摘 要：本文結(jié)合往復(fù)式壓縮機(jī)生產(chǎn)的實(shí)際工況，介紹了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在齊魯石化塑料廠往復(fù)式壓縮機(jī)中的應(yīng)用。通過(guò)改造，實(shí)現(xiàn)了往復(fù)式壓縮機(jī)的高效運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。 關(guān)鍵詞：高壓變頻器 往復(fù)式壓縮機(jī) 節(jié)能 1 引言 隨著高壓變頻器在各行業(yè)的成熟應(yīng)用，化工企業(yè)一般都設(shè)有空壓站，采用空氣壓縮機(jī)組產(chǎn)生壓縮氣體供工藝、儀表等使用。壓縮氣體的壓力需控制在一定范圍內(nèi)，壓力低及壓力高都需要開(kāi)停壓縮機(jī)（ 簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機(jī)），某化工企業(yè)的空壓機(jī)就為手動(dòng)開(kāi)停，且由于崗位合并的緣故，操作人員有所減少帶來(lái)不便。由于供氣量和壓縮機(jī)的排氣量之間很難達(dá)到完全平衡，人工調(diào)節(jié)回流量又難保證所需要的壓力和流量的穩(wěn)定，使得系統(tǒng)的弊病突出：如果供氣量不大時(shí)使氣體反復(fù)壓縮，運(yùn)行效率低，耗費(fèi)大量電能，使用旁通閥調(diào)節(jié)供氣量，工作量大，供氣壓力不大好控制，供氣質(zhì)量變差，系統(tǒng)安全性差。因此，對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造還是比較有意義。 2 往復(fù)式壓縮機(jī)的負(fù)載特性 齊魯石化塑料廠有一臺(tái)KBC-22X型號(hào)的往復(fù)式壓縮機(jī)，適配電機(jī)是200KW/6KV的8極電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速是735 r/min，采用直接驅(qū)動(dòng)方式控制。用戶通過(guò)綜合調(diào)研和考慮，選用了我們公司JD-BP37-250F型號(hào)的高壓變頻器，通過(guò)調(diào)試應(yīng)用，該變頻器有安全性能好，可靠性高，設(shè)計(jì)合理，易損件壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)性能好，降耗效果明顯，安裝、維護(hù)和保養(yǎng)都比較方便。 但一般往復(fù)式壓縮機(jī)在工作中，壓縮機(jī)利用曲軸將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩隨著曲軸的角度而改變，在這種情況下，電動(dòng)機(jī)的電流隨負(fù)載的變化而產(chǎn)生較大的波動(dòng)。所以，目前對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)存在的這些問(wèn)題限制了變頻技術(shù)在壓縮機(jī)的推廣應(yīng)用其中最嚴(yán)重的是低速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動(dòng)及由此帶來(lái)的低頻噪聲和震動(dòng)等問(wèn)題。目前高壓變頻器技術(shù)應(yīng)用在往復(fù)式壓縮機(jī)上更是寥寥無(wú)幾。目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的絕大多數(shù)壓縮機(jī)都運(yùn)行在中高速區(qū)，能效比普遍較低。 我們?cè)趧傞_(kāi)始的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)：在工作頻率降低，轉(zhuǎn)速變低時(shí)，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速越低，波動(dòng)就越大，在25Hz時(shí)的波動(dòng)情況如圖1示，波動(dòng)范圍在40r/min，說(shuō)明上述情況是確實(shí)存在的： [align=center] 圖1 25Hz轉(zhuǎn)速波動(dòng)情況[/align] 為了可靠運(yùn)行，必須降低轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，即必須有效抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)帶來(lái)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。針對(duì)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)的抑制，經(jīng)查閱部分資料已有學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究并取得了一定成果他們提出了采用迭代學(xué)習(xí)控制和 PI 相結(jié)合的方法對(duì)轉(zhuǎn)速的周期性脈動(dòng)進(jìn)行抑制，或者利用速度信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行前饋補(bǔ)償有效地抑制了轉(zhuǎn)速的周期性脈動(dòng)，但是其中的控制方法都需要碼盤(pán)來(lái)提供電機(jī)當(dāng)前的準(zhǔn)確速度信號(hào)，同時(shí)控制也比較復(fù)雜，故無(wú)法應(yīng)用到一般的壓縮機(jī)系統(tǒng)中。 3 風(fēng)光高壓變頻器的應(yīng)用情況 JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV/250KW變頻器共有15個(gè)功率單元，每5個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。 [align=center] 圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[/align] 控制器核心由高速32位DSP和HMI協(xié)同運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。HMI提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制?？刂破饔糜诠耋w內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。 