摘 要：本文主要介紹西班牙PE電氣SD700變頻器在空壓機上的應用，通過(guò)對空壓機采用變頻器控制，改善了生產(chǎn)工藝，降低了設備運行維護的費用，實(shí)現了節約電能的目標。

　　關(guān)鍵詞：SD700變頻器 諧波抑制 電磁干擾 節能

　　引言

　　空壓機在工業(yè)生產(chǎn)中有著(zhù)廣泛的應用，種類(lèi)有很多，但其供氣控制方式大多采用的是加、卸載控制方式。該供氣控制方式雖然動(dòng)作原理簡(jiǎn)單，但存在電能浪費大，供氣壓力不穩定，進(jìn)氣閥容易損壞等諸多問(wèn)題。根據國家節能減排的要求，大多數企業(yè)都采用最新的電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現設備低耗高效的生產(chǎn)運行。

　　變頻器調速技術(shù)是集自動(dòng)控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調速、節能，可靠，高效的特性，在風(fēng)機水泵，過(guò)程控制，機械設備等各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用，并且由于具有軟啟動(dòng)性能，可以減少對電網(wǎng)，設備和電機的沖擊，延長(cháng)設備和電機的使用壽命。特別是在空壓機控制系統中，如果采用高質(zhì)量的變頻器，既提高了設備的調節精度，改善了空壓機的生產(chǎn)工藝，又實(shí)現了節電節能，降低了維修維護成本，減少了工人的勞動(dòng)強度，已經(jīng)愈來(lái)愈受到工礦企業(yè)的技術(shù)人員和管理人員的重視。

　　一.空壓機改造前的運行狀況

　　某企業(yè)原有2臺132KW空壓機，設備改造之前，兩臺空壓機一用一備，總是工作在工頻狀態(tài)，起動(dòng)方式為自耦變壓器降壓起動(dòng)，壓力控制采用上下限的兩點(diǎn)式控制方式，即空壓機氣缸內壓力達到設定上限時(shí)，空壓機通過(guò)本身的油壓關(guān)閉氣閥;當壓力下降到設定下限時(shí)，空壓機打開(kāi)進(jìn)氣閥。由于生產(chǎn)過(guò)程中用氣量的變化，空壓機也頻繁地加載和卸載?？諝鈮毫Φ淖兓秶容^大，壓力也不穩定。這是因為空氣壓縮機的電機本身不能調速，所以不能直接通過(guò)壓力的變化來(lái)調節電動(dòng)機的轉速，以達到所需要的空氣流量。

　　另外，由于自耦變壓器起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)，電機不允許頻繁工頻起動(dòng)，造成在用氣量少的時(shí)候，甚至是在一定時(shí)間內不用氣的時(shí)候，電機仍然要長(cháng)時(shí)間的空載運行，造成了電能上的巨大浪費，給企業(yè)增加了成本。因此，該公司經(jīng)過(guò)認真的技術(shù)研討，決定對該廠(chǎng)的空壓站進(jìn)行變頻節能改造。

　　二.原空壓機系統存在的問(wèn)題分析：

　　1.主電機雖然以自耦變壓器降壓起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，對空壓機、電動(dòng)機和電網(wǎng)都有很大的沖擊，會(huì )影響電網(wǎng)的穩定及其用電設備的運行安全。

　　2.采用自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，存在起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)，不能頻繁地起動(dòng)，且故障率較高，因此自耦變壓器的維修和維護成本比較大。

　　3.空壓機長(cháng)時(shí)間連續運行，在空載過(guò)程中不產(chǎn)生壓縮空氣，所以電動(dòng)機處在空載狀態(tài)時(shí)，會(huì )給企業(yè)造成巨大的電能浪費。

　　4.當壓力達到最大極限值時(shí)，空壓機關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于空轉狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種加載的調節方法要造成很大的能量浪費。

　　5.氣壓穩定性差和由于頻繁加、卸載導致執行元件（進(jìn)氣閥、放氣閥）的頻繁動(dòng)作而加速了閥門(mén)的磨損，會(huì )增加維修工作量和維修費用。

