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1、1TP 变频器在空气压缩机系统中的应用随着我国经济的高速发展特别是 21 世纪初 WTO 的加入,能源的安全已成为摆在我们面前的一个刻不容缓的问题。全国范围内的连续限电已向我们拉响了能源的警报。也是关系到我国经济可持续发展战略的一个重要因素。同时异常激烈的市场竞争已渗透到各行各业的每个角落中。生产型企业怎样能否有效的提高生产效率、工艺、节能降耗从而降低生产成本,保住产品优势业亦成为各厂家发展中的首要问题。据不完全统计在我国的电能的 60%是被各行各业中广泛使用的风机、水泵所消耗,而空压机则占了 60%中的 15%左右。可想而知其年消耗量有多大。而由于空压机是结构复杂的通用设备,运转时间长,配备
2、电机功率较大,因而降低空压机的功耗,提高空压机的经济运行,对节能具有一定意义。尽管我们加强日常运行管理:减少泄漏、合理润滑、定期维护,但是共蕴藏的节能潜力远未被挖掘出来。下面就作简单分析。我们通常使用的都是活塞式空压机,活塞在气缸内作往复运行,周期性地改变缸内的容积,从而使气缸内气体容积发生变化,并与气缸内气阀作相应的开闭动作配合,通过吸气、压缩、排气等动作,将无压或低压气体升压,并输出到储压罐内。首先,空压机的驱动轴上所需要的轴功率,与排气压力、空压机转速有直接的关系,也就是说,在实际运行中,由于压缩空气的使用随时在变化,空压机并不经常在额定工况下运行,而空压机排气压力的高低则直接影响到实际
3、轴功率的大小。排气压力越高,所需轴功率也越大。试验证明满负载时,空压机的输入电流(功率)与排气压力的关系符合图 2 曲线与关系式。其次,为满足用气量的随时变化要求,储气罐内气体必须保持一定的压力,我厂滤池运行压力为 0.65-0.80MPA,目前大多数空压机均采用切断进气的调节方式来改2变排至储气罐的气量。对于空压机气量的供求关系表现为排气压力的变化,空压机排气量正好满足生产用气量要求时,储气压力保持不变,若能维持这种状态当然最佳,但实际上用气量是随时变化的,而且设计冗余量较大,所以空压机排气量都要大于用气量,如果空压机仍恒速运转,则储气罐内的气体越积越多,当罐内压力上升达到设定压力时,一般采
4、用两种办法:一种是空压机卸荷运行,不产生压缩气体,电动机处于空载运转,其用电量仍为满负载的 30-60%,这部分电能被白白浪废掉。另外一种办法是停止空压机运行,这样似乎空压机空转或不断放空所浪费的电能被消除了,但是若无容积较大的储气罐,将会带来电动机的频繁启动,空压机的空载启动电流大约是额定电流的 5-7 倍,对电网及其它用电设备冲击较大,同时使空压机的使用寿命也会缩短。综上所述,由于空压机可以在保证生产所需要的最低压力下运行,电机输入功率大大下降,辅以压力闭环控制,实现空压机的供气压力转速的动态匹配,减少了电机的实际输入功率,达到节能目的。即电机的转速由供气压力来控制,压缩机需要多大的功率,
5、电机就输出多大的功率,而不必做无用功,从而取得良好的节能效果,节能的第二方面是空压机停止了空转,电机不存在轻载运行,这部分能量很可观。相应带来的其它好处是:供气压力稳定,通过压力调节器,可使空压机保持在设定的压力值下工作,压力稳定可靠性高,而且压力可以无级设定,随时可调。电机实现软启动,压缩机的使用寿命及检修周期都将得到大大延长。空压机排气量由空压机的转速来控制,气缸内气阀片不再反复地开启和关闭,阀座、弹簧等工作条件大大改善,避免了高温、高压气体急剧的流动与冲击,维修工作量减少。示例 1、以下为某水厂的空压机运行状况:3自来水厂的每日供水量随季节天气的变化而不同,一日之随每时的供水量也随时间昼
6、夜而有别。水厂的供水量始终处于动态的变化之中,滤池的运行数量也在不断地改变。水厂滤池总数为 32 格,进水闸板、排水闸板、反冲气蝶阀、反冲水蝶阀与出水蝶阀都采用气动控制,以四台空压机(两用两备)组成的空压站供给气源。以下是滤池空压站节能效果的测算:(空压机配用电机Pe=11KW,Ie=22.3A,Ue=380V) 1.1 只运行组滤池(16 格)现场实测:只开启一台空压机,卸荷时运行电流为 11A,电压为 400V,功率因数约为 0.85,消耗有功功率:P3400110.856477.68W6.4777KW载荷卸荷时间比为 8:6,那么一年一台空压机卸荷运行所需电能为:WP2436561424
7、319.06kWh1.2 一组滤池全部投运,另一组运行 4 格(共 20 格)现场实测:只开启一台空压机,这时空压机不再有卸荷运行,储气罐压力为0.65MPA,输入电流为 20A,没有做无用功。1.3 两组滤池全部运行(32 格)必须将两台空压机全部投入运行,这时运行情况与 1 类似。1 空压机变频调速的实现方案根据现场情况,目前控制滤池气动阀共有四台(两用两备)空压机,型号相同。选用一台 TP 变频器轮换去驱动两台空压机,这样在运行两台时,一台调速一台定速;再辅以适当的控制功能,实现整个空压站的恒压自动控制,该系统可以根据储气罐压力的变化,自动调节空压机的转速和空压机的运转台数。该系统自动化
8、程度高,运行方式合理,不到一年时间就能收回投资。当然,4空压机采用了变频调速后,对空压机正常运行有无影响应该注意,首先是润滑问题,其实空压机转速越低,吸、排气压力差越小,润滑油耗量也就越小,即所谓“低转速,低润滑”。变频器性能要求:1、由于空压机同时具备了变转矩负载和恒转矩负载的特性。所以我们选用了德国原装的 TP2200A 系列变频器,它的过载特性最高可达电机额定电流的200%,IGBT 的极限电流为额定电流的 6 倍。全面的电机保护功能保证空压机的长期无故障运行。且由于其唯一的出厂 24 个月保质期最大限度的保护用户利益。2、TP2200 变频器采用多种控制模式包括磁场定向矢量控制、直接转矩控制等,可以保证变频器足够的转矩输出。3、TP2200 变频器内置 PI 功能,可以直接输入压力信号便于压力闭环控制。4、TP2200 可以在 0-55中的环境温度无障碍运行(一般空压机安装场合温度较高);甚至可以在海拔 4000M 的高原地区正常使用;可在 320V 到 528V 之间,宽电压运行;总之 TP2200 系列变频器在各行各业中,特别是对变频器性能、功能要求较高的场合已逐渐得到广泛的应用,以上案例仅为抛砖引玉。我们相信在不久的将来,TP系列变频器将成为中国电气传动领域的重要一员。