即壓力達到上限時關閥,壓縮機進人輕載運行；壓力抵達下限時開閥,壓縮機進入滿載運行。由于空壓機不能排除在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性,所以只能按最大需要來決定電動機的容量,設計余量一般偏大。工頻起動設備時的沖擊大,電機軸承的磨損大,所以設備維護量大。雖然都是降壓啟動,但起動時的電流仍然很大,會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設備的運行安全,而且大多數(shù)是連續(xù)運行,由于一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調(diào)速,因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配,電機不允許頻繁啟動,導致在用氣量少的時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氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使用壽命?？諌簷C的有些調(diào)節(jié)方式〔如調(diào)節(jié)閥門或調(diào)節(jié)卸載等方式即使在需要流量較小的情況下,由于電機轉(zhuǎn)速不變,電機功率下降幅度比較小。能耗分析：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是最低壓力值,即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下,Pmax、Pmin之間關系可以用下式來表示:Pmax＝<1＋δ>Pmin注：δ是一個百分數(shù),其數(shù)值大致在15%～30%之間。在加、卸載供氣控制方式下的空壓機,所浪費的能量主要在2個部分:加載時的電能消耗當壓力達到最小值后,原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升直到最大壓力值。在加壓過程中,一定要向外界釋放更多的熱量,從而導致電能損失。另一方面,高于壓力最大值的氣體在進入氣動元件前,其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓,這一過程同樣是一個耗能過程。卸載時電能的消耗當壓力達到壓力最大值時,空壓機通過如下方法來降壓卸載:關閉進氣閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài),同時將分離罐中多余的壓縮氣體放空造成很大的能量浪費。據(jù)我們測算,空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%～25%<壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法主要還是在卸載時間所占比例不大的情況下>。換言之,該空壓機20%的時間處于空載狀態(tài),在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下,空壓機電機存在很大的節(jié)能空間。其它不足之處靠機械方式調(diào)節(jié)進氣閥,使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié),當用氣量不斷變化時,供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進氣閥,會加速進氣閥的磨損,增加維修量和維修成本。頻繁采用打開和關閉放氣閥,放氣閥的耐用性得不到保障?！?轉(zhuǎn)速控制即通過改變空壓機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量,而閥門的開度保持不變〔一般保持最大開度。當空壓機轉(zhuǎn)速改變時,供氣系統(tǒng)的揚程特性隨之改變,而管阻特性不變。在這種控制方式下,通過變頻調(diào)速技術改變空壓機電機的轉(zhuǎn)速,空壓機的供氣流量可隨著用氣流量的改變而改變,達到真正的供需平衡,在節(jié)能的同時,也可使整個系統(tǒng)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(jù)控制對象的需要輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電壓。電動機轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比,因此,用變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電壓作為空壓機電動機的電源電壓,可方便地改變空壓機的轉(zhuǎn)速。長期實踐證明,在供氣系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng),利用變頻技術改變空壓機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道中的流量,以取代閥門調(diào)節(jié)方式,能取得明顯的節(jié)能效果,另外,變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點可實現(xiàn)對流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié),同時減少啟動沖擊并延長機組及管組的使用壽命；變頻器內(nèi)置的直流電抗器也可以減少電動機的無功損耗,有效提高電動機的功率因素。項目建議方案一、項目概況此SA220空壓機,功率220KW,加載時間為42分鐘,加載時最低壓力0.8Mpa,卸載時間為8分鐘,卸載時最高壓力為0.98Mpa,加載時電流為430A,卸載時電流為165A。根據(jù)實際情況分析我司建議以下方案,采用工變頻轉(zhuǎn)換電路,正常生產(chǎn)時采用變頻自動控制,當變頻器出現(xiàn)故障時采用工頻控制,這樣可既能達到節(jié)能的目的又可以降低節(jié)能投資成本。二、方案配置根據(jù)項目的實際需求,我們決定采用恒壓供氣的方案。把管網(wǎng)壓力作為控制對象,壓力傳感器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柦尤胱冾l器,與變頻器中設定的目標壓力進行PID運算,經(jīng)過PID指令運算,變頻器通過改變頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速,從而達到改變壓力氣量的目的。