空压机变频节能改造

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1、空气压缩机 变频节能改造一、空压机概况空压机，全名为空气压缩机， 是一种工矿企业中最常用的空气动力提供设备。 通常， 空压机分为螺杆式空压机、活塞式空压机等。二、螺杆式空压机工作原理螺杆式空压机是由一对相互平行啮合的阴阳转子 （或称螺杆 ）在气缸内转动，使转子 齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化， 空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输 出侧，实现螺杆式空压机的吸气、 压缩和排气的全过程。 空压机的进气口和出气口分别 位于壳体的两端，阴转子的槽和阳转子的齿被主电机驱动而旋转。三、空压机系统控制空压机主电机运行方式为星 - 角降压起动后全压运行，供气系统具体工作流程为： 当按下启动按钮，控制系

2、统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动， 这时进气阀处于关闭位置， 而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。 等降压 n 秒（由 时间继电器控制） 后空压机开始加载运行， 系统压力开始上升。 如果系统压力上升到压 力开关上限值，即起跳压力，控制器使进气阀关闭， 油气分离器放气， 压缩机空载运行， 直到系统压力降到压力开关下限值后， 即回跳压力下， 控制器使进气阀打开， 油气分离 器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。四、空压机系统节能分析在管道供气系统中， 最基本的控制对象是流量和压力， 供气系统的基本任务就是要 满足用户对流量压力的需求。 目前，常见的气

3、体流量压力控制方式有加、 卸载供气控制 方式和转速控制方式两种。五、加、卸载供气控制加、卸载供气控制方式即为进气阀开关控制方式， 即压力达到上限时关阀， 压缩机 进人轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进入满载运行。由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性， 所以只能按最大需要来 决定电动机的容量， 设计余量一般偏大。 工频起动设备时的冲击大， 电机轴承的磨损大， 所以设备维护量大。 虽然都是降压启动， 但起动时的电流仍然很大， 会影响电网的稳定 及其它用电设备的运行安全， 而且大多数是连续运行， 由于一般空气压缩机的拖动电机 本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降

4、速调节输出功率的匹 配，电机不允许频繁启动， 导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行， 电能浪费巨大。 经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化， 不能保持恒定的工作压力延长压缩 机的使用寿命。 空压机的有些调节方式 （如调节阀门或调节卸载等方式） 即使在需要流 量较小的情况下，由于电机转速不变，电机功率下降幅度比较小。六、转速控制即通过改变空压机的转速来调节流量和压力， 而阀门的开度保持不变 （一般保持最 大开度）。当空压机转速改变时，供气系统的扬程特性随之改变，而管阻特性不变。在这种控制方式下， 通过变频调速技术改变空压机电机的转速， 空压机的供气流量 可随着用气流量的改变而改变， 达到真正

5、的供需平衡， 在节能的同时， 也可使整个系统 达到最佳工作效率。 变频器基于交一直一交电源变换原理， 可根据控制对象的需要输出 频率连续可调的交流电压。 电动机转速与电源频率成正比， 因此， 用变频器输出频率可 调的交流电压作为空压机电动机的电源电压，可方便地改变空压机的转速。七、空压机系统节能原理采用变频器控制空压机的转速以达到节能是一种较为科学的控制方法。 根据空压机 运行特性知：Q1 / Q2 = n1 / n2H1 / H2 = （ n1 / n2 ） 2（1）P1 / P2 = （ n1 / n2 ） 3式中Q空压机供给管网风量；H管网压力；P电机消耗功率；n空压机转速。由上式可知，

6、当电机转速降至额定转速的 80%，则空压机供给管网风量降为 80%， 管网压力降为（ 80%）2，电机消耗功率则降为（ 80%）3，即 51.2%，去除电机机械损耗 和电机铜、铁损耗等影响，节能效率也接近 40%，这就是调速节能的原理所在。长期实践证明， 在供气系统中接入变频节能系统， 利用变频技术改变空压机转速来 调节管道中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在 30以上。 另外，变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对流量的平稳调节， 同 时减少启动冲击并延长机组及管组的使用寿命。八、变频改造后的节能概算150KW勺压缩机用森兰SB70G160K的变频器改造后，

7、根据现场考察加载和卸载的 比例平均为1:1的关系,实际运行电机功率为额定功率的 90%因为加载电流为190A左 右，所以设：变频器平均以40Hz运行（额定转速的80%保持0.75MP的压力。平均每 天工作 1 2小时、全年正常运行 320 天、电费按 0. 6 元/ 度计算：设COS）=1由公式（1）算出这时压缩机电机消耗的轴功率为:90%P1 / P2 = （ n1 / n2 ）399KW/ P2 =( n1 / 80% n1 )P2 = 51KW考虑到传动效率n和其他因素（n取0.85 ）节电率K为：K= P2 / P1X n =51.5%X0 .85=43.8%年节电量：（1 年按 32

