變頻調(diào)速技術(shù)在空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用2

一、概述

交流調(diào)速技術(shù)是電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等多門學(xué)科相結(jié)合發(fā)展的產(chǎn)物，基本原理是通過(guò)大功率電子開(kāi)關(guān)器件及智能控制技術(shù)將電網(wǎng)的工頻交流電經(jīng)過(guò)整流、逆變等過(guò)程，將固定頻率的交流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，用來(lái)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)等負(fù)荷，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。現(xiàn)在世界上許多先進(jìn)國(guó)家大多采用此技術(shù)。此技術(shù)已經(jīng)成型，發(fā)展也比較快。交流調(diào)速技術(shù)有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：

1、

輸出功率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速。

2、

功率因數(shù)高，利用效率高，節(jié)能效果顯著。

⑴有發(fā)無(wú)功功率的能力，不消耗電網(wǎng)上的無(wú)功。

⑵穩(wěn)壓性能好。如設(shè)備在額定功率下運(yùn)行，能保證電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，從而避免了因電壓高（低）對(duì)電機(jī)所造成的危害。

⑶在電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷低于額定功率時(shí)，它可以根據(jù)給定值來(lái)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸出功率。3、

對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)有很大的適應(yīng)能力，并能大大減少系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的污染。（經(jīng)過(guò)盡一年來(lái)的運(yùn)行，我單位的兩臺(tái)ME工業(yè)控制計(jì)算機(jī)從沒(méi)有因?yàn)樽冾l系統(tǒng)而影響本身的正常運(yùn)行）。

4、

可調(diào)范圍（頻率可在0Hz～400Hz之間進(jìn)行調(diào)節(jié)）寬，可以實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)速，并能保證很硬的輸出特性，并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，調(diào)速精度高。適用于各種壓力、溫度、速度、流量的控制。5、

采用智能化控制，有完善的保護(hù)性能，使用安全可靠，操作簡(jiǎn)方便。并且具備電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行所需要的電氣保護(hù)。

6、

啟動(dòng)、停止平穩(wěn)，極大地緩和了對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊，使電動(dòng)機(jī)能夠平穩(wěn)地加速或減速，從而避免了驟然啟動(dòng)或驟然停止所造成的損害，大大延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)及整套機(jī)組的使用壽命。

除此之外，更兼其體積小、重量輕、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此，變頻調(diào)速技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這將極大地提高工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動(dòng)化水平，從而可以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的目的。

二、國(guó)際變頻技術(shù)的應(yīng)用范圍

當(dāng)今世界，許多先進(jìn)國(guó)家都在大范圍地應(yīng)用變頻技術(shù)，它們生產(chǎn)的交流接觸器本身就具有變頻能力。低壓電動(dòng)機(jī)從0.75KW～800KW都能應(yīng)用變頻技術(shù)，從而達(dá)到合理控制電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷輸出，達(dá)到節(jié)能的目的。在高壓設(shè)備上變頻技術(shù)的應(yīng)用比較少，一是因?yàn)楦邏涸O(shè)備功率大、電壓高，需要專用的變壓器和變頻器，并且變頻器的耐壓等級(jí)的要符合高壓設(shè)備的要求，成本很高，不利于廣泛地推廣應(yīng)用。二是高壓設(shè)備大多采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)提高設(shè)備的功率因數(shù)，所以國(guó)外的高壓設(shè)備基本不采用變頻技術(shù)。

三、國(guó)內(nèi)變頻技術(shù)的應(yīng)用狀況

我們國(guó)內(nèi)的變頻技術(shù)起步較晚，應(yīng)用的很不廣泛。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)變頻設(shè)備的技術(shù)能力有限，達(dá)不到正常生產(chǎn)要求，現(xiàn)在我們所用的變頻設(shè)備大多從美、日、德等國(guó)引進(jìn)，成本比較高，加之人們對(duì)變頻技術(shù)的應(yīng)用并不十分了解，所以造成了我國(guó)變頻技術(shù)應(yīng)用不廣泛的現(xiàn)象。我國(guó)目前的變頻技術(shù)正處于推廣應(yīng)用階段。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們的變頻應(yīng)用技術(shù)將會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)中大顯身手，達(dá)到增收節(jié)能的目的。