在日常生產(chǎn)中,將變頻控制柜開關打到節(jié)能檔變頻運行,變頻器根據(jù)用氣量情況動態(tài)地調(diào)整輸出頻率,直到達到一個新的壓力恒定狀態(tài),當用氣量減小時,變頻器在下限頻率運行；當變頻器故障時可將開關打到市電檔工頻運行,盡量將影響降到最低。1、變頻器選型根據(jù)現(xiàn)場的額定參數(shù),再結合我公司的PT200系列矢量通用型變頻器在其它工程地應用情況,我公司為其設備配置如下變頻器,其配置如下：序號設備名稱變頻器型號額定功率數(shù)量備注1螺桿式空壓機PT200-250G/280P-3250KW1放大一檔使用注：若現(xiàn)場設備運行電流大于變頻器額定電流,請按原選型放大一檔或兩檔。PT200系列變頻器介紹PT200系列矢量通用型變頻器采用DSP控制系統(tǒng),功能更優(yōu)化,應用更靈活,性能更穩(wěn)定?？蓮V泛應用于風機、泵類負載及對速度控制精度,轉(zhuǎn)矩響應速度、低頻輸出特征有較高要求的應用場合。PT200系列矢量通用型變頻器綜合技術特性:一、輸入輸出特性輸入電壓范圍380/220V±15%輸入頻率范圍47~63Hz輸出電壓范圍0~額定輸入電壓輸出頻率范圍0~400Hz二、外圍接口特性可編程數(shù)字輸入6路開關量輸入,支持PNP、NPN雙極性光耦隔離輸入可編程模擬量輸入AI1/AI2：0～10V或0/4～20mA輸入可編程開路集電極輸出2路輸出〔開路集電極輸出繼電器輸出2路輸出模擬量輸出2路輸出,分別可選0/4～20mA或0～10V三、技術性能特性控制方式V/F控制、開環(huán)矢量控制〔SVC過載能力150%額定電流60s；200%額定電流0.1s調(diào)速比1:200〔SVC載波頻率1~15.0kHz四、功能特性◆頻率設定方式：數(shù)字設定、模擬量設定、串行通訊設定、多段速及簡易PLC設定、PID設定等,可實現(xiàn)設定的組合和方式切換。◆PID控制功能◆簡易PLC、多段速控制功能：16段速控制◆擺頻控制功能◆瞬時停電不停機功能◆轉(zhuǎn)速追蹤再起動功能：實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)中的電機的無沖擊平滑起動◆自動電壓調(diào)整功能：當電網(wǎng)電壓變化時,能自動保持輸出電壓恒定◆提供多種故障保護功能：過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護功能五、變頻改造原理圖1、空壓機主回路電路原理圖圖12、工變頻控制柜原理圖圖23、傳感器接線圖圖3〔遠傳壓力表接線圖圖4〔壓力變送器接線圖4、參數(shù)設置功能代碼參數(shù)設定功能含義P01.011端子控制運行P01.035PID調(diào)節(jié)運行頻率P01.0925Hz運行頻率下限P01.1135s加速時間P01.1215s減速時間P02.051自由停車P05.011%轉(zhuǎn)矩提升量P06.001DI1正轉(zhuǎn)P08.033繼電器故障輸出P10.0140%PID給定值〔設定恒定氣壓P10.088%PID控制偏差5、改造注意事項圖1為一般螺桿空壓機主回路控制電路原理圖,圖2為工變頻轉(zhuǎn)換電路原理圖,圖3和圖4是不同類型的壓力傳感器接線圖。改造時只需將圖1中紅色虛線框部分的線去掉,將圖2變頻器工變頻轉(zhuǎn)換電路串進圖1的電路里面去就可以,具體為：去掉圖1中端子排到主接觸器的連接線,將圖1中R、S、T接到圖2中的R、S、T,再將圖2中的U、V、W接至圖1中的U、V、W；變頻器運行信號取自圖1中KM3的輔助常開觸點。壓力傳感器按實際類型根據(jù)圖3和圖4相應接線即可。變頻改造的節(jié)電原理及分析一、負載特性說明負載特性是指電力拖動負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關系,也叫負載轉(zhuǎn)矩特性。電動機節(jié)電,特別是調(diào)速節(jié)電,與負載特性的關系極為密切,除要了解電動機的運行特性之外,還要掌握被拖動工作機械的負載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的特性。典型的負載特性有恒轉(zhuǎn)矩負載特性、恒功率負載特性、風機泵類負載特性三種,見如下表。電力拖動典型負載特性表轉(zhuǎn)矩特性恒轉(zhuǎn)矩特性恒功率特性風機泵類特性負載特性M=恒定值P∝n·MP∝nP=恒定值M∝1/nM∝n2P∝n3軸功率與轉(zhuǎn)速關系軸功率與轉(zhuǎn)速成正比軸功率與轉(zhuǎn)速無關軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比典型負載起重機,壓廷機,機床平移刀架等金屬切削機床,恒張力卷取機等風扇,風機,液泵,油泵二、空氣壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能原理１、空氣壓縮機的理論流量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關系式為：Qth=<丌/2>DLλN<1>式中：Qth――理論流量,m3/minD――葉輪外徑,mL――葉輪長度,mN――葉輪轉(zhuǎn)速r/minλ--面積利用系數(shù);表征氣缸空間的有效利用程度<圓弧-漸開線型線的面積利用系數(shù)λ＝0.563～0.521>2、空氣壓縮機的實際流量Q,為：Q＝Qthη<2>式中：η――容積效率,一般為0.7～0.9由〔１和〔２可知,對每一臺空氣壓縮機,其轉(zhuǎn)子齒槽外徑長度和面積利用系數(shù)都是一個定值,當可忽略容積效率的變化時,空氣壓縮機的流量正比于轉(zhuǎn)速．３、功率特性空氣壓縮機的軸功率為：P=<QthΔH>/6000β<3>式中：P――軸功率,KWQth――理論流量,m3/minΔH――進出口壓差,Paβ――機械效率,一般為0.9由式〔１和〔３可知,當空氣壓縮機轉(zhuǎn)速變化時,其軸功率與轉(zhuǎn)速成正比,４、轉(zhuǎn)矩特性空氣壓縮機的轉(zhuǎn)矩為：M=9552<P/N><4>由于空氣壓縮機的軸功率與轉(zhuǎn)速在正比,因此式可知,當轉(zhuǎn)速變化時,轉(zhuǎn)矩不變,即空氣壓縮機屬于恒轉(zhuǎn)矩運行．可見空氣壓縮機風量Q和電機的轉(zhuǎn)速n是成正比關系的,而軸功率P與轉(zhuǎn)速也是成正比關系。所以當需要80％的額定風量時,通過變頻調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80％,即調(diào)節(jié)頻率到40赫茲即可,這時所需功率將僅為原來的80％．三．變頻改造節(jié)能預計計算公式：1、預計改造前工頻運行功率計算公式四、節(jié)電數(shù)據(jù)考核計算

