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TS2600螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在螺桿空壓機(jī)上的應(yīng)用

一、引言
       螺桿空壓機(jī)在冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用,是許多工藝流程中的核心設(shè)備,其裝機(jī)容量一般取決于生產(chǎn)所需的最大氣量并另外增加10%~20%的余量。由于生產(chǎn)中用氣量的不均衡,當(dāng)氣體壓力達(dá)到一定值時(shí),空壓機(jī)一般采用卸荷空載運(yùn)行或者停止空氣壓縮機(jī)這兩種方式,其中卸荷空載運(yùn)行時(shí)的用電量為滿負(fù)載的30%~60%,這部分電能被白白的浪費(fèi)掉,而停止空氣壓縮機(jī)運(yùn)行會(huì)帶來(lái)電動(dòng)機(jī)的頻繁啟停,對(duì)電網(wǎng)及其他設(shè)備的沖擊較大,同時(shí)空氣壓縮機(jī)的壽命也會(huì)縮短。
       另調(diào)查統(tǒng)計(jì),全國(guó)各類電動(dòng)機(jī)耗電量約占全國(guó)發(fā)電量的70%,其中80%為異步電動(dòng)機(jī),而且大多數(shù)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于輕載運(yùn)行狀態(tài),特別是風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的電機(jī)。若在此類負(fù)載上使用變頻調(diào)速裝置,其耗電量將大幅降低。以空壓機(jī)為例,其負(fù)載特性屬恒轉(zhuǎn)矩,其節(jié)電率N%=Δn↓%,即節(jié)電率等于轉(zhuǎn)速下降的百分?jǐn)?shù)(一般在20%左右,轉(zhuǎn)速也不能過(guò)低,過(guò)低會(huì)加速機(jī)械的磨損)。
       因此,如何設(shè)計(jì)出節(jié)能、穩(wěn)定和自動(dòng)化程度高的控制方案,是空壓機(jī)使用及制造企業(yè)所面臨的首要問(wèn)題。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)逐步引入了空壓機(jī)領(lǐng)域,通過(guò)大量的應(yīng)用案例及實(shí)測(cè)印證該方案具有運(yùn)行壓力穩(wěn)定、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、運(yùn)行安全、在一定范圍內(nèi)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

二、變頻螺桿空壓機(jī)的優(yōu)勢(shì)分析
傳統(tǒng)螺桿式空壓機(jī)工頻控制的技術(shù)弱點(diǎn)及變頻控制的優(yōu)勢(shì):
(1)加、卸載調(diào)節(jié)供氣的控制方式嚴(yán)重浪費(fèi)能源
       傳統(tǒng)的控制方式,空壓機(jī)在加載時(shí):從設(shè)定壓力到卸載壓力的加壓過(guò)程中,電能白白浪費(fèi)掉,而經(jīng)過(guò)減壓閥減壓的過(guò)程,也是在浪費(fèi)能量;空壓機(jī)卸載時(shí):關(guān)閉電磁閥使電機(jī)一直在空轉(zhuǎn),這種調(diào)整方法同樣是極大的能力浪費(fèi),卸載時(shí)的功耗約占滿載的20%~40%。
       在變頻控制方式下,變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制氣壓,使輸出壓力始終維持在設(shè)定壓力,輸出壓力保持恒定,避免頻繁加卸載導(dǎo)致的電能浪費(fèi)。
       空壓機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,單就輸出功率而言,采用變頻調(diào)速節(jié)能效果遠(yuǎn)不如風(fēng)機(jī)泵類二次方負(fù)載顯著。但空壓機(jī)大多處于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行狀態(tài),由于設(shè)計(jì)時(shí)都是按最大需求來(lái)選擇排氣量的,在實(shí)際運(yùn)行中,非滿載運(yùn)行的時(shí)間的占的比例也非常高,非滿載運(yùn)行過(guò)程有著巨大的節(jié)能空間。
(2)啟動(dòng)電流沖擊大
       傳統(tǒng)的空壓機(jī)主電機(jī)采用Y-△減壓起動(dòng),起動(dòng)電流約為額定電流3倍,仍然很大,對(duì)電網(wǎng)沖擊大,易造成電網(wǎng)不穩(wěn)以及威脅其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全。
       變頻器可使電機(jī)起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升,沒(méi)有任何沖擊;電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟停,避免沖擊電流造成的危害,有利于延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命;
(3)供氣壓力穩(wěn)定性差
       在產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié),氣壓的穩(wěn)定性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響是很大的,用戶對(duì)供氣壓力精度都有一定要求,傳統(tǒng)的空壓機(jī)為避免氣壓不足,供氣壓力較要求值要偏高一些,但這樣會(huì)使成本高、能耗大,同時(shí)頻繁的加卸載也很難保證氣壓溫度;
變頻器可以閉環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供氣管路中氣體的壓力,PID調(diào)節(jié)器比較當(dāng)前壓力與設(shè)定壓力差值比較,保證輸出壓力始終維持在設(shè)定壓力,輸出壓力保持恒定,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。


