CDE300开环矢量系列变频器螺杆式空压机节能改造应用

1  空压机工作原理简述

   工作原理是由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽阳转子的齿被主电机驱动而旋转。

   原空压机运行方式为星-角减压起动后全压运行。具体操作程序为：按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开卸载阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压几秒至十几秒（与机型大小有关）后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力控制上限值，即起跳压力，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，压缩机空载运行，直到系统压力跌到压力控制下限值后，即回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。

2  原系统工况存在的问题

2.1 主电机虽然星-角降压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的安全运行。

2.2 主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费严重。

2.3 主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承与机头的机械磨损大，所以对设备机械部分维护量较大。

2.4主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。

3  变频改造介绍

3.1变频改造方案设计原则

根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，空压机变频改造后系统应满足以下要求：

◆ 电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不应超过�0.02Mpa。

◆ 应具有变频和工频两套控制回路。

◆ 应具有开环和闭环两套控制方式。

◆ 根据空压机的工况要求，应保障电动机具有恒转矩运行特性。

◆ 为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施。

◆ 在用电气量小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。

3.2变频器的选型

根据上述原则，经过对螺杆式空压机多方调研、比较，我们公司生产的CDE300系列空压机专用开环矢量型变频器，使该系统能够满足上述工况要求。

◆ CDE300系列开环矢量系列变频器的频率精度：数字设定为�0.01%；模拟设定为�0.05%，可使压力波动范围满足设计要求。

◆ 可与控制柜合二为一设计变频和工频两套主回路。

◆ 变频器控制设计了闭环与开环两套控制方式。  

◆ CDE300系列开环矢量系列变频器适用于恒转矩特性负载，该变频器还具有转矩补偿和提升的功能。

◆ 可选配变频器前端端加装输入电抗器或滤波器，有效的抑制变频器对电网的干扰（仅供设计者参考选用）。

◆ 可选配变频器下端加装输出电抗器，保障了低频运行时电机温度噪音不超过允许范围（仅供设计者参选用）。

3.3改造方案原理

由变频器、压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制变频器的输出频率，从而调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。

3.4系统调试

调试工作分成两部分：

1）先根据工艺要求、电机参数、负载特性预调变频器参数。

2）系统联动调试。

在完成变频器设定参数调整及空载运行后，进行系统联动调试。调试的主要步骤：

◆ 将变频器接入系统。

◆ 进行工频旁路的运行。

◆ 进行变频回路的运行，其中包括开环与闭环控制两部分调试：

开环：此时主要观察变频器频率上升的情况，设备的运行声音是否正常，空压机的压力上升是否稳定，压力变送器显示是否正常，设备停机是否正常等。如一切正常，则可进行闭环的调试。

闭环：主要依据变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降相匹配，不能产生压力振荡，还要注意观察机械共振点，将共振点附近的频率跳越过去。

空压机变频改造后的效益。

◆ 节约能源

变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压缩机是最经济的运行方式。

◆ 运行成本降低

传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、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44.3%，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。

◆ 提高压力控制精度

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。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在3pisg变化范围，也就是0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。

◆ 延长压缩机的使用寿命

变频器从0Hz起动压缩机，启动过程中完全空载。它的启动加速时间可以根据实际情况调整，加速到一定速度后变频发出加载信号空压机加载。从而减少启动时对压缩机的电器部件和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。

◆ 降低了空压机的噪音

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，因此有效地降低了空压机运行时的噪音。现场测量表明，噪音与原系统比较下降低约3至7分贝。

综上所述，随着变频器应用普及时代的来临，我公司已将变频器的应用扩展到传统空压机改造的领域，不仅扩大了变频器的应用市场，而且为空压机的制造业也提出了新的课题。预计在不远的将来，由于变频调速技术的介入，空压机将真正地进入经济运行时代，我们希望上述工作对于同仁们的传统的电气传动设备技术改造和推进高新技术产品有普及应用工作中能有所启示和借鉴。

CDE300系列空压机专用开环矢量型变频器具有以下优点：

(1)节能

空压机专用变频控制系统可以比较准确地，根据用气系统的需求来自动控制空压机的输出。达到节约能源的目的，使一台空压机成为真正的节能高效环保型设备。

①变频的软启功能结合空压机专用控制功能，空压机启动时完全空载。使空压机的启动电流少于2倍额定电流，原工频启动电流是5到8倍额定电流。

②空压机加载时，因用气量的变化而改变电机转速达到供需平衡，稳压高效经济运行。

③当用气波动较大或用气量极小时，空压机卸载进入低速运行或快速休眠。空压机在频繁加卸载或空载状态，电机能耗也大大降低。

④Canworld变频启动迅速，可以快速脱离休眠进入加载状态，保证供气压力的最佳值。

(2)降低维护成本

采用Canworld空压机专用型变频器，高效合理的独特专用控制方式。与空压机控制器和加卸载阀门有效合理的联动，以及变频软启动功能。大大减少了对部份电气和机械部件，电机与密封部件的冲击。正常运行时，转速大部份时间低于额定转速。降低了各类相关电磁阀和气动阀的动作频率，延长了零部件的使用寿命，减少了空压机的运行与维护成本。