摘 要：本文主要介紹西班牙PE電氣SD700變頻器在空壓機(jī)上的應(yīng)用，通過對空壓機(jī)采用變頻器控制，改善了生產(chǎn)工藝，降低了設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約電能的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：SD700變頻器 諧波抑制 電磁干擾 節(jié)能

引言

空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，種類有很多，但其供氣控制方式大多采用的是加、卸載控制方式。該供氣控制方式雖然動作原理簡單，但存在電能浪費(fèi)大，供氣壓力不穩(wěn)定，進(jìn)氣閥容易損壞等諸多問題。根據(jù)國家節(jié)能減排的要求，大多數(shù)企業(yè)都采用最新的電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備低耗高效的生產(chǎn)運(yùn)行。

變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能，可靠，高效的特性，在風(fēng)機(jī)水泵，過程控制，機(jī)械設(shè)備等各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用，并且由于具有軟啟動性能，可以減少對電網(wǎng)，設(shè)備和電機(jī)的沖擊，延長設(shè)備和電機(jī)的使用壽命。特別是在空壓機(jī)控制系統(tǒng)中，如果采用高質(zhì)量的變頻器，既提高了設(shè)備的調(diào)節(jié)精度，改善了空壓機(jī)的生產(chǎn)工藝，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，降低了維修維護(hù)成本，減少了工人的勞動強(qiáng)度，已經(jīng)愈來愈受到工礦企業(yè)的技術(shù)人員和管理人員的重視。

一.空壓機(jī)改造前的運(yùn)行狀況

某企業(yè)原有2臺132KW空壓機(jī)，設(shè)備改造之前，兩臺空壓機(jī)一用一備，總是工作在工頻狀態(tài)，起動方式為自耦變壓器降壓起動，壓力控制采用上下限的兩點(diǎn)式控制方式，即空壓機(jī)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定上限時，空壓機(jī)通過本身的油壓關(guān)閉氣閥;當(dāng)壓力下降到設(shè)定下限時，空壓機(jī)打開進(jìn)氣閥。由于生產(chǎn)過程中用氣量的變化，空壓機(jī)也頻繁地加載和卸載。空氣壓力的變化范圍比較大，壓力也不穩(wěn)定。這是因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)的電機(jī)本身不能調(diào)速，所以不能直接通過壓力的變化來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到所需要的空氣流量。

另外，由于自耦變壓器起動時間過長，電機(jī)不允許頻繁工頻起動，造成在用氣量少的時候，甚至是在一定時間內(nèi)不用氣的時候，電機(jī)仍然要長時間的空載運(yùn)行，造成了電能上的巨大浪費(fèi)，給企業(yè)增加了成本。因此，該公司經(jīng)過認(rèn)真的技術(shù)研討，決定對該廠的空壓站進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

二.原空壓機(jī)系統(tǒng)存在的問題分析：

1.主電機(jī)雖然以自耦變壓器降壓起動，但起動時的電流仍然很大，對空壓機(jī)、電動機(jī)和電網(wǎng)都有很大的沖擊，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其用電設(shè)備的運(yùn)行安全。

2.采用自耦變壓器降壓起動時，存在起動時間過長，不能頻繁地起動，且故障率較高，因此自耦變壓器的維修和維護(hù)成本比較大。

3.空壓機(jī)長時間連續(xù)運(yùn)行，在空載過程中不產(chǎn)生壓縮空氣，所以電動機(jī)處在空載狀態(tài)時，會給企業(yè)造成巨大的電能浪費(fèi)。

4.當(dāng)壓力達(dá)到最大極限值時，空壓機(jī)關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種加載的調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。

5.氣壓穩(wěn)定性差和由于頻繁加、卸載導(dǎo)致執(zhí)行元件（進(jìn)氣閥、放氣閥）的頻繁動作而加速了閥門的磨損，會增加維修工作量和維修費(fèi)用。