　　6.主電機在工頻運行狀態(tài)下使空壓機運行時(shí)噪音很大。

　　三.空壓機變頻改造實(shí)施方案

　　系統參數：

　　額定功率 132 kW

　　額定電壓 380V

　　額定電流 250A

　　額定轉速 l485 rpm

　　變頻器 西班牙PE電氣公司的SD700系列變頻器，型號是SD7025052

　　本系統采用壓力閉環(huán)調節方式，通過(guò)變頻器的控制面板設定空氣壓力定值，在儲氣裝置上安裝一個(gè)壓力傳感器。將空氣壓力信號轉換為4～20mA的電流信號，反饋到變頻器內部的PID調節器，調節器將該電流值與壓力定值進(jìn)行比較運算，然后輸出控制信號，變頻器再根據此信號輸出頻率，調節電動(dòng)機的轉速，使空氣壓力保持穩定;在用氣量小的時(shí)候，變頻器將減少頻率輸出，直至電機停止運行，這樣空壓機始終保持在節電運行狀態(tài)。 另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來(lái)起動(dòng)，實(shí)現了軟起動(dòng)，避免了在頻繁起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流對空壓機，電動(dòng)機和電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊。同時(shí)，該方案可保留原有的控制系統，增加工頻與變頻切換功能，做到工頻/變頻互鎖切換，當變頻器發(fā)生故障時(shí)，利用原工頻系統運行。變頻器的接線(xiàn)圖參考如下：

　　四.變頻器節能改造后的效益分析

　　1.延長(cháng)壓縮機的使用壽命

　　變頻器從低頻起動(dòng)壓縮機，由于起動(dòng)加速時(shí)間可以調整，從而減少起動(dòng)時(shí)對壓縮機的機械部件所造成的沖擊，增強了系統的可靠性，延長(cháng)了壓縮機的使用壽命，減少了維修量。

　　2.減小對電網(wǎng)的沖擊

　　變頻控制能夠減少起動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)，適合較為頻繁地起動(dòng)，可以將起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)和其它設備造成的影響減少到最小。

　　3.降低了空壓機的噪音

　　空壓機改造工程安裝完畢后，運行穩定，空壓機振動(dòng)和噪聲大減低。

　　5.提高壓力控制精度

　　變頻控制系統具有精確的壓力控制能力，使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶(hù)生產(chǎn)所需的用氣量相匹配，壓力波動(dòng)很小，改善了生產(chǎn)工藝，確保了供氣量的穩定。

　　6.節約電能

　　根據用氣量需求來(lái)調節電動(dòng)機的運行速度，且在不用氣的生產(chǎn)間歇，停止壓縮機電機運行，使得壓縮機始終處于最經(jīng)濟的運行狀態(tài)，避免了改造前壓縮機頻繁加載，卸載以及長(cháng)期空轉造成的電能浪費，節約了企業(yè)的生產(chǎn)成本。實(shí)際運行后的節電分析如下：

　　改造前，空壓機加載運行時(shí)的電流245A，卸載時(shí)運行電流105A。全天實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間累計達14小時(shí)，生產(chǎn)間歇和換班時(shí)間累計大約10小時(shí);改造后，生產(chǎn)狀態(tài)下，空壓機頻率基本上在35～42Hz，運行電流平均125A;在生產(chǎn)間歇和換班情況下，空壓機可以停止運行，基本上無(wú)空轉運行情況。

　　用電量分析：全年按300天計算，

　　改造前:

