变频调速系统在空压机运行中的应用

2018-12-18王正戴立明

科技与创新 2018年23期

王正，戴立明

变频调速系统在空压机运行中的应用

王正1，戴立明2

（1.江阴华西钢铁有限公司，江苏无锡 214420；2.江阴市华西和林矿业有限公司，江苏无锡 214400）

大型空压机在实际运行过程中往往会出现风量不稳定的现象，导致空压机经常出现空转或者长时间运转的现象，而在空压机启停机动的过程中，瞬时的大电流会对空压机造成冲击作用，而这个过程中也会造成电能的极大浪费，这对整体空压机的机械以及电气部分造成了严重的影响，缩短了空压机的使用寿命。主要针对空压机系统的电器部分进行了改造，增加了变频调速系统，极大提升了空压机的运行效率，同时也实现了节能效果。

空压机；变频调速；电动机；节能降耗

大型工业生产企业中，大功率的空压机在运行过程中会消耗大量的能量，在企业的整体能耗结构中，空压机的能耗占了极大的比例。通常情况下，空压机都处在长时间匀速运转状态下，而在风量不稳定的状态下不能实现转速的自动调节。而一般大型的工业生产中空压机的功率都比较大，因此，造成的电能消耗也非常大，为了有效控制空压机的能耗，并不断提升企业经济效益，在空压机系统中采用了变频调速系统，实现了空压机的软启停操作，有效避免了空压机在启停过程中造成的电网冲击，同时也控制了电流冲击对空压机机械以及电器部分的损害，有效提升了空压机的使用寿命。

1 变频调速系统设计

1.1 变频调速系统概述

本次空压机改造过程中使用的变频系统主要是由硬件部分和软件部分组成，系统的硬件部分结构组成如图1所示。其中P是空压机系统中的压力变送器，其主要功能是使储气罐中的压力保持平衡。

图1 空压机变频调速系统的硬件结构组成

由图1可知，假设系统的目标信号为，值的大小与储气罐实际的压力要求是相对应的；假设为压力的变送信号，那么变频器实际的输出频率1的值就由目标信号与变送信号的差值来决定，即1=－.

如果在空压机运行过程中出现了压力值大于目标值的现象，那么压力变送信号值会大于目标信号值，因此，输出频率1就会相应减小，压力值也会相应减小，直到压力的值与对应的目标压力值一致的时候就会停止，相反，如果出现了压力值比目标值小的现象，输出频率1以及压力值都会相应增加，当压力增加到与目标值一致的时候停止[1]。

根据上述变频调速系统的运行原理，需要在空压机系统同时加装变频调速系统和PLC控制系统，而压力值的设定要根据空压机实际的运行情况来设定。这样整个空压机系统的压力信号处理和变化就可以通过PLC来进行。通过PLC对变频调速系统的频率进行给定，从而实现了空压机系统频率的自动调整，也就是说，空压机的电机转速也实现了自动控制，因此，空压机在实际的运行过程中，会随着负荷的变化来不断调整功率的输出，空压机的气压值也会实现及时调整，达到了节能降耗效果。

1.2 变频器选择

空压机系统中变频器的选型要根据空压机实际的使用情况来进行，本文结合某工业生产企业的空压机进行了变频调速系统的改造，该公司使用的空压机的电机型号为LS285TSC-2，其功率为22 kW，实际的运行频率为50 Hz，工作电压为390 V，设计额定电流值为40 A，电机实际的转速能达到1 450 r/min[2]。结合空压机实际的电机型号以及使用情况，可以为该空压机配备三菱公司生产制造的FE-A5F30-22K型的变频器。整个变频调速系统的电路原理如图2所示。

2 系统主要的性能特点

整个变频调速系统的控制主要是由PLC、触摸屏、上位机来共同组成，PLC系统选取的是西门子S7-300型，上位机和系统的液晶显示器等都是由西门子生产制造的，为了形成更好的配套设备，监控软件方面也专门选择了西门子专用的监控软件，这样就能使系统实现从控制到监控的高效衔接。变频器与PLC、上位机等之间的连接是通过规约的通信方式进行的。这样在系统的运行过程中通过上位机就能直接了解到空压机的实际运行状况，以及参数、性能的变化过程，而该系统又实现了视频监控，因此，空压机的每一步操作和运行过程都能被及时视频监控，视频监控的信息可以通过系统中的上位机来进行显示。

图2 空压机变频器调速系统电力原理图

监控系统不仅具备对系统运行状况进行监控的功能，同时还能实现系统运行的自诊断和监测功能。因此，在系统每次运行前，监控系统都会自动化对空压机启动状态监测并作出判断，一旦发现系统故障就会实现自动报警，保证设备不会出现带病运行的情况。

在空压机系统的监控室内配备了一台专门用来进行系统操作的操作台，在该操作台上将空压机系统的操作按键都进行了设置，同时系统的各种运行参数也可以通过操作台上的仪表进行显示。

3 实际应用效果分析

在变频调速系统的驱动下，整个空压机系统既能实现自动控制，也能进行脱机操作。在空压机系统的监控室内就能实现系统的控制，同时可以在自动操作和手动操作之间进行切换，另外，操作人员还可以根据空压机系统实际的运行情况，对空压机系统进行启停机的检修操作。变频调速系统改造后，系统整体运行产生的高次谐波对电网的污染得到了有效控制，变频器在实际运行过程中产生的谐波电流不会超过5%，而其实际的功率因数却超过了0.95，而如果系统在运行过程出现了故障，变频柜就会将故障信号进行输出，而该故障信号在监控系统中可以进行查询。

在空压机系统的运行过程中，系统总排风管的压力以及压力的设定值可以通过监控系统进行检测，系统中的PID调节器可以针对实际压力值跟设定压力值进行计算，利用PLC实现对变频器频率输出的控制和调节。

实现变频器启动和停机等操作，并在系统出现故障时进行故障紧急停机，与此同时，系统还会对变频器的运行情况进行监控，并对空压机系统实际的运行状况进行检测，同步生成系统巡检的历史趋势图，当系统运行超过系统设置极限值的时候就会自动进行报警。