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案例頻道 摘 要：螺桿式空壓機(jī)是目前空壓機(jī)市場上的主要機(jī)種，市場占有率很高，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、壽命長、維修方便等特點(diǎn)。在空壓機(jī)系統(tǒng)中引入變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)恒壓供氣，可以有效地提高空壓機(jī)的供氣質(zhì)量、減少電能消耗及延長部件和整機(jī)的使用壽命。交流同步電機(jī)效率比異步電機(jī)高，可以更進(jìn)一步的降低能耗。
關(guān)鍵詞：變頻器 GD300 螺桿式空壓機(jī) 恒壓供氣 同步電機(jī)
一、 螺桿式空壓機(jī)及其傳統(tǒng)的控制方式介紹
螺桿式空壓機(jī)取代易損件多、可靠性差的活塞式空壓機(jī)，已經(jīng)成為必然趨勢。目前西方發(fā)達(dá)國家螺桿空壓機(jī)市場占有率為80%，并持續(xù)保持上升勢。
空壓機(jī)系統(tǒng)傳統(tǒng)的控制方式一般由電機(jī)運(yùn)行控制和加卸載供氣控制方式組成。電機(jī)運(yùn)行控制依靠接觸器和斷開和吸合來實(shí)現(xiàn)。加、卸載供氣控制方式為進(jìn)氣閥開關(guān)控制方式，即壓力達(dá)到上限時(shí)關(guān)閥，壓縮機(jī)空載運(yùn)行；壓力抵達(dá)下限時(shí)開閥，壓縮機(jī)加載運(yùn)行。空氣壓縮機(jī)的排氣量和壓力，在運(yùn)轉(zhuǎn)中是不斷變化的，常因工況變化導(dǎo)致用氣量變化，所以空氣壓縮機(jī)工作時(shí)總是在重復(fù)滿載－卸荷工作方式。滿載時(shí)的工作電流接近電動(dòng)機(jī)的額定電流，卸荷時(shí)的空轉(zhuǎn)電流約為30-50％電動(dòng)機(jī)額定電流。
這樣的工作方式必然產(chǎn)生出諸多弊端，如：
1，起動(dòng)電流很大，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的產(chǎn)生巨大的沖擊；
2，電動(dòng)機(jī)及壓縮機(jī)經(jīng)常的啟停，對(duì)于機(jī)械部件和氣路及元器件沖擊很大，增加空壓機(jī)和供氣系統(tǒng)的維護(hù)工作和成本，同時(shí)影響系統(tǒng)的使用壽命；
3，經(jīng)常卸載和加載的方法來調(diào)節(jié).這樣使整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,不能保持恒定的供氣壓力，在一定程度上間接的影響了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量；
4，卸載時(shí)電機(jī)在工頻下空載運(yùn)行，加載時(shí)因?yàn)閴毫ι舷拗档脑颍姍C(jī)要在超出系統(tǒng)壓力的水平的負(fù)載水平上運(yùn)行，因此這兩個(gè)工作狀態(tài)都會(huì)對(duì)產(chǎn)生能源的浪費(fèi)，而當(dāng)供氣需求變化較大時(shí)，產(chǎn)生的浪費(fèi)尤為明顯。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，空壓機(jī)負(fù)載率平均僅為60%。
二、 變頻調(diào)速和恒壓供氣
針對(duì)傳統(tǒng)供氣控制方式存在的諸多問題，原來越多的空壓機(jī)廠商開始應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制。
采用恒壓供氣方案時(shí)，一般以管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給空壓機(jī)控制器，控制器將采集來的壓力與壓力設(shè)定值作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)送至變頻器，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力始終接近設(shè)定壓力。這樣的工作模式可以顯著地提高壓縮空氣質(zhì)量和電能的利用率。同時(shí)，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了電機(jī)的頻繁啟停給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊，同時(shí)減小沖擊電流對(duì)電網(wǎng)的影響。
廣州某空壓機(jī)廠商一直以來致力于提供高可靠性低能耗的空壓機(jī)產(chǎn)品，長期以來，其恒壓供氣產(chǎn)品均使用交流異步電機(jī)，隨著對(duì)節(jié)能更加重視，嘗試采用效率更加高的永磁同步電機(jī)為壓縮機(jī)提供動(dòng)力。永磁同步電機(jī)的滿載效率可以達(dá)到94%，而普通異步電機(jī)效率一般為88%。