　　加載運行時(shí)W1=1.732xIxUxT1/1000 =1.732x245x380x14/1000 =2257 kWh

　　卸載運行時(shí)W2=1.732xIxUxT2/1000 =1.732x105x380x10/1000 =691 kWh

　　全天耗電W=W1+W2=2948 kWh

　　改造后：

　　壓力可調節時(shí)W=1.732xIxUxT/1000 =1.732x125x380x14/1000 =1152 kWh

　　因此，每天可以節電△W=2948-1152=1796 kWh，每度電按0.5元來(lái)計算，全天節省電費898元，全年按300天生產(chǎn)計算，全年可以節電269400元。整個(gè)系統的全部改造費用是15萬(wàn)元，預計7個(gè)月即可以收回成本;而在接下來(lái)的每一年里，可以直接給企業(yè)創(chuàng )造經(jīng)濟效益將近26萬(wàn)元左右。

　　五.SD700變頻器的特點(diǎn)

　　1. 全面的諧波抑制

　　為了有效降低電網(wǎng)中高次諧波分量，減小高次諧波和電磁干擾對其他設備（比如現場(chǎng)的儀器儀表）的影響，所使用的大功率變頻器必須滿(mǎn)足工業(yè)場(chǎng)合下EMC電磁兼容性的要求，即將電磁干擾和諧波控制在一定范圍內，確保整個(gè)系統的安全可靠的運行。

　　PE公司的SD700系列變頻器采用了內置的交流進(jìn)線(xiàn)電抗器，內置的EMC濾波器，內置的dv/dt輸出濾波器，全面有效地抑制了諧波和電磁干擾的影響，變頻器柜體采用帶絕緣層的2mm厚的鍍鋅鋼板，完全符合EMC工業(yè)場(chǎng)合應用的標準。下圖所示為PE公司380V，132KW變頻器的內部拓撲結構：

　　2.高過(guò)載能力

　　空壓機是大慣量負載，這種負載特點(diǎn)很容易引起變頻器起動(dòng)時(shí)出現過(guò)流自保護的情況，這樣有必要選擇大一級變頻器，并在允許的條件下調節加減時(shí)間來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。SD700系列變頻器的過(guò)載能力達到額定值的150%，持續時(shí)間達到60秒，可以充分滿(mǎn)足大慣量的重載場(chǎng)合的應用。

　　2. 全面的保護功能

　　SD700具有全面的電機和變頻器的保護功能，對電機過(guò)載，電機三相不平衡，過(guò)電流，過(guò)電壓，溫度過(guò)熱等故障可以起到全面的保護作用，并且具有故障預防控制功能，避免和減少不必要的故障停機，確保設備的正常生產(chǎn)。

　　3. 適合惡劣環(huán)境

　　SD700全系列變頻器的線(xiàn)路板均采用了絕緣涂層，包括線(xiàn)路板上每一個(gè)元器件的管腳和焊盤(pán)都帶有絕緣涂層，完全可以適應潮濕和導電粉塵等惡劣的環(huán)境要求。

　　5.50°C高溫運行不降容

　　采用了高效的散熱片，即使在50°C高溫環(huán)境下重載滿(mǎn)負荷地運行，也不會(huì )降低變頻器的驅動(dòng)能力。

　　6.適應較大的電壓波動(dòng)

　　輸入電壓波動(dòng)范圍可達-20% 至+10%，欠壓持續時(shí)間可達60秒，適應一定范圍和一定時(shí)間內電源電壓的波動(dòng)。

　　7.維護快速簡(jiǎn)單

　　PE公司SD700系列變頻器全功率段采用的都是同一種控制板，電源板和IGBT驅動(dòng)板;獨特的“同平面存取”的結構設計，能夠實(shí)現快速簡(jiǎn)單的維護與更換工作，加上PE公司SD700系列變頻器的三年質(zhì)保，完全可以實(shí)現維護簡(jiǎn)單，穩定可靠的運行要求。

　　六.結束語(yǔ)

　　采用了SD700系列變頻器改造后的節能控制系統，在空氣壓縮機上得到了良好的應用，它一方面實(shí)現了節電節能，降低了維修維護成本，另一方面提高了設備的壓力調節精度，改善了空壓機的生產(chǎn)工藝，企業(yè)的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效率得到顯著(zhù)地提高。因此，變頻節能控制方式在空壓機的應用得到了企業(yè)技術(shù)人員和管理人員的廣泛認可。