空压机变频改造技术方案

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1、空压变频造技方案一、概述空气压缩机是利用电能将空气压缩使之作为一种动力源的设备， 在工矿企业中应用十分普遍，配套电动机的容量一般较大，且大多是 常年连续运行的，故节能的潜力很大。目前常见的压缩机有活塞式、螺杆式、离心式，不论哪一种工作 方式，压缩机单位时间内产气量是一定的，目前压缩机都采用上下限 控制或启停式控制，也就是说，当气缸内的压力达到设定值的上限 时空压机通过本身的压力或油压开关闭进气阀，这种工作方式频繁 出现加载卸载，而且对电网、螺杆空压机本身都有极大的破坏性。二、系统原工频运行概况1、空压机工作原理简述：原空压机的运行方式为工 频状态。压力采用两点式控制（上、下 限控制），也就是当

2、空压机气缸内压力达到设定值上限时，空压机通 过本身的油压关闭进气阀，当压力下降到设定值下限时，空压机打 开进气阀。生产的工作状况决定了用气量的时常变化，这样就导致了 空压机在半载或轻载下运行，或者经常是加载几分钟，卸载几分钟， 频繁的卸载和加 载，对电动机、空压机和电网造成很大的冲击。再 说，空压机卸荷运行时，不产生压缩空气，电动机处于空载状态，其 用电量为满负载的60%左右，这部分电能被白白的浪费。系统在设计时是针对全厂满负荷用气量来设计的，并考虑了富余，是按最大量来设计的的，而现在的工况是用气量经常变化，且经常在 半载下运行，在整个系统运行时存在着严重的“大马拉小车”的现象。为了解决这种现

3、象，节约能源，提高经济效益，有必要对现有系统进 行变频改造。2、原系统工况存在的问题1）主电机全压起动，起动时的电流很大,会影响电网的稳定及其 它用电设备的运行 安全，对机械设备的冲击大，电机轴承的磨损 大，所以设备维护工作量大。2）主电机时常轻载运行，属非经济运行，电能浪费严重。3）主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。4）经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的 工作压力。3、拖动系统的特点：1）机械特性具有恒转矩性质，电机的轴功率PL与转速n成正比。2）大多处于长时间连续运行状态，但负载大小常有变动，为连续 变动负载。3）飞轮力矩大，故要求有较大的启动转矩；4）有自动卸载

4、与装载装置，在自动卸载或装载时，负载将突变。4、压缩机的主要控制对象是空气的压力,常见的控制方式有：1）手动调节输入或输出口的阀门开度；2）用机械方式进行自动卸载与装载控制；3）通过改变叶片的角度来调节压力或流量。三、采用变频调速拖动系统必要性随着电力电子技术的发展，变频器在调速领域中的应用越来越广泛。它具有性能稳定，操作方便，节能效果明显等优点。它是一种较为成熟的高科技产品，越来越受到国内外工程技术人员和管理人员的 关注和重视。因此，对空压机进行变频改造具有很高的经济效应和社会效益。1、从节能的角度看：由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性，所以， 只能按最大需求来决定电动机的容

5、量，故设计容量一般偏大。在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例是非常高的。如采用变频调速，可大大提高运行时的工作效率。因此，节能潜力很大。有些调节方式（如调节阀门开度和改变叶片的角度等），即使在 需求量较小的情况下，也不能减小电动机的运行功率。采用了变频调 速后，当需求量较小的情况下，可降低电动机的转速，减小电动机的运行功率，从而进一步实现节能。2、从运行质量的角度看：单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重连续地调节。而采用了变频调速后，则可以十分方便地进行连续调节，能保持压力、流量 等参数的稳定，从而大大提高压缩机的工作性能。3、从减少运行成本方面看传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成

6、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%。通过能源成 本降低20%-40%,再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维 修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。4、从提高压力控制精度方面看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。不再频繁的加载和卸载，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恒定，有 效地提高了工况的质量。5、从延长压缩机的使用寿命方面看变频器从2HZ 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

7、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。6、从降低噪音，改善工作环境来看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，有效地降了空压机运行时的噪音，提高了操作工人的工作环境。四、变频改造后节能分析变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，根据空气量需求的多少来供给的压缩机运行工况，是经济的运行状态，能源节约是最有实际意义的。众所周知，空压机负载为恒转矩负载，其转速n与流 量。、轴功率p的关系为Q产Q2 (n1/n2)、P1