8、0天、每天平均运行 1 2小时计算）AR=PX hXK=99X（12X320）X 43.8%=16.65（万 KWh）节约电费：（电价平均按0.6元/KWh计算）年节约电费=0.6元/KWhX 16.65万KWh=9.99万元投资一套变频器系统大约每台 7万元左右，投资 1 0个月左右可收回成本。九、空压机变频改造方案1 、空压机变频改造注意事项1）空压机是大转动惯量负载， 这种启动特点就很容易引起 V/F 控制方式的变频器在 启动时出现跳过流保护的情况，建议选用具有高启动转矩的无速度传感器矢量变频器， 保证即能实现恒压供气连续性，又保证设备可靠稳定的运行；2）空压机不允许长时间在低频下运行，

9、 当空压机的转速过低， 一方面将使空压机的 工作稳定性变差， 另一方面也使缸体的润滑变差， 会加快磨损。 所以工作的下限频率应 不低于 20Hz；3）为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量， 减小因高次谐波引起的电磁干 扰，建议选用输出交流电抗器， 还可以减小电机运行噪音和温升， 提高电动机的稳定性。2、恒压供气节能原理如上所述， 流量是供气系统的基本控制对象， 供气流量需要随时满足用气流量。 在 供气系统中，储气管中的气压能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系：若供气流量 用气流量f储气管气压上升若供气流量 用气流量f储气管气压下降若 供气流量 = 用气流量 f 储气管气压不变所以,保

10、持管道中的气压恒定，就可保证该处供气能力恰好满足用气需求，这就是恒压供气系统所要达到的目的。 空气压缩机采用变频调速技术进行恒压供气控制时， 系统原理框图如图1所示图1恒压供气系统框图变频调速系统将管网压力作为控制对象，装在储气管出气口的压力变送器将储气罐 的压力转变为电信号送给变频器内部的 PID调节器，与压力给定值进行比较，并根据差 值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆 变频率，调整电动机的转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。 另外，采用该方案 后，空气压缩机电动机从静止到稳定转速可由变频器实现软启动，避免了启动时的大电流和启动给空气压缩机带来

11、的机械冲击。正常情况下，空气压缩机在变频器调速控制方 式下工作。变频器一旦出现故障，生产工艺不允许空气压缩机停机，因此，系统设置了 工频与变频切换功能，这样当变频器出现故障时，可由工频电源通过接触器直接供电， 使空气压缩机照常工作。整个控制过程如下；用气需求T -管路气压压力设定值与返馈值的差值T-PID输出T-变频器输出频率T- 空压机电机转速T- 供气流量T-管路气压趋于稳定图2压力频率PID曲线图特别注意，在压力容差范围内，变频器的PID不调节，即保持输出频率不变供气系统图3空压机变频电气控制如图3,空压机电机的电路上安装了“市电”、“节电”切换装置，这样可以有“市电运行”与“节电运行”

12、两种工作模式选择：市电运行模式下，将KM1或置1位，变频器不工作，整套系统按原有方式手动起停、工频运行；节电运行模式下，将KM2置 1位（KM1和KM2互锁）空压机由变频器直接拖动，系统根据用气量的变化，自动调节空 压机的电机转速，使得储气罐始终保持恒定压力的气压输出。森兰重点行业运用案例西安森兰电气有限公司案例所属行业有色金属采选行业用户企业名称宝鸡二里河铅锌矿用户企业地址陕西凤县二里河用户企业慨况 （企业规模、产 量、员工人数在行业中或区域 市场中所处的 地位等）西北有色金属矿业公司下属的铅锌矿米、选一体的中型企业日开米和 洗选2000T原矿是该地区铅锌矿米选业的领头羊。在职员工 400人左 右。采用森兰变频 器型号、数量、具体运用场合2004年开始使用森兰 SB4075KW-SB40220I变频器数十台，森兰变频 器在其厂如尾矿部排浆，空压站、原矿提升等重要场合。经过近五年 的运行显示了森兰变频很高的稳定性和较好的节能效果。受到了客户 的一致好评改造方案见正文：空气压缩机变频节能改造第九项使用森兰变频 器后起的的效 果（如节能率、 投资回收区、工 艺方面的改善、对生产质量的 提高等）见正文：空气压缩机变频节能改造第八项