TP變頻器在空氣壓縮機系統中的應用

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的高速發(fā)展特別是21世紀初WTO的加入，能源的安全已成為擺在我們面前的一個(gè)刻不容緩的問(wèn)題。全國范圍內的連續限電已向我們拉響了能源的警報。也是關(guān)系到我國經(jīng)濟可持續發(fā)展戰略的一個(gè)重要因素。同時(shí)異常激烈的市場(chǎng)競爭已滲透到各行各業(yè)的每個(gè)角落中。生產(chǎn)型企業(yè)怎樣能否有效的提高生產(chǎn)效率、工藝、節能降耗從而降低生產(chǎn)成本，保住產(chǎn)品優(yōu)勢業(yè)亦成為各廠(chǎng)家發(fā)展中的首要問(wèn)題。據不完全統計在我國的電能的60%是被各行各業(yè)中廣泛使用的風(fēng)機、水泵所消耗，而空壓機則占了60%中的15%左右�？上攵�知其年消耗量有多大。
而由于空壓機是結構復雜的通用設備，運轉時(shí)間長(cháng)，配備電機功率較大，因而降低空壓機的功耗，提高空壓機的經(jīng)濟運行，對節能具有一定意義。盡管我們加強日常運行管理：減少泄漏、合理潤滑、定期維護，但是共蘊藏的節能潛力遠未被挖掘出來(lái)。下面就作簡(jiǎn)單分析。
我們通常使用的都是活塞式空壓機，活塞在氣缸內作往復運行，周期性地改變缸內的容積，從而使氣缸內氣體容積發(fā)生變化，并與氣缸內氣閥作相應的開(kāi)閉動(dòng)作配合，通過(guò)吸氣、壓縮、排氣等動(dòng)作，將無(wú)壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲壓罐內。
首先，空壓機的驅動(dòng)軸上所需要的軸功率，與排氣壓力、空壓機轉速有直接的關(guān)系，也就是說(shuō)，在實(shí)際運行中，由于壓縮空氣的使用隨時(shí)在變化，空壓機并不經(jīng)常在額定工況下運行，而空壓機排氣壓力的高低則直接影響到實(shí)際軸功率的大小。排氣壓力越高，所需軸功率也越大。試驗證明滿(mǎn)負載時(shí)，空壓機的輸入電流（功率）與排氣壓力的關(guān)系符合圖2曲線(xiàn)與關(guān)系式。
其次，為滿(mǎn)足用氣量的隨時(shí)變化要求，儲氣罐內氣體必須保持一定的壓力，我廠(chǎng)濾池運行壓力為0.65-0.80MPA，目前大多數空壓機均采用切斷進(jìn)氣的調節方式來(lái)改變排至儲氣罐的氣量。對于空壓機氣量的供求關(guān)系表現為排氣壓力的變化，空壓機排氣量正好滿(mǎn)足生產(chǎn)用氣量要求時(shí)，儲氣壓力保持不變，若能維持這種狀態(tài)當然最佳，但實(shí)際上用氣量是隨時(shí)變化的，而且設計冗余量較大，所以空壓機排氣量都要大于用氣量，如果空壓機仍恒速運轉，則儲氣罐內的氣體越積越多，當罐內壓力上升達到設定壓力時(shí)，一般采用兩種辦法：一種是空壓機卸荷運行，不產(chǎn)生壓縮氣體，電動(dòng)機處于空載運轉，其用電量仍為滿(mǎn)負載的30-60%，這部分電能被白白浪廢掉。另外一種辦法是停止空壓機運行，這樣似乎空壓機空轉或不斷放空所浪費的電能被消除了，但是若無(wú)容積較大的儲氣罐，將會(huì )帶來(lái)電動(dòng)機的頻繁啟動(dòng)，空壓機的空載啟動(dòng)電流大約是額定電流的5-7倍，對電網(wǎng)及其它用電設備沖擊較大，同時(shí)使空壓機的使用壽命也會(huì )縮短。