每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為六支二極管實(shí)現(xiàn)三相全橋整流，通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，每個(gè)個(gè)功率單元完全一樣，可以互換，這不但調(diào)試、維修方便，而且備份也十分經(jīng)濟(jì)，假如某一單元發(fā)生故障，該單元的輸出端能自動(dòng)短路而整機(jī)可以暫時(shí)降額工作，直到緩慢停止運(yùn)行。 [align=center] 圖3 單元結(jié)構(gòu)[/align] 另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性?？刂破饔幸惶转?dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來(lái)了很大方便。 應(yīng)用中針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題，系統(tǒng)優(yōu)化改造主要需解決兩方面的問(wèn)題：第一，在滿足系統(tǒng)用氣量的基礎(chǔ)上盡可能減少排量損失；第二，在滿足壓力的前提下盡可能減少管壓差，即減少壓力損失。系統(tǒng)優(yōu)化擬從動(dòng)能和勢(shì)能兩方面同時(shí)入手，盡可能降低能耗、提高系統(tǒng)效率。解決改造問(wèn)題后，需要重點(diǎn)解決由于低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影起的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，由于在低速時(shí)壓縮機(jī)入口和出口壓力差值越大負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越嚴(yán)重，速度越低負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越嚴(yán)重。當(dāng)壓縮機(jī)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定下來(lái)后，由于負(fù)載脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的存在，轉(zhuǎn)速產(chǎn)生與脈動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩同頻率的振蕩，負(fù)載脈動(dòng)周期為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械周期。通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧┖蛥?shù)調(diào)整后，使得系統(tǒng)正常工作，同時(shí)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)減小，同在25Hz時(shí)，轉(zhuǎn)速情況如下圖4： [align=center] 圖4 25Hz轉(zhuǎn)速波動(dòng)情況[/align] 變頻器通過(guò)調(diào)整后，電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)從 40r/min 減小到了 15r/min，電機(jī)−壓縮機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)也大大減小了，從電機(jī)電流方面也看出電流波動(dòng)減小，調(diào)整前25Hz時(shí)電流在19-40A間波動(dòng)，調(diào)整后25Hz時(shí)電流在23-25A間波動(dòng)。同時(shí)節(jié)能效果就更明顯了，節(jié)能在28%左右。 4 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)幾天的調(diào)試和總結(jié)，在應(yīng)用變頻技術(shù)改造往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)應(yīng)主要的的問(wèn)題： 1）有效地抑制壓縮機(jī)周期性轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，根據(jù)負(fù)載狀況和壓縮機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)，通過(guò)適當(dāng)補(bǔ)償?shù)呢?fù)載轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)低速高性能控制； 2）考慮壓縮機(jī)的潤(rùn)滑問(wèn)題。壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速降低后，潤(rùn)滑油的耗量也就減小，潤(rùn)滑效果就變差，針對(duì)這一問(wèn)題應(yīng)采用機(jī)外加壓潤(rùn)滑。 3）系統(tǒng)壓力設(shè)定問(wèn)題。在實(shí)際運(yùn)行中，壓縮機(jī)的排氣壓力越高，所需的電機(jī)輸出功率越大，電機(jī)的耗電量也越大，所以結(jié)合節(jié)能效應(yīng)和多種實(shí)際生產(chǎn)工藝的要求，通過(guò)調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率把系統(tǒng)壓力設(shè)定工藝所要求的。 在實(shí)際運(yùn)行中，我們比較了改造前后的運(yùn)行情況:改造前，空氣壓縮機(jī)經(jīng)常是加載卸載，加載運(yùn)行時(shí)電流為29A ，卸載運(yùn)行時(shí)電流為14A，改造后，空氣壓縮機(jī)運(yùn)行頻率常在38Hz左右，運(yùn)行電流為20-21 A，基本沒(méi)有卸載時(shí)間。這樣節(jié)省大量的電能，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。 所以系統(tǒng)改造后得到了用戶的一致好評(píng)，風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器在往復(fù)式壓縮機(jī)上的大量推廣具有實(shí)際可行的意義。 參考文獻(xiàn)： 1）原魁、劉韋強(qiáng)《變頻基礎(chǔ)及應(yīng)用》1997年.冶金出版社出版 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