PLC和变频器在空压机节能改造中的应用

一、引言

空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。作为基础工业装备,空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)耗电量的15%。由于结构原理的原因,大部分空压机自身存在着明显的技术弱点。当输出压力大于一定值时,自动打开泄载阀,使异步电动机空转,严重浪费能源;异步电动机易频繁的启动、停止,影响电机的使用寿命,压机工频启动电流大,对电网冲击大,电机轴承磨损大,设备维护量大;工作条件恶劣,噪音大;自动化程度低,输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的,调节速度慢,波动大,不稳定,精度低。

针对以上存在的问题,设计采用PLC和变频器实现对螺杆式空气压缩机的节能改造方案,经分析,该方案自动化程度高,节能效果显著,实用性好。

二、空压机变频改造原理

1、空压机的工作原理

螺杆式空压机的工作原理图如图1所示,空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入,该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔,阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中,并通过离心力将滑片推至气缸壁,高效的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小舒适耗量,在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。经压缩后的空气温度较高,其中混有一定的油气,经过油气分离器进行分离,之后,油气经过油冷却器冷却在经过油过滤器流回储油罐,空气经过气后冷却器(空气冷却装置)进行冷却而进入储气罐。

2、空压机变频节能原理

螺杆式空压机基本运行方式是加载、减载方式。减载时电机空转,能源白白的浪费,如果利用变频器通过改变电机频率来调节转速,变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量,从而达到控制管路的压力,具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理如下:通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较,得到偏差,经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电,在电动机上得到相应的转速。那么空压机输出对应的压缩空气输出至储气罐,使之压力变化,直到管网压力与给定压力值相同。

3、变频改造注意事项

(1)空压机是大转动惯量负载,这种启动特点很容易引起变频器在启动时出现跳过流保护的情况,建议采用具有高启动转矩的无速度矢量变频器,保证既能实现恒压供气的连续性,有可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,工作下限应不低于20Hz。

(3)建议功率选用比空压机功率大一等级的变频器,以免空压机启动出现频繁跳闸的情况。

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