四、空壓機(jī)變頻技術(shù)的提出

我們單位的設(shè)備用氣系統(tǒng)在九七年11月份以前一直采用四臺(tái)柳州第二空壓機(jī)廠生產(chǎn)的空氣壓縮機(jī)，其電動(dòng)機(jī)分別為37KW的兩臺(tái)、22KW的兩臺(tái)。以保證工廠自動(dòng)控制用的壓縮空氣。

該裝置自投產(chǎn)以來(lái)，正常以兩臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行，（一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為37KW，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為221KW），空壓機(jī)的加、減載過(guò)程由機(jī)械加、減載閥控制，兩臺(tái)機(jī)加、減載控制壓力不能相差太大，當(dāng)有一臺(tái)略不好用（減載失靈）的情況下，將造成壓縮機(jī)長(zhǎng)期加載運(yùn)行，因一臺(tái)壓縮機(jī)達(dá)不到生產(chǎn)的需要，兩臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)加載運(yùn)行，將會(huì)造成儲(chǔ)罐壓力升高。為避免這種情況的發(fā)生，需要經(jīng)常對(duì)儀表風(fēng)儲(chǔ)罐進(jìn)行放空，這對(duì)機(jī)械與電氣運(yùn)行都很不利，即浪費(fèi)了電能，又增加了設(shè)備檢修的周期。當(dāng)壓縮機(jī)的加載失靈時(shí)，將會(huì)造成壓力降低，直接影響整個(gè)裝置的正常運(yùn)行，同時(shí)又增加了崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

根據(jù)上述情況，在參考有關(guān)技術(shù)資料的前提下，我們提出了在空壓站安裝一套變頻調(diào)速裝置的設(shè)想，對(duì)兩臺(tái)22KW的電機(jī)進(jìn)行調(diào)頻控制，以滿足節(jié)能降耗的要求，此設(shè)想得到了分公司領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，很快付諸于實(shí)施。

五、空壓機(jī)工藝系統(tǒng)流程圖

六、系統(tǒng)控制方案的選擇

該系統(tǒng)有三種控制方案，它們分別為強(qiáng)手動(dòng)、手動(dòng)和自動(dòng)。

強(qiáng)手動(dòng)主要是為了在發(fā)生事故時(shí)，變頻器、編程控制器等自動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)故障或檢修時(shí)，為了保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行而采取的一種預(yù)防措施。

手動(dòng)調(diào)頻方式是在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或壓力傳感器出現(xiàn)故障閉環(huán)控制回路被斷開(kāi)而采取的一種調(diào)節(jié)方式，是一種開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。其控制框圖如圖一所示，這種控制方式使電機(jī)在一個(gè)定常頻率下工作（其頻率設(shè)定值是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值）當(dāng)裝置的用風(fēng)量基本不變時(shí)，這種工作方式還是可以的，但出現(xiàn)用風(fēng)量波動(dòng)較大時(shí)，這種工作方法就顯得無(wú)能為力了，在正常的情況是自動(dòng)調(diào)頻方式。這是一種閉環(huán)控制環(huán)節(jié)。其控制框圖如圖二所示。

七、系統(tǒng)操作說(shuō)明

強(qiáng)手動(dòng)

自動(dòng)

1號(hào)機(jī)2號(hào)機(jī)3號(hào)機(jī)4號(hào)機(jī)

手動(dòng)

調(diào)頻

起動(dòng)

起動(dòng)

起動(dòng)

起動(dòng)