6.主電機(jī)在工頻運(yùn)行狀態(tài)下使空壓機(jī)運(yùn)行時噪音很大。

三.空壓機(jī)變頻改造實(shí)施方案

系統(tǒng)參數(shù)：

額定功率 132 kW

額定電壓 380V

額定電流 250A

額定轉(zhuǎn)速 l485 rpm

變頻器 西班牙PE電氣公司的SD700系列變頻器，型號是SD7025052

本系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，通過變頻器的控制面板設(shè)定空氣壓力定值，在儲氣裝置上安裝一個壓力傳感器。將空氣壓力信號轉(zhuǎn)換為4～20mA的電流信號，反饋到變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將該電流值與壓力定值進(jìn)行比較運(yùn)算，然后輸出控制信號，變頻器再根據(jù)此信號輸出頻率，調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使空氣壓力保持穩(wěn)定;在用氣量小的時候，變頻器將減少頻率輸出，直至電機(jī)停止運(yùn)行，這樣空壓機(jī)始終保持在節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)。 另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來起動，實(shí)現(xiàn)了軟起動，避免了在頻繁起動時，起動電流對空壓機(jī)，電動機(jī)和電網(wǎng)帶來的沖擊。同時，該方案可保留原有的控制系統(tǒng)，增加工頻與變頻切換功能，做到工頻/變頻互鎖切換，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，利用原工頻系統(tǒng)運(yùn)行。變頻器的接線圖參考如下：

四.變頻器節(jié)能改造后的效益分析

1.延長壓縮機(jī)的使用壽命

變頻器從低頻起動壓縮機(jī)，由于起動加速時間可以調(diào)整，從而減少起動時對壓縮機(jī)的機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，延長了壓縮機(jī)的使用壽命，減少了維修量。

2.減小對電網(wǎng)的沖擊

變頻控制能夠減少起動時電流波動，適合較為頻繁地起動，可以將起動時對電網(wǎng)和其它設(shè)備造成的影響減少到最小。

3.降低了空壓機(jī)的噪音

空壓機(jī)改造工程安裝完畢后，運(yùn)行穩(wěn)定，空壓機(jī)振動和噪聲大減低。

5.提高壓力控制精度

變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力，使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出與用戶生產(chǎn)所需的用氣量相匹配，壓力波動很小，改善了生產(chǎn)工藝，確保了供氣量的穩(wěn)定。

6.節(jié)約電能

根據(jù)用氣量需求來調(diào)節(jié)電動機(jī)的運(yùn)行速度，且在不用氣的生產(chǎn)間歇，停止壓縮機(jī)電機(jī)運(yùn)行，使得壓縮機(jī)始終處于最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，避免了改造前壓縮機(jī)頻繁加載，卸載以及長期空轉(zhuǎn)造成的電能浪費(fèi)，節(jié)約了企業(yè)的生產(chǎn)成本。實(shí)際運(yùn)行后的節(jié)電分析如下：

改造前，空壓機(jī)加載運(yùn)行時的電流245A，卸載時運(yùn)行電流105A。全天實(shí)際生產(chǎn)時間累計(jì)達(dá)14小時，生產(chǎn)間歇和換班時間累計(jì)大約10小時;改造后，生產(chǎn)狀態(tài)下，空壓機(jī)頻率基本上在35～42Hz，運(yùn)行電流平均125A;在生產(chǎn)間歇和換班情況下，空壓機(jī)可以停止運(yùn)行，基本上無空轉(zhuǎn)運(yùn)行情況。

用電量分析：全年按300天計(jì)算，

改造前:

加載運(yùn)行時W1=1.732xIxUxT1/1000 =1.732x245x380x14/1000 =2257 kWh

卸載運(yùn)行時W2=1.732xIxUxT2/1000 =1.732x105x380x10/1000 =691 kWh

全天耗電W=W1+W2=2948 kWh

改造后：

壓力可調(diào)節(jié)時W=1.732xIxUxT/1000 =1.732x125x380x14/1000 =1152 kWh

因此，每天可以節(jié)電△W=2948-1152=1796 kWh，每度電按0.5元來計(jì)算，全天節(jié)省電費(fèi)898元，全年按300天生產(chǎn)計(jì)算，全年可以節(jié)電269400元。整個系統(tǒng)的全部改造費(fèi)用是15萬元，預(yù)計(jì)7個月即可以收回成本;而在接下來的每一年里，可以直接給企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益將近26萬元左右。

