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吉泰科GK600矢量型变频器在螺杆空压机上的应用

时间:2015-01-06 16:27来源:未知 点击:

        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,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。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。并且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,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。为了解决这种现象,节约能源,有必要对现有系统进行变频改造。

一、采用变频调速系统必要性
        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。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。

二、GK600矢量型变频器的在空压机的应用优势
        吉泰科GK600矢量型变频器适用于无需安装编码器的中高端传动应用场合应用。针对空压机传动系统的特点,GK600变频器都能轻松应对:

        采用真正电流矢量控制变频器;其特点是低频启动力矩大,运行电流小,无PG矢量1在0.5Hz可输出180%的起动转矩;无PG矢量2在0.25Hz可输出180%的起动转矩,适用空压机飞轮力矩大,较大启动转矩的需要;
        GK600特有的无PG矢量控制1和无PG矢量控制2两种开环的矢量控制方式,无PG矢量控制方式,可以在电机做静态辨识后,达到比较好的运行效果,方便客户在无法脱开电机负载时进行电机参数的辨识并达到很好的运行性能;
        当用气量小时,可以休眠,完全停机;没有长时间下限频率运行的过程;既达到最大限度的节能,电机也根本没有发热。很好解决目前厂家头痛的问题;
        休眠后,气压低于唤醒值,可以直接带载启动不跳闸.这是利用了矢量变频器低频启动特性好的优势。
         效率高。通过实测在同样是50Hz、额定负荷的工作条件下,4极的异步电动机的实际转速比较:工频直接驱动时,电机转速为1440转/分;采用普通V/F变频器控制时,电机转速为1420转/分,或更低;采用GK600矢量控制时,电机转速为1500转/分。空压机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。所以,采用GK600变频器工作在矢量模式下,比普通V/F变频器,效率高出3%。
 


        速度特性:速度控制精度为±0.2%,速度波动±0.3%,适应空压机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。
       免跳闸运行:除对电流、电压、温度的抑制外,还具有对转矩冲击的抑制,适应空压机在自动卸载或装载时,负载突变。
        宽电压范围设计:电源电压范围可以为:323VAC---528VAC,应对于不同地区的电压不平衡问题。

       上图是以工频/变频切换的方式为例设计,也支持直接变频控制方式,以下为具体变频调试次序:
1、 通电后的逻辑调试:如:主要检测相序是否正确,压力传感器和主变频器通讯是否正常。
2、电机参数辨识:脱开电机的负载(采用矢量控制时最好进行电机的空载参数辨识),能达到较高的控制精度,特别是对于大功率的机器,一定要求电机参数辨识;
3、设置变频器参数:

    频率给定方式设置为PID,设置PID参数
    运行控制采用端子控制(支持总线控制)
    设置加减速时间
    设置下限频率
    设置故障输出功能等

4、 试运行,确定电机运行方向:
5、 观察运行的稳定性,特别是电流情况,压力情况,压力稳定性等。
四、节能效果
        以一台200KW的螺杆机组为例,平均产气只占额定排气量的70%,一年运行7200小时(按300天算),电费0.7元/度,与变频机组相比,普通机组将产生两个损耗:
  A、空载损耗 B、压差损耗
        其中:A、空载损耗 = 30%卸载时间×卸载时所产生的空载电流损耗(45%×200KW/小时×0.7)×7200小时/年×0.7元/度=95256元/年
  B、压差损耗 = 70%加载时间×高出2bar压差所带来的损耗(14%×200KW/小时)× 7200小时/年×0.7元/度=98784元/年。
综上所述,变频机组交普通机组节能95256+98784=194040元/年,基本与实测结果吻合。

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