空压机行业

一、 改造项目：

两台65KW空压机变频节能改造

空压机生产厂家：某压缩机公司

二、改造前空压机运行状况：

1.原系统输出压力在0.4～0.7Mpa之间波动；

2.加载时间108秒，电流40～100A，卸载时间162秒，电流40A；

3.压力波动对管网冲击大，加载、卸载时，噪音大；

4.开环控制，不能保证精度；

5.启动电流大，对电网冲击大；

6.输出气压大于0.75Mpa时，卸载阀打开，造成能源浪费。

三、改造要点：

1.变频器选用大于设备容量一个等级的奥卓科技公司QD800系列90KW通用变频器。

2.变频采用一拖二方式：通过转换开关ZK，两台空压机可以选择1#或2#单台运行。

3.系统采用闭环控制，通过压力传感器，测得的管网压力值与在PID控制器上设定的目标压力值相比较得到偏差，经PID调节器计算出变频器的输出频率（PID输出4～20MA电流信号，将该信号送入变频器AI2-COM端，自动调节变频器输出频率），调节电机运行速度，使空压机输出压力基本保持在目标设定值上。

4.系统保留原控制柜，新增一台变频柜。采用自动（变频）、手动（工频）切换控制，对原控制柜内改动小，恢复原控制方式简便。

手动时，电源通过变频柜接入原控制柜内。电机运行通过原控制柜操作，保留星三角启动方式。

自动时，电机采用变频器软启动，软停止方式，有效保护变频器和电机安全，系统运行安全可靠。

5.原控制柜监测内容（电压、电流）不变，在新装变频柜上通过PID仪表和变频器操作面板也可以监测电压、电流、频率、压力变化，便于观察和操作。

四、变频改造效果

1.变频运行时，压力基本保持在目标值上下。

2.软启动、软停止功能设有过压、欠压、缺相、过流等保护。

3.避免了设备的频繁投入退出给设备带来的损害，延长设备的使用寿命。

4.节电效果明显，节电率达到31.8%。

五、投资回报分析

1.改造前

①平均加载时间108秒，平均电流85A；卸载时间162秒，电流40A。

②改造前每日用电

1.73×（85×40%＋40×60%）×380×24=915.1KWH

2.改造后实测每小时耗电为26KWH

每日用电26×24=624KWH

3.每度电价以0.5元，每月以30天计，每月节约电费

（915.1－624.0）×0.5×30=4366.5元

4.投资回收期

60000÷4366.5=13.7（月）

空压机变频改造后操作及注意事项

一、空压机部分

1.空压机启动前、停止后的操作顺序仍按照未改造前操作顺序进行；

2.空压机调节阀上限压力调至5.7kg,下限压力调节至4.7kg;

3.油泵压力在26HZ运行时，调整油力不小于1.2kg；

4.检查室外压力传感器是否清洁和连接可靠。

二、电气控制部分

1.控制系统保留了原来控制柜的手动功能，通过变频柜上的WK转换开关，可选择“手动”、“停止”、“自动”（变频）运行；

2.旋转ZK转换开关，可选择“1#机停用”或“2#机停用”；

3.自动（变频）运行时，将WK转换开关转到“自动”位置，按下启动按钮，变频器就会按程序自动投入，并逐渐加速至全速。此时打开风门，空压机开始加载压缩。停机时，按下停机按钮，变频器输出频率会逐渐下降指令，此时方可将WK转换开关转到“停止”位置，使系统复位。下次启动时，需等待变频器放电结束，在将WK转换开关转到“自动”位置。

4.对变频器参数和PID参数可在现有基础进行细调（分别参考QD系列变频器说明书和PID控制器使用说明书），这样做更有利于设备运行和提高节能效果。

空压机概况

空压机，全名为空气压缩机，是一种工矿企业中最常用的空气动力提供设备。通常，空压机分为螺杆式空压机、活塞式空压机等。

一、螺杆式空压机工作原理

二、活塞式空压机工作原理

活塞式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴，带动连杆与活塞杆，使活塞在压缩机气缸内作往复运动，完成吸入、压缩、排出等过程,将无压或低压气体升压，并输出到储压罐内。其中，活塞组件，活塞与气缸内壁及气缸盖构成容积可变的工作腔，在曲柄连杆带动下，在气缸内作往复运动以实现气缸内气体的压缩。

