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一、 改造項目：

兩臺65KW空壓機變頻節(jié)能改造

空壓機生產(chǎn)廠家：某壓縮機公司

二、改造前空壓機運行狀況：

1.原系統(tǒng)輸出壓力在0.4～0.7Mpa之間波動；

2.加載時間108秒，電流40～100A，卸載時間162秒，電流40A；

3.壓力波動對管網(wǎng)沖擊大，加載、卸載時，噪音大；

4.開環(huán)控制，不能保證精度；

5.啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊大；

6.輸出氣壓大于0.75Mpa時，卸載閥打開，造成能源浪費。

三、改造要點：

1.變頻器選用大于設(shè)備容量一個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：通過轉(zhuǎn)換開關(guān)ZK，兩臺空壓機可以選擇1#或2#單臺運行。

3.系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，通過壓力傳感器，測得的管網(wǎng)壓力值與在PID控制器上設(shè)定的目標(biāo)壓力值相比較得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)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，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率），調(diào)節(jié)電機運行速度，使空壓機輸出壓力基本保持在目標(biāo)設(shè)定值上。

4.系統(tǒng)保留原控制柜，新增一臺變頻柜。采用自動（變頻）、手動（工頻）切換控制，對原控制柜內(nèi)改動小，恢復(fù)原控制方式簡便。

手動時，電源通過變頻柜接入原控制柜內(nèi)。電機運行通過原控制柜操作，保留星三角啟動方式。

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

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

四、變頻改造效果

1.變頻運行時，壓力基本保持在目標(biāo)值上下。

2.軟啟動、軟停止功能設(shè)有過壓、欠壓、缺相、過流等保護。

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

4.節(jié)電效果明顯，節(jié)電率達(dá)到31.8%。

五、投資回報分析

1.改造前

①平均加載時間108秒，平均電流85A；卸載時間162秒，電流40A。

②改造前每日用電

1.73×（85×40%＋40×60%）×380×24=915.1KWH

2.改造后實測每小時耗電為26KWH

每日用電26×24=624KWH

3.每度電價以0.5元，每月以30天計，每月節(jié)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.空壓機啟動前、停止后的操作順序仍按照未改造前操作順序進行；

2.空壓機調(diào)節(jié)閥上限壓力調(diào)至5.7kg,下限壓力調(diào)節(jié)至4.7kg;

3.油泵壓力在26HZ運行時，調(diào)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(tǒng)保留了原來控制柜的手動功能，通過變頻柜上的WK轉(zhuǎn)換開關(guān)，可選擇“手動”、“停止”、“自動”（變頻）運行；

2.旋轉(zhuǎn)ZK轉(zhuǎn)換開關(guān)，可選擇“1#機停用”或“2#機停用”；

3.自動（變頻）運行時，將WK轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到“自動”位置，按下啟動按鈕，變頻器就會按程序自動投入，并逐漸加速至全速。此時打開風(fēng)門，空壓機開始加載壓縮。停機時，按下停機按鈕，變頻器輸出頻率會逐漸下降指令，此時方可將WK轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到“停止”位置，使系統(tǒng)復(fù)位。下次啟動時，需等待變頻器放電結(jié)束，在將WK轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到“自動”位置。

4.對變頻器參數(shù)和PID參數(shù)可在現(xiàn)有基礎(chǔ)進行細(xì)調(diào)（分別參考QD系列變頻器說明書和PID控制器使用說明書），這樣做更有利于設(shè)備運行和提高節(jié)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)中最常用的空氣動力提供設(shè)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(fù)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，活塞與氣缸內(nèi)壁及氣缸蓋構(gòu)成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動下，在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動以實現(xiàn)氣缸內(nèi)氣體的壓縮。

三、空壓機系統(tǒng)控制

空壓機主電機運行方式為星-角降壓起動后全壓運行，供氣系統(tǒng)具體工作流程為：當(dāng)按下啟動按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動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(guān)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(guān)上限值，即起跳壓力，控制器使進氣閥關(guān)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(guān)下限值后，即回跳壓力下，控制器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機滿載運行。  

四、空壓機系統(tǒng)節(jié)能分析

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(wù)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。

1.加、卸載供氣控制

加、卸載供氣控制方式即為進氣閥開關(guān)控制方式，即壓力達(dá)到上限時關(guān)閥，壓縮機進入輕載運行；壓力抵達(dá)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(fù)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(shè)計余量一般偏大。工頻起動設(shè)備時的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設(shè)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(shè)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(dǎo)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(dǎo)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。空壓機的有些調(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?！?/span>

2.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(dāng)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(shù)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(dá)到真正的供需平衡，在節(jié)能的同時，也可使整個系統(tǒng)達(dá)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。

五、空壓機系統(tǒng)節(jié)能原理

采用變頻器控制空壓機的轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能是一種較為科學(xué)的控制方法。根據(jù)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(zhuǎn)速。

由上式可知，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)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(jié)能效率也接近40%，這就是調(diào)速節(jié)能的原理所在。

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(shù)改變空壓機轉(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，一般節(jié)電率都在30％以上。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。

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(zhuǎn)動慣量負(fù)載，這種啟動特點就很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現(xiàn)跳過流保護的情況，建議選用具有高啟動轉(zhuǎn)矩的無速度傳感器矢量變頻器，保證即能實現(xiàn)恒壓供氣連續(xù)性，又保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運行；

（2）空壓機不允許長時間在低頻下運行，當(dāng)空壓機的轉(zhuǎn)速過低，一方面將使空壓機的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤滑變差，會加快磨損。所以工作的下限頻率應(yīng)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，提高電動機的穩(wěn)定性。

2.恒壓供氣節(jié)能原理

如上所述，流量是供氣系統(tǒng)的基本控制對象，供氣流量需要隨時滿足用氣流量。在供氣系統(tǒng)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足用氣需求，這就是恒壓供氣系統(tǒng)所要達(dá)到的目的。

變頻調(diào)速系統(tǒng)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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。另外，采用該方案后，空氣壓縮機電動機從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實現(xiàn)軟啟動，避免了啟動時的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械沖擊。正常情況下，空氣壓縮機在變頻器調(diào)速控制方式下工作。變頻器一旦出現(xiàn)故障，生產(chǎn)工藝不允許空氣壓縮機停機，因此，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，可由工頻電源通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機照常工作。

整個控制過程如下：

用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設(shè)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(zhuǎn)速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨于穩(wěn)定

特別注意，在壓力容差范圍內(nèi)，變頻器的PID不調(diào)節(jié)，即保持輸出頻率不變。