報(bào)警

運(yùn)行

停止

停止

停止

停止

報(bào)警復(fù)位電源

圖三

強(qiáng)手動(dòng)運(yùn)行的操作方式

圖三為變頻控制柜盤面示意圖。在三種控制方法中，強(qiáng)手動(dòng)的優(yōu)先級(jí)別最高。當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)手動(dòng)操作時(shí)，應(yīng)首先打開(kāi)柜門將K1開(kāi)關(guān)合上（正常情況下該開(kāi)關(guān)是打開(kāi)的，只有選擇強(qiáng)手動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)才合上此開(kāi)關(guān)），然后進(jìn)行面板操作（如圖三所示），強(qiáng)手動(dòng)的操作按鈕為黑框內(nèi)的按鈕，此時(shí)其他按鈕操作無(wú)效。具體的操作方法如下：

按下強(qiáng)手動(dòng)按鈕，這時(shí)強(qiáng)手動(dòng)指示燈亮。

1、

選擇要起動(dòng)的電機(jī)，按下相應(yīng)的按鈕（此按鈕為自保按鈕，按下后凹下）電機(jī)起動(dòng)，相應(yīng)的運(yùn)行指示燈亮。

2、

如果將該電機(jī)停運(yùn)，只需要再次按動(dòng)此按鈕，使按鈕彈起，電機(jī)即可停止運(yùn)行。

自動(dòng)調(diào)頻工作方式

自動(dòng)調(diào)頻方式是正常的工作方式，這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（見(jiàn)圖二），能自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)的工作情況，保持儀表風(fēng)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力保持在設(shè)定值上。其具體的操作方法如下：

1、

按下自動(dòng)操作方式按鈕，相應(yīng)的指示燈亮，此時(shí)系統(tǒng)處于自動(dòng)工作方式。

2、

選擇要起動(dòng)的電機(jī)，按下相應(yīng)的按鈕（此按鈕是點(diǎn)動(dòng)式）電機(jī)起動(dòng)，相應(yīng)的指示燈亮。

3、

如果將該電機(jī)停運(yùn)，按下相應(yīng)的停止按鈕，電機(jī)即可停止運(yùn)行，相應(yīng)的指示燈熄滅。

注意事項(xiàng)：由于三號(hào)、四號(hào)機(jī)是受同一變頻器控制的，這兩臺(tái)電機(jī)不能同時(shí)工作，兩者之間是互鎖的關(guān)系，即當(dāng)一臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)機(jī)將無(wú)法起動(dòng)。在運(yùn)行中切換時(shí)，電機(jī)停止要有一定時(shí)間的延時(shí)（約12秒），要等到該電機(jī)運(yùn)行指示燈熄滅后，才能起動(dòng)另一臺(tái)電機(jī)。

手動(dòng)調(diào)頻工作方式

手動(dòng)調(diào)頻時(shí)，系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)工作方式（如圖一所示），空壓機(jī)的工作情況是人為設(shè)定的。其具體的操作方法如下：

1、

按下手動(dòng)操作方式按鈕，相應(yīng)的指示燈亮，此時(shí)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式。

2、

選擇要起動(dòng)的電機(jī)，按下相應(yīng)的按鈕（按鈕是點(diǎn)動(dòng)式）電機(jī)起動(dòng)，相應(yīng)的指示燈亮。

3、

如果將該電機(jī)停運(yùn)，按下相應(yīng)的停止按鈕，電機(jī)即可停止運(yùn)行，相應(yīng)的指示燈熄滅。

注意事項(xiàng)：手動(dòng)調(diào)頻時(shí)，頻率不能低于30Hz，否則將因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)低、電流過(guò)大而燒毀電動(dòng)機(jī)。在自動(dòng)調(diào)頻控制時(shí)，我們?cè)O(shè)定的最低頻率也是不低于30Hz的。

系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)（自動(dòng)或手動(dòng)），當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)報(bào)警燈閃爍報(bào)警，只有按下故障復(fù)位按鈕后，電機(jī)才能重新起動(dòng)。

