寶米勒空壓機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用
bmller 2021-04-02
一、概述:
常見大中型空壓機(jī)為螺桿式或活塞式壓縮機(jī)。工作時(shí)由一臺電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿或活塞向氣罐充氣,當(dāng)氣罐壓力升至設(shè)定的最高
壓力時(shí)離合片動(dòng)作,電機(jī)自動(dòng)卸載,電機(jī)空轉(zhuǎn),螺桿或活塞停止壓縮空氣。
二、改造前的設(shè)備狀況
傳統(tǒng)空壓機(jī)的工作圖
傳統(tǒng)空壓機(jī)的問題:
1、電能浪費(fèi)嚴(yán)重
傳統(tǒng)的加卸載式空壓機(jī),能量主要浪費(fèi)在:
(1)加載時(shí)的電能消耗
在壓力達(dá)到所需工作壓力后,傳統(tǒng)控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升直到卸載壓力。在加壓過程中,一定會產(chǎn)生更多的熱量和噪音,
從而導(dǎo)致電能損失。另一方面,高壓氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前,其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓,這一過程同樣耗能。
( 2)卸載時(shí)電能的消耗
當(dāng)達(dá)到卸載壓力時(shí),空壓機(jī)自動(dòng)打開卸載閥,使電機(jī)空轉(zhuǎn),造成嚴(yán)重的能量浪費(fèi)。空壓機(jī)卸載時(shí)的功耗約占滿載時(shí)的30%~50%,可
見傳統(tǒng)空壓機(jī)有明顯的節(jié)能空間。
2、工頻啟動(dòng)沖擊電流大
主電機(jī)雖然采用Y-△減壓起動(dòng),但起動(dòng)電流仍然很大,對電網(wǎng)沖擊大,易造成電網(wǎng)不穩(wěn)以及威脅其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全。對于自發(fā)電工廠,數(shù)倍的額定電流沖擊,可能導(dǎo)致其他設(shè)備異常。
3、壓力不穩(wěn),自動(dòng)化程度底低
傳統(tǒng)空壓機(jī)自動(dòng)化程度低,輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠對加卸載閥、調(diào)節(jié)閥的控制來實(shí)現(xiàn)的,調(diào)節(jié)速度慢,波動(dòng)大,精度低,輸出壓力不穩(wěn)定。
4、設(shè)備維護(hù)量大
空壓機(jī)工頻啟動(dòng)電流大,高達(dá)5~8倍額定電流,工作方式?jīng)Q定了加卸載閥必然反復(fù)動(dòng)作,部件易老化,工頻高速運(yùn)行,軸承磨損大,設(shè)備維護(hù)量大。
5、噪音大
三、變頻改造的優(yōu)勢
1、節(jié)能
節(jié)能原理:變頻調(diào)速系統(tǒng)以輸出壓力作為控制對象,由變頻器,壓力傳感器、電機(jī)組成閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng),工作壓力值可由操作面板直接設(shè)置,現(xiàn)場壓力由傳感器來檢測,轉(zhuǎn)換成4~20mA電流信號后反饋到變頻器,變頻器通過內(nèi)置PID進(jìn)行比較計(jì)算,從而調(diào)節(jié)其輸出頻率,達(dá)到空壓機(jī)恒壓供氣和節(jié)能的目的,變頻節(jié)能表現(xiàn)在:
(1)、變頻器通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整氣體流量,使電機(jī)的輸出功率與流量需求成正比,保持電機(jī)高效率工作,功率因數(shù)高,無功損耗小,節(jié)電效果明顯;
(2)、按嚴(yán)格的EMS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),高速低耗的IGBT以及采用了高效的失量控制算法,使得變頻器諧波失真和電機(jī)的電能損耗最小化;
(3)、自動(dòng)快速休眠使得空載時(shí)間變短,電機(jī)完全停止,最大程度節(jié)能。無沖擊啟動(dòng)及低頻大轉(zhuǎn)矩特性保證變頻器隨時(shí)帶載起停。
節(jié)能空間:
灰色:變頻空壓機(jī)功耗曲線
綠色:節(jié)能部分A,變頻空壓機(jī)比普通空壓機(jī)節(jié)省的能量
淺藍(lán)色:節(jié)能部分B,變頻空壓機(jī)可能節(jié)省的能量。B為當(dāng)變頻空壓機(jī)已進(jìn)入空久停機(jī)休眠階段,而普通空壓機(jī)沒有進(jìn)入休眠時(shí),變頻空壓機(jī)節(jié)省的能量。如果變頻空壓機(jī)也沒有進(jìn)入休眠,則B=0。
剛啟動(dòng)或休眠后啟動(dòng)時(shí),普通空壓機(jī)和變頻空壓機(jī)均運(yùn)行在額定功率附近。因此變頻空壓機(jī)可以保證充氣的快速性。
2、啟動(dòng)電流小,對電網(wǎng)無沖擊
變頻器可使電機(jī)起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升,沒有任何沖擊;可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟停,避免反生電流造成的危害,有利于延長設(shè)備的使用壽命
3、輸出壓力穩(wěn)定
采用變頻控制系統(tǒng)后,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測供氣管路中氣體的壓力,使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量;
4、設(shè)備維護(hù)量小
空壓機(jī)變頻啟動(dòng)電流小,小于2倍額定電流,加卸載閥無須反復(fù)動(dòng)作,變頻空壓機(jī)根據(jù)用氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,運(yùn)行頻率低,轉(zhuǎn)速慢,軸承磨損小,設(shè)備使用壽命延長,維護(hù)工作量變小。
5、噪音低
