寶米勒空壓機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用
bmller 2021-04-02
一、概述：
常見大中型空壓機(jī)為螺桿式或活塞式壓縮機(jī)。工作時(shí)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿或活塞向氣罐充氣，當(dāng)氣罐壓力升至設(shè)定的最高
壓力時(shí)離合片動(dòng)作，電機(jī)自動(dòng)卸載，電機(jī)空轉(zhuǎn)，螺桿或活塞停止壓縮空氣。
二、改造前的設(shè)備狀況
傳統(tǒng)空壓機(jī)的工作圖
傳統(tǒng)空壓機(jī)的問題：
1、電能浪費(fèi)嚴(yán)重
傳統(tǒng)的加卸載式空壓機(jī)，能量主要浪費(fèi)在：
（1）加載時(shí)的電能消耗
在壓力達(dá)到所需工作壓力后，傳統(tǒng)控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升直到卸載壓力。在加壓過程中，一定會(huì)產(chǎn)生更多的熱量和噪音，
從而導(dǎo)致電能損失。另一方面，高壓氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓，這一過程同樣耗能。
（ 2）卸載時(shí)電能的消耗
當(dāng)達(dá)到卸載壓力時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)打開卸載閥，使電機(jī)空轉(zhuǎn)，造成嚴(yán)重的能量浪費(fèi)。空壓機(jī)卸載時(shí)的功耗約占滿載時(shí)的30%～50%，可
見傳統(tǒng)空壓機(jī)有明顯的節(jié)能空間。
2、工頻啟動(dòng)沖擊電流大
主電機(jī)雖然采用Y-△減壓起動(dòng)，但起動(dòng)電流仍然很大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，易造成電網(wǎng)不穩(wěn)以及威脅其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全。對(duì)于自發(fā)電工廠，數(shù)倍的額定電流沖擊，可能導(dǎo)致其他設(shè)備異常。
3、壓力不穩(wěn)，自動(dòng)化程度底低
傳統(tǒng)空壓機(jī)自動(dòng)化程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠對(duì)加卸載閥、調(diào)節(jié)閥的控制來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)節(jié)速度慢，波動(dòng)大，精度低，輸出壓力不穩(wěn)定。
4、設(shè)備維護(hù)量大
空壓機(jī)工頻啟動(dòng)電流大，高達(dá)5~8倍額定電流，工作方式?jīng)Q定了加卸載閥必然反復(fù)動(dòng)作，部件易老化，工頻高速運(yùn)行，軸承磨損大，設(shè)備維護(hù)量大。
5、噪音大
三、變頻改造的優(yōu)勢
1、節(jié)能
節(jié)能原理：變頻調(diào)速系統(tǒng)以輸出壓力作為控制對(duì)象，由變頻器，壓力傳感器、電機(jī)組成閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng)，工作壓力值可由操作面板直接設(shè)置，現(xiàn)場壓力由傳感器來檢測，轉(zhuǎn)換成4~20mA電流信號(hào)后反饋到變頻器，變頻器通過內(nèi)置PID進(jìn)行比較計(jì)算，從而調(diào)節(jié)其輸出頻率，達(dá)到空壓機(jī)恒壓供氣和節(jié)能的目的，變頻節(jié)能表現(xiàn)在：
（1）、變頻器通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整氣體流量，使電機(jī)的輸出功率與流量需求成正比，保持電機(jī)高效率工作，功率因數(shù)高，無功損耗小，節(jié)電效果明顯；
（2）、按嚴(yán)格的EMS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，高速低耗的IGBT以及采用了高效的失量控制算法，使得變頻器諧波失真和電機(jī)的電能損耗最小化；
（3）、自動(dòng)快速休眠使得空載時(shí)間變短，電機(jī)完全停止，最大程度節(jié)能。無沖擊啟動(dòng)及低頻大轉(zhuǎn)矩特性保證變頻器隨時(shí)帶載起停。
節(jié)能空間：
灰色：變頻空壓機(jī)功耗曲線
綠色：節(jié)能部分A，變頻空壓機(jī)比普通空壓機(jī)節(jié)省的能量
淺藍(lán)色：節(jié)能部分B，變頻空壓機(jī)可能節(jié)省的能量。B為當(dāng)變頻空壓機(jī)已進(jìn)入空久停機(jī)休眠階段，而普通空壓機(jī)沒有進(jìn)入休眠時(shí)，變頻空壓機(jī)節(jié)省的能量。如果變頻空壓機(jī)也沒有進(jìn)入休眠，則B=0。
剛啟動(dòng)或休眠后啟動(dòng)時(shí)，普通空壓機(jī)和變頻空壓機(jī)均運(yùn)行在額定功率附近。因此變頻空壓機(jī)可以保證充氣的快速性。
2、啟動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)無沖擊
變頻器可使電機(jī)起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設(shè)備的使用壽命
3、輸出壓力穩(wěn)定
采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；
4、設(shè)備維護(hù)量小
空壓機(jī)變頻啟動(dòng)電流小，小于2倍額定電流，加卸載閥無須反復(fù)動(dòng)作，變頻空壓機(jī)根據(jù)用氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，運(yùn)行頻率低，轉(zhuǎn)速慢，軸承磨損小，設(shè)備使用壽命延長，維護(hù)工作量變小。
5、噪音低