綜上所述，由于空壓機可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運行，電機輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實(shí)現空壓機的供氣壓力—轉速的動(dòng)態(tài)匹配，減少了電機的實(shí)際輸入功率，達到節能目的。即電機的轉速由供氣壓力來(lái)控制，壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，而不必做無(wú)用功，從而取得良好的節能效果，節能的第二方面是空壓機停止了空轉，電機不存在輕載運行，這部分能量很可觀(guān)。
相應帶來(lái)的其它好處是：供氣壓力穩定，通過(guò)壓力調節器，可使空壓機保持在設定的壓力值下工作，壓力穩定可靠性高，而且壓力可以無(wú)級設定，隨時(shí)可調。電機實(shí)現軟啟動(dòng)，壓縮機的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長(cháng)�？諌簷C排氣量由空壓機的轉速來(lái)控制，氣缸內氣閥片不再反復地開(kāi)啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動(dòng)與沖擊，維修工作量減少。
示例1、以下為某水廠(chǎng)的空壓機運行狀況：
自來(lái)水廠(chǎng)的每日供水量隨季節天氣的變化而不同，一日之隨每時(shí)的供水量也隨時(shí)間晝夜而有別。水廠(chǎng)的供水量始終處于動(dòng)態(tài)的變化之中，濾池的運行數量也在不斷地改變。水廠(chǎng)濾池總數為32格，進(jìn)水閘板、排水閘板、反沖氣蝶閥、反沖水蝶閥與出水蝶閥都采用氣動(dòng)控制，以四臺空壓機（兩用兩備）組成的空壓站供給氣源。以下是濾池空壓站節能效果的測算：（空壓機配用電機Pe=11KW，Ie=22.3A，Ue=380V）

1.1只運行—組濾池（16格）
現場(chǎng)實(shí)測：只開(kāi)啟一臺空壓機，卸荷時(shí)運行電流為11A，電壓為400V，功率因數約為0.85，消耗有功功率：P＝3×400×11×0.85＝6477.68W＝6.4777KW
載荷—卸荷時(shí)間比為8：6，那么一年一臺空壓機卸荷運行所需電能為：
W＝P×24×365×6÷14＝24319.06kWh
1.2一組濾池全部投運，另一組運行4格（共20格）
現場(chǎng)實(shí)測：只開(kāi)啟一臺空壓機，這時(shí)空壓機不再有卸荷運行，儲氣罐壓力為0.65MPA，輸入電流為20A，沒(méi)有做無(wú)用功。
1.3兩組濾池全部運行（32格）
必須將兩臺空壓機全部投入運行，這時(shí)運行情況與1類(lèi)似。
1空壓機變頻調速的實(shí)現方案
根據現場(chǎng)情況，目前控制濾池氣動(dòng)閥共有四臺（兩用兩備）空壓機，型號相
同。選用一臺TP變頻器輪換去驅動(dòng)兩臺空壓機，這樣在運行兩臺時(shí)，一臺調速一臺定速；再輔以適當的控制功能，實(shí)現整個(gè)空壓站的恒壓自動(dòng)控制，該系統可以根據儲氣罐壓力的變化，自動(dòng)調節空壓機的轉速和空壓機的運轉臺數。
該系統自動(dòng)化程度高，運行方式合理，不到一年時(shí)間就能收回投資。當然，
空壓機采用了變頻調速后，對空壓機正常運行有無(wú)影響應該注意，首先是潤滑問(wèn)題，其實(shí)空壓機轉速越低，吸、排氣壓力差越小，潤滑油耗量也就越小，即所謂“低轉速，低潤滑”。
變頻器性能要求：
1、由于空壓機同時(shí)具備了變轉矩負載和恒轉矩負載的特性。所以我們選用了德國原裝的TP2200A系列變頻器，它的過(guò)載特性最高可達電機額定電流的200%，IGBT的極限電流為額定電流的6倍。全面的電機保護功能保證空壓機的長(cháng)期無(wú)故障運行。且由于其唯一的出廠(chǎng)24個(gè)月保質(zhì)期最大限度的保護用戶(hù)利益。
2、TP2200變頻器采用多種控制模式包括磁場(chǎng)定向矢量控制、直接轉矩控制等，可以保證變頻器足夠的轉矩輸出。
3、TP2200變頻器內置PI功能，可以直接輸入壓力信號便于壓力閉環(huán)控制。
4、TP2200可以在0℃-55℃中的環(huán)境溫度無(wú)障礙運行（一般空壓機安裝場(chǎng)合溫度較高）；甚至可以在海拔4000M的高原地區正常使用；可在320V到528V之間，寬電壓運行；
總之TP2200系列變頻器在各行各業(yè)中，特別是對變頻器性能、功

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