變頻根據(jù)用氣需要提供能量,沒有太多的能量損耗,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低,機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)噪音因此變小,由于變頻以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式,不用反復(fù)加載、卸載,頻繁加卸載的噪音也沒有了,持續(xù)加壓,氣壓不穩(wěn)產(chǎn)生的噪音也消了。 總之,采用變頻恒壓控制系統(tǒng)后,不但可節(jié)約一筆數(shù)目可觀的電力費(fèi)用,延長壓縮機(jī)的使用壽命,還可實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的目的,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
四、寶米勒MC200K變頻器的特點(diǎn)
針對空壓機(jī)的特殊控制需求:一體化的專用變頻器 + 用戶可選的操作界面,對比一般采用標(biāo)準(zhǔn)變頻器+專用控制器的方式。有更多優(yōu)點(diǎn):
變頻器與空壓機(jī)的運(yùn)行特性緊密的結(jié)合,這是普通專用控制器無法做到的,不能專門針對空壓機(jī)工況:滿壓啟動(dòng)、高環(huán)境溫度設(shè)計(jì)、電壓
波動(dòng)能力等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。未來向高端發(fā)展,如:網(wǎng)絡(luò)化控制,遠(yuǎn)程智能管理上,普通控制器也很難做到。
為了將變頻器更好地融入到空壓機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中,采用一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),更緊密貼近空壓機(jī)行業(yè)需求,實(shí)現(xiàn)了更加優(yōu)異的控制性能:
1、內(nèi)置的控制器完成空壓機(jī)的所有控制功能。
控制器與變頻器完美地結(jié)合成了一個(gè)有機(jī)整體,用戶再不用配備額外的控制器,同時(shí)也大大簡化了用戶的安裝接線和保養(yǎng)維護(hù)操作。
2、與變頻器快速的交換數(shù)據(jù),較傳統(tǒng)方式快5-10倍。
變頻器能根據(jù)壓力傳感器反饋的壓力信號,經(jīng)過處理后直接調(diào)整電機(jī)的輸出頻率,而不需要像傳統(tǒng)方式那樣,通過控制器處理后給出一個(gè)
模擬量作為變頻器頻率給定。這就大大降低了模擬量波動(dòng)所帶來的精度不穩(wěn),同時(shí)通過485通訊,數(shù)據(jù)能以更快速更準(zhǔn)確的方式進(jìn)行交換。
3、更有效的壓力控制精度和響應(yīng)時(shí)間
變頻器的頻率給定可以精確到0.01Hz,開環(huán)矢量控制穩(wěn)速精度可±0.2%,甚至可以一轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,并且能自動(dòng)補(bǔ)償高負(fù)載時(shí)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速變動(dòng)。這就大大提高了系統(tǒng)的壓力控制精度,快速精確地響應(yīng)實(shí)際壓力的變化
五、變頻改造方案設(shè)
根據(jù)對客戶現(xiàn)場了解,我們選用內(nèi)置式一體化解決方案,選配合適的MC200G2500T4K 1臺,并配置相應(yīng)的交流接觸器、壓力傳感器等器件,使空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制。并保留原有的工頻控制方式,如變頻出現(xiàn)故障時(shí)可以采用工變頻切換方式。
控制原理圖
六、節(jié)能率估算:
1、耗能分析:螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行原理決定了壓縮機(jī)的能耗,當(dāng)壓縮機(jī)的產(chǎn)氣量大于用氣量時(shí)壓縮機(jī)會卸載,當(dāng)設(shè)備用氣量大于產(chǎn)氣量時(shí)壓縮機(jī)會加載,這樣不停加卸載造成管網(wǎng)壓力很不穩(wěn)定,電流波動(dòng)也比較大
2、節(jié)能空間分析:
1)、壓縮機(jī)卸載時(shí)壓縮機(jī)做的全部是無用功
2)、當(dāng)壓縮機(jī)加載時(shí)上升的壓力也是不必要的,因?yàn)榧虞d壓力設(shè)定就是你的最低需求壓力
3)、一般的空氣壓縮機(jī)壓縮空氣的能耗就是這兩部分
4)、這兩部分的能耗都有計(jì)算方法。
3、能耗計(jì)算方法:
1)、卸載能耗約占壓縮機(jī)功率的52% (可以測電流得到精確數(shù)據(jù))220A/ 420A= 52% (壓縮機(jī)功率滿載約250KW) ,卸載功率=250×52% = 130KW ,加載功率在250KW.
2)、KP 壓力上升1KG,能耗約占整個(gè)系統(tǒng)的7%
3)、壓力設(shè)定在5.7-7.0之間,把空壓機(jī)的進(jìn)氣門一直打開,空壓機(jī)理論上是出于一直加載狀態(tài)
4)、統(tǒng)計(jì)今年自10月21日9時(shí)至10月30日22時(shí)期間共230小時(shí)的運(yùn)行記錄,5號機(jī)的平均加載率是:57.7%。,平均卸載率42.3%,空壓機(jī)月平均運(yùn)行時(shí)間700小時(shí)。
5)、一月節(jié)約計(jì)算:月卸載時(shí)做無用功=卸載功率×卸載率×運(yùn)行時(shí)間=130kw*42.3%*700=38493度
月加載時(shí)升高1公斤壓力耗電量=加載功率×加載率×運(yùn)行時(shí)間×KP=250*57.7%*700*7%=7068.2度=45561度
月總節(jié)電量=月卸載時(shí)做無用功+月加載時(shí)升高1公斤壓力耗電量=38493+7068.2=45561度
但是壓縮機(jī)改造變頻后不能完全的消除卸載,因?yàn)槁輻U壓縮機(jī)在變頻到25HZ后再不能再降低轉(zhuǎn)速,降低后效率急速下降,所以卸載的20%能耗不能節(jié)約,這樣每月總節(jié)約為:45561*80%=36449度電用電記錄:5號每耗電量為158760度,節(jié)電率=36449/158760=23%.