空压机变频应用 恒压节能又精准

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来源：大连普传科技有限公司深圳分公司

一、简介

1：空压机含义

空气压缩机，简称空压机，是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。它的用途广泛，可以用于冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石油化工等各个行业。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)耗电量的15%。

2：空压机原理

螺杆式空压机的工作原理图如图所示，空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，高效的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小舒适耗量，在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。经压缩后的空气温度较高，其中混有一定的油气，经过油气分离器进行分离之后，油气经过油冷却器冷却再经过油过滤器流回储油罐，空气经过气冷却器(空气冷却装置)进行冷却而进入储气罐。

3：空压机问题

(1) 当输出压力大于一定值时，自动打开泄载阀，使异步电动机空转，严重浪费能源；

(2) 异步电动机易频繁的启动、停止，影响电机的使用寿命；

(3) 自动化程度低，输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的，调节速度慢，波动大，不稳定，精度低；

(4) 空压机工频启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大，设备维护量大。

二、空压机改造

1：空压机改造原理

（1）出气口释放阀全部关闭，取消用出气口释放阀调节供气量方式，以避免由此导致的电能浪费。代之以变频器调整电机的转速来调整气体流量，使电机输出的功率与流量需求基本上成正比关系，始终使电机高效率工作，以达到明显的节电效果。

（2）利用变频器的节能模式，可使电机在轻载时以最高效率运行，减少不必要的电能损耗；

（3）根据严格的EMS标准，高效的PWM变频器使用高速低耗的IGBT，降低谐波失真和电机的电能损失。

（4）可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；可使电机实现软停，避免反生电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；避免因电流峰值带来的电力公司的罚款；

（5）采用变频控制系统后，可以实时监测供气管路中气体的压力，使供气管路中的气体的压力保持恒定，提高生产效率和产品质量；

（6）由于电机在高效率状态下运行，功率因数较高，降低了无功损耗，节约了大量电能。

（7）保存原释放阀系统，在必要时可参加调节，增强系统的可靠性。

终上所述，采用恒压供气智能控制系统后，不但可节约30～40%的电力费用，延长压缩机的使用寿命，并可实现恒压供气的目的，提高生产效率和产品质量

三、现场应用改造

1：原供气系统介绍

某炼油厂聚丙烯供气系统共有四台37kw空压机，采用三台空压机工频供电运行，另一台空压机作备用。存在问题是由于工作空压机是用工频供电运行，始终处于满负荷运行，赶产量用气高峰时有气压偏低现象；用气低谷时，特别是节假日休息时，供气压量特别大（该炼油厂聚丙烯供气系统24小时运行）。容易损坏排气阀门或气管爆裂，同时浪费了电能，降低了设备使用寿命。希望恒压供气，三台聚丙烯空压机均衡工作运行。

2：变频恒压供气系统

空压机改造工作流程图三所示：

:

针对螺杆式空压机系统供气控制方式存在的诸多问题，我们对该厂二组（即2台110kW、）一对一空压机采用变频调速技术进行

恒压供气控制。使用普传科技PI9200132G3专用变频器，对该供气系统进行节能改造。

设计方案：采用一对一带工频旁路，同时可转换使用的方式。把聚丙烯空压机供气系统的管网压力作为控制对象，用压力变送器SP采集储气罐的压力P转变为电信号送给变频器内设PID自整定控制仪，与PID自整定控制仪的压力设定值SV作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号通过DSP来控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力值SV。预设了报警功能，当测量值超出上限设定值时AL1发出报警信号，当测量值低于下限设定值时AL2发出报警信号。通过变频器、压力传感器与PID自整定控制仪的有机结合，构成供气闭环自动控制系统，自动调节空压机的输出压力。使每台空压机的利用率均等，增加系统、管道压力的稳定性和可靠性，方便技术员控制和维护设备。

该恒压供气控制系统增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。

四、空压机变频改造后的效益

1）节约能源

变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的运行状态。

2）运行成本降低

传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本，其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过将能源成本降低44.3%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也随之降低，所以运行成本也将大大降低。

3）提高压力控制精度

变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg变化范围，也就是0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。

4）延长压缩机的使用寿命

变频器从0Hz起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。将下限频率调至40Hz，然后用红外线测温仪对空压机电机的温升及管路的油温进行了长时间、严格的监测，电机温升约2-4℃之间，属正常温升范围，油温基本无变化，排气温度下降5℃。所以40Hz下限频率运行对空压机机组的工作很安全。

5）降低了空压机的噪音

根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音。现场测定表明，噪音与原系统比较下降约3至7分贝。