在空壓機節(jié)能改造前后,通過空壓機控制器上面的獲取空壓機總運行時間、加載時間,空載電流,加載電流。然后按空壓機每月工作30天,每天工作16個小時計算?！差A計安裝變頻器后加載電流在350左右

我們根據(jù)三相異步電機電功率計算式子：

P=√3×U×I×COSφ

=1.732×U×I×COSφ

P為三相電機功率,單位瓦

U為線電壓,即380伏

I為線電流,即鉗式電流表實測電流,單位安

cosφ為功率因數(shù),

月總消耗電功=月加載運行電功+月空載運行電功

安裝變頻器前月加載運行電功=1.732×U×I〔加載電流×COSφ

×30天×14小時×加載時間/總運行時間/1000=101034度

月卸載載運行電功=1.732×U×I〔空載電流×COSφ

×30天×2小時×<總運行時間-加載時間>/總運行時間/1000月卸載運行電功=1.732×380×150/1000〔加載電流×0.85

×30天×2=5034度〔一小時卸載8分鐘,16小時大約有兩小時卸載狀態(tài)安裝后=1.732×380×350〔加載電流×0.85

×30天×14小時×加載時間/總運行時間/1000=82237度安裝變頻器前后加載節(jié)電度數(shù)=101034-82237=18797度節(jié)電率為=總節(jié)電度數(shù)/總耗電度數(shù)=23% 此空壓機的變頻器節(jié)電改造節(jié)電率保守預計在23%-30%之間。三、其它1、設備改造后,為了保證空壓機的正常運行必須有原設備控制及變頻控制切換選擇。2、除改造增加的控制柜內(nèi)部布線外,所有電源主線由需方提供。3、在改造時,為了保證需方的生產(chǎn)需要,必須在規(guī)定的時間內(nèi)改造完成。4、根據(jù)需方的現(xiàn)場實際情況,原則上所有工作均由供方完成,需方給予積極配合。四、質(zhì)量、工程及售后服務1、質(zhì)保期：設備安裝調(diào)試完畢并驗收合格移交后壹年,在質(zhì)保期內(nèi)無償?shù)某袚姽癖旧砉收暇S修義務。2、交貨期：確保項目在需方指定時間段內(nèi)20個