8、=P2(n1/n2)、也 就是说流量和功率成正比。由于实际用气量的变动，假定空压机的运行情况如下：(改造前)在满载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P1=P0)；在70%负载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P2=0.9P0)；在半载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率/(P3=0.85P0)；在30%负载下运行的时间为20%,此时电机消耗功率为(P4=08P0)；在空载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率 (P5=0.6P0)；(P0为电机额定功率250KW)。空压机每日用电量计算如下：可前=(0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5 x24=(0.1+

9、0.3x0.9+0.3x0.85+0.2x0.8+0.1x0.6)XP0x24=(0.1+027+0255+016+0.06XP0x24 =0.845XP0x24 =20.28P0 (KWh)假定空压机改造后的运行情况如下：(改造后)在满载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P1=P0)在70%负载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P2=0.7P0)；在半载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P3=0.5P0)在30%负载下运行的时间为20%，此时电机消耗功率为(P4=0.3P0)；在空载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为(P5=01P0)(P0为电机额定功率250K

10、W)。空压机每日用电量计算如下可后=(0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5 x24=(01+0.3x07+03x0.5+0.2x0.3+01x01)xP0x24=(0.1+021+0.15+0.06+001)xP0x24=0.53xP0x24=12,72 P0 (KWh)每日节省电量=W前-W后=20.28P0-12.72 P0=7.56 P0节电率：756 P0/12.72 P0*100%=37.3%五、变频改造技术方案1、系统控制原理本系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力罐（或输气管道） 上加装一个压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。其控制原理为：将供图1压昭机

11、竟麴瞬志貌旭图气管道压力作为调控参数，通过压力变送器（或远传压力表）将压力信号转换为4- 20mA（或0-5V）直流信号，送入变频器内的PID调节器，与压力设定信 号比较，其差值由调节器作PI运算，输出信号送给变频器，随时调整 变频器的输 出频率，控制电机转速，维持管道压力稳定在设定的压 力值上。若管道压力发生变化将自动进行调节。例如，当用气量减少， 管道压力增加时，调节过程是：变送器信号大于设定信号，调节器 输出减少，变频器输出频率降低，电机转速下降，压缩机风量减小， 使管道压力减小。由于其调控过程较快，短时间内，变换器信号和压 力给定信号便处于动态平衡状态，从而维持了变频器输出频率稳定，

12、实现了恒压供气，使空压机始终处于节电运行状态。其控制系统原理 框图如左：2、改造方案设计时，根据电机容量（250KW/380V）选用一台富凌变频器，采用PID调节母管定压控制方式。该系统在设计时，从安全角度考虑，在保留原工频系统情况下， 增加变频系统，做到了工频变频互锁切换。通过外部控制电路，使空 压机起停操作步骤仍然如前，操作简单，安全可靠。在供气管道上安 装压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。3、变频控制系统组成该系统是变频器、电气控制柜、母管压力变送器（或远传压力表）、 空压机等组成。风光牌电气控制柜主要控制器件全部选用国内外品牌 产品、性能稳定、质量可靠、操作方便。4、系统改造应注

13、意的问题1）、改造实施前需具备的条件和注意事项：要改造空压机的电气原理图和接线图完整。整个工厂的用气状况，是否随着季节波动或随工艺改变波 动卸载时间是否变动多以此判断节电率。2）、改造实施中的注意事项:电动机的散热问题 电动机经过变频器变频后，转速降低，其电机风扇的散热效果也要降低。空压机的润滑问题空压机的转速越低，润滑油的耗量也 就越小，其润滑效果越差。系统压力设定问题在满足生产工艺的要求下，压力设定 越低越好，因为空压机的排气压力越高，所需的电机轴功率越大，电 机耗电也就越多。针对以上问题，我们综合节能效果和空压机的机械特性，考虑了 多种方案，最后把系统压力设定为0.6MPa（按客户的生产工艺要求）, 把变频器运行频率下限设定为30HZ，这样，即能满足空压机散热和 润滑的需要，又能最大限度的降低电能损耗。五、供货范围变频器一套型号：控制柜一套（内含低压电器、PID调节器）压力变送器一套回收周期:通过以上公式计算一年省电为758*P0*30*12=682200度按每度电0.7元计算一年省477540元250kw空压机实际投资为350000元，即不到一年可回收成本。