三、TS2600螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹

圖1  TS2600螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
       TS2600系列螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),是四方電氣在最新的開(kāi)放式驅(qū)動(dòng)技術(shù)平臺(tái)基礎(chǔ)上,為空壓機(jī)行業(yè)定制開(kāi)發(fā)的高性能變頻電控系統(tǒng),集成了空壓機(jī)設(shè)備控制與應(yīng)用中的所有需求及變頻驅(qū)動(dòng)功能。系統(tǒng)使用高性能重載型矢量變頻單元,配置變頻空壓機(jī)控制適配卡及控制面板,具有安裝調(diào)試簡(jiǎn)易、集成度高、系統(tǒng)可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì),代表了空壓機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。
圖2  系統(tǒng)簡(jiǎn)易接線參考圖示
四、TS2600螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案優(yōu)勢(shì)
(1)高整合一體化設(shè)計(jì)
        集成空開(kāi)、接觸器、繼電器等空壓機(jī)行業(yè)所應(yīng)用的電氣控制元器件,無(wú)須另外布線及增加電氣元件,減少安裝時(shí)材料、人工等成本。
(2)120%重載長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行
       針對(duì)空壓機(jī)行業(yè)這一特性,TS系列配置重載型變頻控制單元;長(zhǎng)期過(guò)載能力為額定值的120%,更加符合空壓機(jī)實(shí)際的工作狀況。
(3)適合空壓機(jī)特性的四級(jí)PID設(shè)定
       合理的設(shè)定三段過(guò)程壓力和持續(xù)時(shí)間,避免氣壓超調(diào),兼顧氣壓快速響應(yīng)調(diào)整,從而精準(zhǔn)的控制氣壓。
(4)油溫控制系統(tǒng)
      系統(tǒng)包含有油溫控制系統(tǒng),根據(jù)反饋溫度和設(shè)置的啟停溫度值,控制油冷風(fēng)機(jī)的啟停,保持系統(tǒng)油溫正常,當(dāng)油溫異常時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)報(bào)警,保護(hù)系統(tǒng)安全。
(5)LCD專用操作控制面板、時(shí)鐘顯示、多級(jí)密碼保護(hù)
       LCD專用操作控制面板可直接設(shè)置變頻單元的相關(guān)參數(shù)、壓力、溫度控制參數(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)控空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài),最多可記錄八組故障記錄,方便診斷空壓機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。
(6)安裝、調(diào)試、維護(hù)方便
       TS電控柜省去了常用的變壓器、繼電器等二次回路電氣設(shè)備,以及銅排、線纜、端子等輔材,既減少了安裝工時(shí),提高了生產(chǎn)效率,降低了裝配故障率,也使得調(diào)試時(shí)間大大減少;
(7)其他特色功能:
? 壓力、溫度等信號(hào)通過(guò)液晶界面一體化設(shè)置、檢測(cè);
? 空濾、油濾芯更換周期,保養(yǎng)時(shí)間等獨(dú)立設(shè)定;
? 系統(tǒng)提供多級(jí)密碼保護(hù),可防止非法操作導(dǎo)致系統(tǒng)故障;
? 操作面板監(jiān)控所有的運(yùn)行參數(shù),豐富的預(yù)警、保護(hù)功能;
? 提供一路獨(dú)立485通訊接口,作為遠(yuǎn)程監(jiān)控(可參考遠(yuǎn)程監(jiān)控方案部分)及控制使用或作為多臺(tái)空壓機(jī)組網(wǎng)(TS系列)使用;
? 具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能,可顯示當(dāng)前時(shí)間并記錄故障發(fā)生時(shí)間,方便維護(hù)及查詢;
? 具有自動(dòng)休眠功能,有利于節(jié)能,降低設(shè)備磨損。


五、結(jié)束語(yǔ)
        變頻螺桿空壓機(jī)市場(chǎng)正在不斷擴(kuò)大,到2015年,我國(guó)的空壓機(jī)市場(chǎng)容量將超過(guò)300億元,國(guó)內(nèi)的變頻螺桿機(jī)正在經(jīng)歷普及的過(guò)程,變螺桿機(jī)雖然初始投資大,但是回報(bào)率高。隨著政府的節(jié)能減排力度的加大,客戶節(jié)能意識(shí)的提高,可以預(yù)見(jiàn),變頻螺桿空壓機(jī)的成長(zhǎng)性高、未來(lái)市場(chǎng)容量龐大。
       在競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)的空壓機(jī)市場(chǎng)中,企業(yè)能否有效的提高生產(chǎn)效率、工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本,已經(jīng)成了企業(yè)能否生存發(fā)展的重要因素。TS2600系列螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自推向市場(chǎng)以來(lái),一體化整合設(shè)計(jì)極大的提高廠家的生產(chǎn)效率,高性能重載型矢量變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)既保證了空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,也最大限度為客戶節(jié)省能源和降低維護(hù)成本,獲得了配套廠商和終端用戶的一致好評(píng)。