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TP變頻器在空氣壓縮機系統中的應用

(發布日期：2007-7-5 14:22:43) 來源：

    摘要：由于空壓機是結構復雜的通用設備，運轉時間長，配備電機功率較大，因而降低空壓機的功耗，提高空壓機的經濟運行，對節能具有一定意義。盡管我們加強日常運行管理：減少泄漏、合理潤滑、定期維護，但是共蘊藏的節能潛力遠未被挖掘出來。關鍵字：TP變頻器；壓縮機隨著我國經濟的高速發展特別是21世紀初WTO的加入，能源的安全已成為擺在我們面前的一個刻不容緩的問題。全國范圍內的連續限電已向我們拉響了能源的警報。也是關系到我國經濟可持續發展戰略的一個重要因素。同時異常激烈的市場競爭已滲透到各行各業的每個角落中。生產型企業怎樣能否有效的提高生產效率、工藝、節能降耗從而降低生產成本，保住產品優勢業亦成為各廠家發展中的首要問題。據不完全統計在我國的電能的60%是被各行各業中廣泛使用的風機、水泵所消耗，而空壓機則占了60%中的15%左右。可想而知其年消耗量有多大。
    而由于空壓機是結構復雜的通用設備，運轉時間長，配備電機功率較大，因而降低空壓機的功耗，提高空壓機的經濟運行，對節能具有一定意義。盡管我們加強日常運行管理：減少泄漏、合理潤滑、定期維護，但是共蘊藏的節能潛力遠未被挖掘出來。下面就作簡單分析。
    我們通常使用的都是活塞式空壓機，活塞在氣缸內作往復運行，周期性地改變缸內的容積，從而使氣缸內氣體容積發生變化，并與氣缸內氣閥作相應的開閉動作配合，通過吸氣、壓縮、排氣等動作，將無壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲壓罐內。
    首先，空壓機的驅動軸上所需要的軸功率，與排氣壓力、空壓機轉速有直接的關系，也就是說，在實際運行中，由于壓縮空氣的使用隨時在變化，空壓機并不經常在額定工況下運行，而空壓機排氣壓力的高低則直接影響到實際軸功率的大小。排氣壓力越高，所需軸功率也越大。試驗證明滿負載時，空壓機的輸入電流（功率）與排氣壓力的關系符合圖2曲線與關系式。
    其次，為滿足用氣量的隨時變化要求，儲氣罐內氣體必須保持一定的壓力，我廠濾池運行壓力為0.65-0.80MPA，目前大多數空壓機均采用切斷進氣的調節方式來改變排至儲氣罐的氣量。對于空壓機氣量的供求關系表現為排氣壓力的變化，空壓機排氣量正好滿足生產用氣量要求時，儲氣壓力保持不變，若能維持這種狀態當然最佳，但實際上用氣量是隨時變化的，而且設計冗余量較大，所以空壓機排氣量都要大于用氣量，如果空壓機仍恒速運轉，則儲氣罐內的氣體越積越多，當罐內壓力上升達到設定壓力時，一般采用兩種辦法：一種是空壓機卸荷運行，不產生壓縮氣體，電動機處于空載運轉，其用電量仍為滿負載的30-60%，這部分電能被白白浪廢掉。另外一種辦法是停止空壓機運行，這樣似乎空壓機空轉或不斷放空所浪費的電能被消除了，但是若無容積較大的儲氣罐，將會帶來電動機的頻繁啟動，空壓機的空載啟動電流大約是額定電流的5-7倍，對電網及其它用電設備沖擊較大，同時使空壓機的使用壽命也會縮短。
    綜上所述，由于空壓機可以在保證生產所需要的最低壓力下運行，電機輸入功率大大下降，輔以壓力閉環控制，實現空壓機的供氣壓力—轉速的動態匹配，減少了電機的實際輸入功率，達到節能目的。即電機的轉速由供氣壓力來控制，壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，而不必做無用功，從而取得良好的節能效果，節能的第二方面是空壓機停止了空轉，電機不存在輕載運行，這部分能量很可觀。