和異步電機(jī)相比，同步電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)一直是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的課題，英威騰電氣股份有限公司推出的Goodrive300(以下簡稱為GD300)系列變頻器能具備驅(qū)動(dòng)多種電機(jī)的能力，包括異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)。支持V/F控制、無PG開環(huán)矢量控制控制模式；具備自動(dòng)電壓調(diào)整、轉(zhuǎn)速追蹤啟動(dòng)、自動(dòng)限流故障保護(hù)（包括缺相、過/欠壓、過流、過載等保護(hù)功能）等功能；提供標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口支持MODBUS-RTU的通信協(xié)議。GD300變頻器能很好的支持客戶采用同步機(jī)實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的方案。
三、 變頻系統(tǒng)的組成及調(diào)試
客戶采用定制的空壓機(jī)系統(tǒng)控制器作為對(duì)整個(gè)空壓機(jī)系統(tǒng)的控制中樞，GD300變頻器采用端子控制、模擬量給定頻率的控制方式；對(duì)同步電機(jī)采用無PG矢量控制模式；故障信號(hào)通過繼電器輸出送至系統(tǒng)控制器；系統(tǒng)控制器采用RS485總線通過MODBUS-RTU方式讀取變頻器的狀態(tài)值（輸出頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出功率及故障代碼等）。
客戶選用的型號(hào)具體為GD300-022G-4，其技術(shù)參數(shù)如下表：
針對(duì)客戶的控制系統(tǒng)的要求，對(duì)GD300變頻器部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，下表中列出部分關(guān)鍵參數(shù)：
變頻器主回路及控制回路接線圖如下圖：
調(diào)試步驟：
1，電機(jī)自學(xué)習(xí)，按照電機(jī)銘牌輸入電機(jī)參數(shù)；電機(jī)和壓縮機(jī)安裝在一起，無法脫開負(fù)載，因此選擇靜止自學(xué)習(xí)；自學(xué)習(xí)結(jié)束后，檢查學(xué)習(xí)出來的參數(shù)，和銘牌比較偏差不大。
2，鍵盤控制運(yùn)行，通過鍵盤設(shè)定頻率，啟動(dòng)電機(jī)，能正常啟動(dòng)，工作狀態(tài)正常，停止電機(jī)，狀態(tài)正常。
3，修改端子控制方式，接入系統(tǒng)，按控制系統(tǒng)指令自動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
四、 效果分析
經(jīng)過客戶測試，本設(shè)備予以肯定，對(duì)GD300驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)的能力表示滿意。
客戶繪制的測試效果如下圖所示：
五、 結(jié)束語
目前空壓機(jī)控制系統(tǒng)以恒壓供氣方式為主要控制方式，在進(jìn)一步追求節(jié)能效果的要求下，同步電機(jī)在空壓機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用會(huì)逐漸的發(fā)展起來，英威騰GD300變頻器強(qiáng)大完善的拖動(dòng)能力為同步電機(jī)在空壓機(jī)上的廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
1，《英威騰產(chǎn)品說明書 Goodrive300變頻器》，V1.1。
關(guān)于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的電氣傳動(dòng)、工業(yè)控制、新能源領(lǐng)域產(chǎn)品與服務(wù)供應(yīng)商，2010年在深交所A股上市。英威騰是國家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，總部員工1100多人，國內(nèi)、外辦事處30余個(gè)，控股子公司9家，業(yè)務(wù)涉及電氣傳動(dòng)、工業(yè)自動(dòng)化、新能源、軌道交通牽引、礦用防爆、能源管理、樓宇智能等領(lǐng)域。在基礎(chǔ)業(yè)務(wù)變頻器領(lǐng)域，英威騰占據(jù)國內(nèi)領(lǐng)先地位，擁有覆蓋高、中、低壓通用及各行業(yè)專用豐富的產(chǎn)品系列，產(chǎn)品在市政、塑膠、油田、化工、冶金、紡織、機(jī)床、礦山等行業(yè)廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品銷售遍布全球60多個(gè)國家和地區(qū)。
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