三、空压机系统控制

空压机主电机运行方式为星-角降压起动后全压运行，供气系统具体工作流程为：当按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，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n秒（由时间继电器控制）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开关上限值，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，直到系统压力降到压力开关下限值后，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。  

四、空压机系统节能分析

在管道供气系统中，最基本的控制对象是流量，供气系统的基本任务就是要满足用户对流量的需求。目前，常见的气体流量控制方式有加、卸载供气控制方式和转速控制方式两种。

1.加、卸载供气控制

加、卸载供气控制方式即为进气阀开关控制方式，即压力达到上限时关阀，压缩机进入轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进入满载运行。

由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需要来决定电动机的容量，设计余量一般偏大。工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护量大。虽然都是降压启动，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运行安全，而且大多数是连续运行，由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大。

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延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式（如调节阀门或调节卸载等方式）即使在需要流量较小的情况下，由于电机转速不变，电机功率下降幅度比较小。　

2.转速控制

即通过改变空压机的转速来调节流量，而阀门的开度保持不变（一般保持最大开度）。当空压机转速改变时，供气系统的扬程特性随之改变，而管阻特性不变。

在这种控制方式下，通过变频调速技术改变空压机电机的转速，空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变，达到真正的供需平衡，在节能的同时，也可使整个系统达到最佳工作效率。变频器基于交一直一交电源变换原理，可根据控制对象的需要输出频率连续可调的交流电压。电动机转速与电源频率成正比，因此，用变频器输出频率可调的交流电压作为空压机电动机的电源电压，可方便地改变空压机的转速。

五、空压机系统节能原理

采用变频器控制空压机的转速以达到节能是一种较为科学的控制方法。根据空压机运行特性知：

Q1 / Q2 = n1 / n2         Q———空压机供给管网风量

H1 / H2 =（ n1 / n2）2    H———管网压力

P1 / P2 =（ n1 / n2）3     P———电机消耗功率

式中n———空压机转速。

由上式可知，当电机转速降至额定转速的80%，则空压机供给管网风量降为80%，管网压力降为（80%）2，电机消耗功率则降为（80%）3，即51.2%，去除电机机械损耗和电机铜、铁损耗等影响，节能效率也接近40%，这就是调速节能的原理所在。

长期实践证明，在供气系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变空压机转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30％以上。另外，变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对流量的平稳调节，同时减少启动冲击并延长机组及管组的使用寿命。

六、空压机变频改造方案

1.空压机变频改造注意事项

（1）空压机是大转动惯量负载，这种启动特点就很容易引起V/F控制方式的变频器在启动时出现跳过流保护的情况，建议选用具有高启动转矩的无速度传感器矢量变频器，保证即能实现恒压供气连续性，又保证设备可靠稳定的运行；

（2）空压机不允许长时间在低频下运行，当空压机的转速过低，一方面将使空压机的工作稳定性变差，另一方面也使缸体的润滑变差，会加快磨损。所以工作的下限频率应不低于25Hz；

（3）为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减小因高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出交流电抗器，还可以减小电机运行噪音和温升，提高电动机的稳定性。

2.恒压供气节能原理

如上所述，流量是供气系统的基本控制对象，供气流量需要随时满足用气流量。在供气系统中，储气管中的气压能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系：

若   供气流量 > 用气流量   →   储气管气压上升

若   供气流量 < 用气流量   →   储气管气压下降

若   供气流量 = 用气流量   →   储气管气压不变

所以，保持管道中的气压恒定，就可保证该处供气能力恰好满足用气需求，这就是恒压供气系统所要达到的目的。

变频调速系统将管网压力作为控制对象，装在储气管出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为电信号送给变频器内部的PID调节器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆变频率，调整电动机的转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。另外，采用该方案后，空气压缩机电动机从静止到稳定转速可由变频器实现软启动，避免了启动时的大电流和启动给空气压缩机带来的机械冲击。正常情况下，空气压缩机在变频器调速控制方式下工作。变频器一旦出现故障，生产工艺不允许空气压缩机停机，因此，系统设置了工频与变频切换功能，这样当变频器出现故障时，可由工频电源通过接触器直接供电，使空气压缩机照常工作。

整个控制过程如下：

用气需求↑ —— 管路气压↓—— 压力设定值与返馈值的差值↑ —— PID输出↑ —— 变频器输出频率↑ —— 空压机电机转速↑ —— 供气流量↑—— 管路气压趋于稳定

特别注意，在压力容差范围内，变频器的PID不调节，即保持输出频率不变。