變頻根據(jù)用氣需要提供能量，沒有太多的能量損耗，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)噪音因此變小，由于變頻以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式，不用反復(fù)加載、卸載，頻繁加卸載的噪音也沒有了，持續(xù)加壓，氣壓不穩(wěn)產(chǎn)生的噪音也消了。 總之，采用變頻恒壓控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約一筆數(shù)目可觀的電力費(fèi)用，延長壓縮機(jī)的使用壽命，還可實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的目的，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
四、寶米勒MC200K變頻器的特點(diǎn)
針對(duì)空壓機(jī)的特殊控制需求：一體化的專用變頻器 + 用戶可選的操作界面，對(duì)比一般采用標(biāo)準(zhǔn)變頻器+專用控制器的方式。有更多優(yōu)點(diǎn)：
變頻器與空壓機(jī)的運(yùn)行特性緊密的結(jié)合，這是普通專用控制器無法做到的，不能專門針對(duì)空壓機(jī)工況：滿壓啟動(dòng)、高環(huán)境溫度設(shè)計(jì)、電壓
波動(dòng)能力等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。未來向高端發(fā)展，如：網(wǎng)絡(luò)化控制，遠(yuǎn)程智能管理上，普通控制器也很難做到。
為了將變頻器更好地融入到空壓機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，采用一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更緊密貼近空壓機(jī)行業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)了更加優(yōu)異的控制性能：
1、內(nèi)置的控制器完成空壓機(jī)的所有控制功能。
控制器與變頻器完美地結(jié)合成了一個(gè)有機(jī)整體，用戶再不用配備額外的控制器，同時(shí)也大大簡化了用戶的安裝接線和保養(yǎng)維護(hù)操作。
2、與變頻器快速的交換數(shù)據(jù)，較傳統(tǒng)方式快5-10倍。
變頻器能根據(jù)壓力傳感器反饋的壓力信號(hào)，經(jīng)過處理后直接調(diào)整電機(jī)的輸出頻率，而不需要像傳統(tǒng)方式那樣，通過控制器處理后給出一個(gè)
模擬量作為變頻器頻率給定。這就大大降低了模擬量波動(dòng)所帶來的精度不穩(wěn)，同時(shí)通過485通訊，數(shù)據(jù)能以更快速更準(zhǔn)確的方式進(jìn)行交換。
3、更有效的壓力控制精度和響應(yīng)時(shí)間
變頻器的頻率給定可以精確到0.01Hz，開環(huán)矢量控制穩(wěn)速精度可±0.2%，甚至可以一轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且能自動(dòng)補(bǔ)償高負(fù)載時(shí)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速變動(dòng)。這就大大提高了系統(tǒng)的壓力控制精度，快速精確地響應(yīng)實(shí)際壓力的變化
五、變頻改造方案設(shè)
根據(jù)對(duì)客戶現(xiàn)場了解，我們選用內(nèi)置式一體化解決方案，選配合適的MC200G2500T4K 1臺(tái)，并配置相應(yīng)的交流接觸器、壓力傳感器等器件，使空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制。并保留原有的工頻控制方式，如變頻出現(xiàn)故障時(shí)可以采用工變頻切換方式。
控制原理圖
六、節(jié)能率估算：
1、耗能分析：螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行原理決定了壓縮機(jī)的能耗，當(dāng)壓縮機(jī)的產(chǎn)氣量大于用氣量時(shí)壓縮機(jī)會(huì)卸載，當(dāng)設(shè)備用氣量大于產(chǎn)氣量時(shí)壓縮機(jī)會(huì)加載，這樣不停加卸載造成管網(wǎng)壓力很不穩(wěn)定，電流波動(dòng)也比較大
2、節(jié)能空間分析:
1)、壓縮機(jī)卸載時(shí)壓縮機(jī)做的全部是無用功
2)、當(dāng)壓縮機(jī)加載時(shí)上升的壓力也是不必要的，因?yàn)榧虞d壓力設(shè)定就是你的最低需求壓力
3)、一般的空氣壓縮機(jī)壓縮空氣的能耗就是這兩部分
4）、這兩部分的能耗都有計(jì)算方法。
3、能耗計(jì)算方法：
1）、卸載能耗約占?jí)嚎s機(jī)功率的52% （可以測電流得到精確數(shù)據(jù)）220A/ 420A= 52% （壓縮機(jī)功率滿載約250KW) ，卸載功率=250×52% = 130KW ，加載功率在250KW.
2）、KP 壓力上升1KG，能耗約占整個(gè)系統(tǒng)的7%
3）、壓力設(shè)定在5.7-7.0之間，把空壓機(jī)的進(jìn)氣門一直打開，空壓機(jī)理論上是出于一直加載狀態(tài)
4）、統(tǒng)計(jì)今年自10月21日9時(shí)至10月30日22時(shí)期間共230小時(shí)的運(yùn)行記錄，5號(hào)機(jī)的平均加載率是：57.7%。，平均卸載率42.3%，空壓機(jī)月平均運(yùn)行時(shí)間700小時(shí)。
5）、一月節(jié)約計(jì)算：月卸載時(shí)做無用功=卸載功率×卸載率×運(yùn)行時(shí)間=130kw*42.3%*700=38493度
月加載時(shí)升高1公斤壓力耗電量=加載功率×加載率×運(yùn)行時(shí)間×KP=250*57.7%*700*7%=7068.2度=45561度
月總節(jié)電量=月卸載時(shí)做無用功+月加載時(shí)升高1公斤壓力耗電量=38493+7068.2=45561度
但是壓縮機(jī)改造變頻后不能完全的消除卸載，因?yàn)槁輻U壓縮機(jī)在變頻到25HZ后再不能再降低轉(zhuǎn)速，降低后效率急速下降，所以卸載的20%能耗不能節(jié)約，這樣每月總節(jié)約為：45561*80%=36449度電用電記錄：5號(hào)每耗電量為158760度，節(jié)電率=36449/158760=23%.