五.SD700變頻器的特點(diǎn)

1. 全面的諧波抑制

為了有效降低電網(wǎng)中高次諧波分量，減小高次諧波和電磁干擾對其他設(shè)備（比如現(xiàn)場的儀器儀表）的影響，所使用的大功率變頻器必須滿足工業(yè)場合下EMC電磁兼容性的要求，即將電磁干擾和諧波控制在一定范圍內(nèi)，確保整個系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行。

PE公司的SD700系列變頻器采用了內(nèi)置的交流進(jìn)線電抗器，內(nèi)置的EMC濾波器，內(nèi)置的dv/dt輸出濾波器，全面有效地抑制了諧波和電磁干擾的影響，變頻器柜體采用帶絕緣層的2mm厚的鍍鋅鋼板，完全符合EMC工業(yè)場合應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。下圖所示為PE公司380V，132KW變頻器的內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

2.高過載能力

空壓機(jī)是大慣量負(fù)載，這種負(fù)載特點(diǎn)很容易引起變頻器起動時出現(xiàn)過流自保護(hù)的情況，這樣有必要選擇大一級變頻器，并在允許的條件下調(diào)節(jié)加減時間來滿足生產(chǎn)要求。SD700系列變頻器的過載能力達(dá)到額定值的150%，持續(xù)時間達(dá)到60秒，可以充分滿足大慣量的重載場合的應(yīng)用。

2. 全面的保護(hù)功能

SD700具有全面的電機(jī)和變頻器的保護(hù)功能，對電機(jī)過載，電機(jī)三相不平衡，過電流，過電壓，溫度過熱等故障可以起到全面的保護(hù)作用，并且具有故障預(yù)防控制功能，避免和減少不必要的故障停機(jī)，確保設(shè)備的正常生產(chǎn)。

3. 適合惡劣環(huán)境

SD700全系列變頻器的線路板均采用了絕緣涂層，包括線路板上每一個元器件的管腳和焊盤都帶有絕緣涂層，完全可以適應(yīng)潮濕和導(dǎo)電粉塵等惡劣的環(huán)境要求。

5.50°C高溫運(yùn)行不降容

采用了高效的散熱片，即使在50°C高溫環(huán)境下重載滿負(fù)荷地運(yùn)行，也不會降低變頻器的驅(qū)動能力。

6.適應(yīng)較大的電壓波動

輸入電壓波動范圍可達(dá)-20% 至+10%，欠壓持續(xù)時間可達(dá)60秒，適應(yīng)一定范圍和一定時間內(nèi)電源電壓的波動。

7.維護(hù)快速簡單

PE公司SD700系列變頻器全功率段采用的都是同一種控制板，電源板和IGBT驅(qū)動板;獨(dú)特的“同平面存取”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速簡單的維護(hù)與更換工作，加上PE公司SD700系列變頻器的三年質(zhì)保，完全可以實(shí)現(xiàn)維護(hù)簡單，穩(wěn)定可靠的運(yùn)行要求。

六.結(jié)束語

采用了SD700系列變頻器改造后的節(jié)能控制系統(tǒng)，在空氣壓縮機(jī)上得到了良好的應(yīng)用，它一方面實(shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，降低了維修維護(hù)成本，另一方面提高了設(shè)備的壓力調(diào)節(jié)精度，改善了空壓機(jī)的生產(chǎn)工藝，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率得到顯著地提高。因此，變頻節(jié)能控制方式在空壓機(jī)的應(yīng)用得到了企業(yè)技術(shù)人員和管理人員的廣泛認(rèn)可。