    相應帶來的其它好處是：供氣壓力穩定，通過壓力調節器，可使空壓機保持在設定的壓力值下工作，壓力穩定可靠性高，而且壓力可以無級設定，隨時可調。電機實現軟啟動，壓縮機的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長。空壓機排氣量由空壓機的轉速來控制，氣缸內氣閥片不再反復地開啟和關閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動與沖擊，維修工作量減少。
    示例1、以下為某水廠的空壓機運行狀況：
自來水廠的每日供水量隨季節天氣的變化而不同，一日之隨每時的供水量也隨時間晝夜而有別。水廠的供水量始終處于動態的變化之中，濾池的運行數量也在不斷地改變。水廠濾池總數為32格，進水閘板、排水閘板、反沖氣蝶閥、反沖水蝶閥與出水蝶閥都采用氣動控制，以四臺空壓機（兩用兩備）組成的空壓站供給氣源。以下是濾池空壓站節能效果的測算：（空壓機配用電機Pe=11KW，Ie=22.3A，Ue=380V）
    1.1 只運行—組濾池（16格）
現場實測：只開啟一臺空壓機，卸荷時運行電流為11A，電壓為400V，功率因數約為0.85，消耗有功功率：P＝ 3×400×11×0.85＝6477.68W＝6.4777KW
    載荷—卸荷時間比為8：6，那么一年一臺空壓機卸荷運行所需電能為：
W＝P×24×365×6÷14＝24319.06kWh
1.2 一組濾池全部投運，另一組運行4格（共20格）
    現場實測：只開啟一臺空壓機，這時空壓機不再有卸荷運行，儲氣罐壓力為0.65MPA，輸入電流為20A，沒有做無用功。
    1.3 兩組濾池全部運行（32格）
必須將兩臺空壓機全部投入運行，這時運行情況與1類似。
1 空壓機變頻調速的實現方案
    根據現場情況，目前控制濾池氣動閥共有四臺（兩用兩備）空壓機，型號相同。選用一臺TP變頻器輪換去驅動兩臺空壓機，這樣在運行兩臺時，一臺調速一臺定速；再輔以適當的控制功能，實現整個空壓站的恒壓自動控制，該系統可以根據儲氣罐壓力的變化，自動調節空壓機的轉速和空壓機的運轉臺數。
    該系統自動化程度高，運行方式合理，不到一年時間就能收回投資。當然，空壓機采用了變頻調速后，對空壓機正常運行有無影響應該注意，首先是潤滑問題，其實空壓機轉速越低，吸、排氣壓力差越小，潤滑油耗量也就越小，即所謂“低轉速，低潤滑”。
變頻器性能要求：
1、由于空壓機同時具備了變轉矩負載和恒轉矩負載的特性。所以我們選用了德國原裝的TP2200A系列變頻器，它的過載特性最高可達電機額定電流的200%，IGBT的極限電流為額定電流的6倍。全面的電機保護功能保證空壓機的長期無故障運行。且由于其唯一的出廠24個月保質期最大限度的保護用戶利益。
2、TP2200變頻器采用多種控制模式包括磁場定向矢量控制、直接轉矩控制等，可以保證變頻器足夠的轉矩輸出。
3、TP2200變頻器內置PI功能，可以直接輸入壓力信號便于壓力閉環控制。
v 4、TP2200可以在0℃-55℃中的環境溫度無障礙運行（一般空壓機安裝場合溫度較高）；甚至可以在海拔4000M的高原地區正常使用；可在320V到528V之間，寬電壓運行；
    總之TP2200系列變頻器在各行各業中，特別是對變頻器性能、功能要求較高的場合已逐漸得到廣泛的應用，以上案例僅為拋磚引玉。我們相信在不久的將來，TP系列變頻器將成為中國電氣傳動領域的重要一員。

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