八、變頻前耗能情況與變頻后耗能情況的比較

變頻前耗電計(jì)算：

（37+22）KW×24小時(shí)×0.75效率

=1062KW/日

全年按330天計(jì)算:

1062KW×330=350460KW.h

350460×0.39=1,36679.40元

安裝變頻器以后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

時(shí)

間

頻率Hz

電壓V

電流A

04年11月3日1時(shí)

34.6

200

39.5

04年11月3日2時(shí)

36.9

235

39.5

04年11月3日3時(shí)

39.15

260

39.5

04年11月3日4時(shí)

40.15

271

39.5

04年11月3日5時(shí)

40

270

39.5

04年11月3日6時(shí)

42.2

294

39.5

04年11月3日7時(shí)

45.5

330

40

04年11月3日8時(shí)

35.7

222

38

04年11月3日9時(shí)

33.75

222

38

04年11月3日10時(shí)

33.65

200

37

04年11月3日11時(shí)

33.4

197

39

04年11月3日12時(shí)

33.7

200

39

04年11月3日13時(shí)

33.6

199

37

04年11月3日14時(shí)

34.8

212

39

04年11月3日15時(shí)

35.7

222

38

時(shí)

間

頻率Hz

電壓V

電流A

04年11月3日16

04年11月4日3時(shí)

42.15

293

39

04年11月4日4時(shí)

42

292

37

04年11月4日5時(shí)

41

281

38

04年11月4日6時(shí)

41.2

283

38

04年11月4日7時(shí)

42.4

296

38

04年11月4日8時(shí)

46.5

341

37

04年11月4日9時(shí)

43

303

39

04年11月4日10時(shí)

41.4

285

39

04年11月4日11時(shí)

39.2

261

38

時(shí)

間

頻率Hz

電壓V

電流A

04年11月4日12時(shí)

39.5

264

39

04年11月4日13時(shí)

39

260

39

04年11月4日14時(shí)

39.5

264

39

04年11月4日15時(shí)

41.7

288

37

說(shuō)明：

1、

統(tǒng)計(jì)表的數(shù)值為一小時(shí)的平均值（每小時(shí)抄表四次）。

2、

調(diào)頻頻率在50Hz～36Hz時(shí)，頻率每下降1Hz電壓將下降11V。

3、

調(diào)頻電流基本不變。

4、

經(jīng)過(guò)計(jì)算這兩天的平均頻率為37.88Hz；平均電壓為254V。

投入變頻前與投入變頻后相比，22KW電機(jī)每小時(shí)可節(jié)電

1.732×U1×I1－1.732×U2×I2

=1.732×380×39－1.732×254×39

=8.51KW.h

每年按330天計(jì)算，可節(jié)余電量：

330×24×8.51=67399KW.h

節(jié)約費(fèi)用67399×0.39=26285.60元

式中：U1—變頻前電壓

I1—變頻前電流

U2—變頻后電壓

I2—變頻后電流

照此計(jì)算，在兩年內(nèi)即可收回變頻器投資。

通過(guò)上述論證，該變頻器投入運(yùn)行以后，達(dá)到了生產(chǎn)裝置所需的供風(fēng)量和供風(fēng)壓力，基本取消了因機(jī)械引起的加減載工作，減少了崗位工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并節(jié)約了一定的能源。

九、目前存在的待解決的問(wèn)題

變頻技術(shù)在我國(guó)尚處于推廣應(yīng)用階段，需要解決的問(wèn)題有：

1、

加強(qiáng)對(duì)變頻技術(shù)的認(rèn)識(shí)，以便在更大的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用此技術(shù)。

2、

加強(qiáng)維修人員的培訓(xùn)工作，改變那種變頻器出現(xiàn)故障缺少維修人員的狀況。

3、

加快變頻器國(guó)產(chǎn)化的速度，以節(jié)約一次性投資過(guò)大的問(wèn)題。

十、變頻技術(shù)