200KW空压机变频节能改造完整实例

更新改造《中国新技术新产品》刘松岭 2011-07-05 16:31:09

  摘要:本方法全面详细介绍了200KW空压机变频节能改造完整实例的原理、方法。
  关键词:200KW空压机变频节能;原理;方法
  
  螺杆式空气压缩机为恒转矩负载,在加载过程中,压缩机进口阀打开,电机工作在重负载状态,而卸载过程则压缩机进气阀关闭,电机工作在轻负载状态,但由于电机在卸载的情况下仍工作在50Hz,此时负载率不足50%,处于明显的大马拉小车状态,造成电能白白浪费。如果此时根据实际所需力矩,通过降频模式,再次达到动态力矩精确匹配从而会大大节省电能。空压机电机功率一般较大,启动方式多采用空载(卸载)星-三角启动,加载和卸载方式都为瞬时,这使得空压机在启动时会有较大的启动电流,由于用气设备的工作周期或生产工艺的差别,使用气量发生波动,会造成空压机频繁加载、卸载。空压机卸载后电机仍然工频运转,不仅浪费电能而且增加设备的机械磨损;因此对空压机进行变频改造具有较大的节能空间,同时实现了电机软起软停,降低了无功损耗与维护费用;减少了机械磨损;提高了功率因数和设备整体使用寿命。
  变频器结构原理:是将输入电网的三相交流电经过整流后变成直流电,再经逆变回路变成三相非常平衡的交流电。不平衡的三相电源通过变频器输出后可改善三相电源的不平衡度,提高功率因数,使电机的有效出力得以提升。
  本文是对齐重数控南北空压站3台200KW螺杆式空压机变频节能改造的实际案例,其原始数据如下:
  A.北空压站:空压机电动机功率200KW 电压380V长期连续工作制。
  空压机人机界面显示:运行时间15927小时,加载时间7959小时,卸载时间,15927-7959=7968小时,电机启动次数 25477次。
  卸载占空比:7968小时/15927小时=50%
  现场实际测试:加载时电流350A;卸载时电流170A。
  B.南空压站:两台空压机电动机功率200KW 电压380V长期连续工作制 一用一备;
  空压机人机界面显示:运行时间,一号机3042小时,二号机 6503小时,合计总运行时间:3042+6503=9545小时。
  加载时间:一号机895小时,二号机 2007小时,合计总加载时间 895+2007=2902小时。
  卸载时间:一号机3042-895=2147小时,二号机 6503-2007=4496小时,合计总卸载时间2147+4496=6643小时。
  一号机电机启动次数 9964次,二号机电机启动次数 21640次。一、二号机电机总启动次数9964+21640=31604次。
  卸载占空比:6643小时/9545小时=70%
  现场实际测试:加载时电流390A;卸载时电流190A 。
  本次空压机变频改造的方式是:空压机加载时变频器50HZ运行,卸载时37HZ运行。在主电路改造时,将变频器串接进原有的电源进线中,控制电路是将空压机内原控制电源摘开接到变频器输入电源侧。
  空压机变频改造后,电机启动时空压机原有的交流接触器仍然由PLC按星-三角方式动作,但在交流接触器连接为星型时,角形交流接触器的常开触点没有闭合,变频器不启动、无输出;当PLC控制交流接触器转换为三角形接法后,将三角形接法的交流接触器闲置常开触点,闭合后的开关量信号送到变频器,开始空载变频启动电机至50HZ运行。当压力达到设定值时卸载继电器动作,此时将开关量信号送到变频器多功能端子输入端,此时变频器按37HZ运行。在考虑变频器发生故障或检修时,空压机能按原有的工频控制方式运行,在主回路设计了工频回路、使设备可在变频与工频间自由切换,这样在改造时可不用重新编写PLC程序。改造后的设备最大限度的保留原空压机的所有功能,使改造简单易行,改造后的设备运行稳定可靠。
  变频改造后:北空压站设备卸载电流65A,直接节电约30 %;南空压站设备卸载电流70A,直接节电约40 %。同时降低了无功损耗与维护费用;减少了机械磨损;提高了功率因数和设备整体使用寿命,由此产生的间接经济效益不另行计算。
  二.电气原理图

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  三. 调试方法
  变频器选用安邦信AM300—220KW通用变频器为例:
  其中F0.02加速时间调试时是关键,时间设置不对,在启动过程或启动后运行很短时间即保护停机,此时变频器液晶显示器显示故障代码E.OCA加速过流或E.OCC稳速过流,这时很多人都将加速时间加长,再起机不行再加长,可是无论时间加长到多少都还是过流,后经分析确认空压机是恒转矩负载,启动时电动机需要一定的冲力才能克服启动力矩,重新设置加速时间由长往短一秒一秒的试,当加速时间设置为10秒时启动和运行过程一切正常。当然对于不同厂家和功率的空压机在变频改造时加速时间不一定都是10秒正好,但是调试过程中如果在启动过程或启动后运行很短时间即过流保护,加速时间加长不见效时,时间往短设是一个很好的选择。

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  四.注意事项
  1、认真分析设备工频运行历史数据,计算节能空间,仔细分析设备电路原理,做出最为合理的可行改造方案。
  2、进行变频改造时要注意,尽量保持原有设备主电路和控制电路完整性,对其电路改动越少越好;这有利于变频器发生故障或检修时,空压机可以很方便改动回到原有控制方式上去,也使改造时可以不用重新编写PLC程序。
  3、改造后空压机在变频和工频状态下都可以运行。
  4、变频器启动信号由角形接法交流接触器KM1控制,既星形时变频器不启动无输出。
  5、变频器下限运行频率一般要设35赫兹以上,赫兹数太低,可能会造成油气分离器无法有效分离油气,造成空压机漏油现象。
  6、启动时先启动空压机15秒后再启动变频器运行按钮,此时空压机星角转换结束。
  参考文献
  [1]李方园.《变频器故障排除》.化学工业出版社,2009.
  [2]李良仁,汪临伟.《变频器调速技术与应用》.电子工业出版社,2009.
  [3]咸庆信.《变频器实用电路图集与原理图说》.机械工业出版社,2010.
  [4]任致程.《实用变频器图集》.中国电力出版社,2008.

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