空氣壓縮機變頻控制系統的設計與實現

河南中煙工業有限責任公司 鄭州卷煙廠 周亞麗 王建忠 李明偉

空氣壓縮機變頻控制系統的設計與實現

河南中煙工業有限責任公司 鄭州卷煙廠 周亞麗 王建忠 李明偉

空氣壓縮機的種類有很多，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載的控制方式，如美國壽力螺桿壓縮機采用了這種控制方式。該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但存在能耗高、進氣閥易損壞、供氣壓力不穩定等諸多問題。本文，筆者根據多年的運行管理經驗，提出一種改進控制方案。

一、設備現狀

1.能耗分析。美國壽力固定式螺桿空壓機的啟動方式為星—三角啟動方式，該方式能耗高，噪音大。加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來回變化。Pmin為最低壓力值，指能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmax與Pmin關系可以表示為Pmax＝（1＋δ）Pmin。這里，δ取值在10%～25%。而若采用變頻調速技術，可連續調節供氣量的話，則可將管網壓力始終維持在能夠滿足供氣的工作壓力上。由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機，所浪費的能量主要為壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量。在壓力達到Pmin后，原控制方式決定其壓力會繼續上升（直到Pmax）。在這一過程中，必將會向外界釋放更多的熱量，從而導致能量損失。

2.卸載時調節方法不合理所增加消耗的能量。通常情況下，當壓力達到Pmax時，空壓機的降壓卸載可通過關閉進氣閥使電機處于空轉狀態，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。但這時的電機仍以額定轉速運行。據測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行的10%～15%。很明顯，在加載、卸載供氣控制方式下，這種調節方法造成很大的能量浪費和噪聲。

3.其他不足之處。

（1）靠機械方式調節進氣閥，使供氣量無法連續調節。當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產生較大幅度的波動。致使用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調節進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

（2）頻繁打開和關閉放氣閥，使放氣閥的耐用性得不到保障。

二、改進方案

針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，可采用變頻調速技術進行恒壓供氣控制。把管網壓力作為控制對象，壓力變送器YB將儲氣罐的壓力P轉變為電信號發至PID智能調節器，與壓力設定值P0作比較，并根據差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號送變頻調速器，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力P始終接近設定壓力P0。同時，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護系統。另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉可由變頻器來啟動，實現了軟啟動，避免了啟動沖擊電流給空壓機帶來的機械沖擊?？刂葡到y流程如圖1所示。

端子FWD和CM為變頻器啟動/停止控制端。通過FWD和CM的連接或斷開，控制變頻器的運行或停止。另一路外接的AC 220 V變DC 24 V直流電源為智能控制器和角度變送器提供工作電源，使壓力變送器能夠反饋4～20 mA的電流信號到智能控制器。再由智能控制器經過壓力整定，把信號傳給變頻器，從而對變頻器的頻率進行調節，以控制空壓機的電動機轉速（即負荷大?。?，從而使壓縮機可靠地工作在恒壓狀態下。

三、元器件的選型

1.變頻器。選用美國壽力固定式螺桿空壓機電機，功率220 kW，頻率50 Hz，額定電壓380 V，額定電流440 A，選用1臺丹弗斯VLT6000/250 kW型變頻器。因為美國壽力螺桿空壓機是一種大轉動慣量負載，因此選用丹弗斯VLT6000/250 kW型變頻器。

2.控制器。選用蘭利牌PID智能控制器1個，型號為AL808，單路輸入/輸出，輸出4～20 mA的模擬信號，測量精度0.2%。

3.壓力變送器。選用壓力變送器1個，型號為HX-T61，量程0～10 MPa，輸出4～20 mA的模擬信號，精確度0.5%FS。

4.PID參數。由于用于控制變頻器，不允許輸出信號頻繁變化，因此只能采用PI調節方式，以減少對變頻器的沖擊。

四、節能估算

改造后，空壓機電機的能耗降低了22%。由此可進行如下節能估算。

空壓機電機電流差值為改造前空壓機電機平均電流減改造后空壓機電機平均電流，即398A-365A=49A，改造前空壓機電機平均功率為P＝√3UI×cosφ=1.732×380×398×0.85=222（kW），改造后空壓機電機平均功率為P＝√3UI×cosφ=1.732× 380×365×0.85=204（kW），節省功率為222 kW-204 kW=18 kW，每年平均節約電費為18×0.75×24×26×12=10.1（萬元），節約成本非?？捎^。