寶米勒空壓機專用驅動器的應用
bmller 2021-04-02
一、概述：
常見大中型空壓機為螺桿式或活塞式壓縮機。工作時由一臺電動機帶動螺桿或活塞向氣罐充氣，當氣罐壓力升至設定的最高
壓力時離合片動作，電機自動卸載，電機空轉，螺桿或活塞停止壓縮空氣。
二、改造前的設備狀況
傳統(tǒng)空壓機的工作圖
傳統(tǒng)空壓機的問題：
1、電能浪費嚴重
傳統(tǒng)的加卸載式空壓機，能量主要浪費在：
（1）加載時的電能消耗
在壓力達到所需工作壓力后，傳統(tǒng)控制方式決定其壓力會繼續(xù)上升直到卸載壓力。在加壓過程中，一定會產生更多的熱量和噪音，
從而導致電能損失。另一方面，高壓氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經過減壓閥減壓，這一過程同樣耗能。
（ 2）卸載時電能的消耗
當達到卸載壓力時，空壓機自動打開卸載閥，使電機空轉，造成嚴重的能量浪費?？諌簷C卸載時的功耗約占滿載時的30%～50%，可
見傳統(tǒng)空壓機有明顯的節(jié)能空間。
2、工頻啟動沖擊電流大
主電機雖然采用Y-△減壓起動，但起動電流仍然很大，對電網沖擊大，易造成電網不穩(wěn)以及威脅其它用電設備的運行安全。對于自發(fā)電工廠，數倍的額定電流沖擊，可能導致其他設備異常。
3、壓力不穩(wěn)，自動化程度底低
傳統(tǒng)空壓機自動化程度低，輸出壓力的調節(jié)是靠對加卸載閥、調節(jié)閥的控制來實現的，調節(jié)速度慢，波動大，精度低，輸出壓力不穩(wěn)定。
4、設備維護量大
空壓機工頻啟動電流大，高達5~8倍額定電流，工作方式決定了加卸載閥必然反復動作，部件易老化，工頻高速運行，軸承磨損大，設備維護量大。
5、噪音大
三、變頻改造的優(yōu)勢
1、節(jié)能
節(jié)能原理：變頻調速系統(tǒng)以輸出壓力作為控制對象，由變頻器，壓力傳感器、電機組成閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng)，工作壓力值可由操作面板直接設置，現場壓力由傳感器來檢測，轉換成4~20mA電流信號后反饋到變頻器，變頻器通過內置PID進行比較計算，從而調節(jié)其輸出頻率，達到空壓機恒壓供氣和節(jié)能的目的，變頻節(jié)能表現在：
（1）、變頻器通過調整電機的轉速來調整氣體流量，使電機的輸出功率與流量需求成正比，保持電機高效率工作，功率因數高，無功損耗小，節(jié)電效果明顯；
（2）、按嚴格的EMS標準設計，高速低耗的IGBT以及采用了高效的失量控制算法，使得變頻器諧波失真和電機的電能損耗最小化；
（3）、自動快速休眠使得空載時間變短，電機完全停止，最大程度節(jié)能。無沖擊啟動及低頻大轉矩特性保證變頻器隨時帶載起停。
節(jié)能空間：
灰色：變頻空壓機功耗曲線
綠色：節(jié)能部分A，變頻空壓機比普通空壓機節(jié)省的能量
淺藍色：節(jié)能部分B，變頻空壓機可能節(jié)省的能量。B為當變頻空壓機已進入空久停機休眠階段，而普通空壓機沒有進入休眠時，變頻空壓機節(jié)省的能量。如果變頻空壓機也沒有進入休眠，則B=0。
剛啟動或休眠后啟動時，普通空壓機和變頻空壓機均運行在額定功率附近。因此變頻空壓機可以保證充氣的快速性。
2、啟動電流小，對電網無沖擊
變頻器可使電機起動、加載時的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機實現軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設備的使用壽命
3、輸出壓力穩(wěn)定
采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實時監(jiān)測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產效率和產品質量；
4、設備維護量小
空壓機變頻啟動電流小，小于2倍額定電流，加卸載閥無須反復動作，變頻空壓機根據用氣量自動調節(jié)電機轉速，運行頻率低，轉速慢，軸承磨損小，設備使用壽命延長，維護工作量變小。
5、噪音低
變頻根據用氣需要提供能量，沒有太多的能量損耗，電機運轉頻率低，機械轉動噪音因此變小，由于變頻以調節(jié)電機轉速的方式，不用反復加載、卸載，頻繁加卸載的噪音也沒有了，持續(xù)加壓，氣壓不穩(wěn)產生的噪音也消了。 總之，采用變頻恒壓控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約一筆數目可觀的電力費用，延長壓縮機的使用壽命，還可實現恒壓供氣的目的，提高生產效率和產品質量。
四、寶米勒MC200K變頻器的特點
針對空壓機的特殊控制需求：一體化的專用變頻器 + 用戶可選的操作界面，對比一般采用標準變頻器+專用控制器的方式。有更多優(yōu)點：
變頻器與空壓機的運行特性緊密的結合，這是普通專用控制器無法做到的，不能專門針對空壓機工況：滿壓啟動、高環(huán)境溫度設計、電壓
波動能力等方面進行設計。未來向高端發(fā)展，如：網絡化控制，遠程智能管理上，普通控制器也很難做到。
為了將變頻器更好地融入到空壓機控制系統(tǒng)當中，采用一體化的結構設計，更緊密貼近空壓機行業(yè)需求，實現了更加優(yōu)異的控制性能：
1、內置的控制器完成空壓機的所有控制功能。
控制器與變頻器完美地結合成了一個有機整體，用戶再不用配備額外的控制器，同時也大大簡化了用戶的安裝接線和保養(yǎng)維護操作。
2、與變頻器快速的交換數據，較傳統(tǒng)方式快5-10倍。
變頻器能根據壓力傳感器反饋的壓力信號，經過處理后直接調整電機的輸出頻率，而不需要像傳統(tǒng)方式那樣，通過控制器處理后給出一個
模擬量作為變頻器頻率給定。這就大大降低了模擬量波動所帶來的精度不穩(wěn)，同時通過485通訊，數據能以更快速更準確的方式進行交換。
3、更有效的壓力控制精度和響應時間
變頻器的頻率給定可以精確到0.01Hz，開環(huán)矢量控制穩(wěn)速精度可±0.2%，甚至可以一轉一轉地控制電機轉速，并且能自動補償高負載時馬達的轉速變動。這就大大提高了系統(tǒng)的壓力控制精度，快速精確地響應實際壓力的變化
五、變頻改造方案設
根據對客戶現場了解，我們選用內置式一體化解決方案，選配合適的MC200G2500T4K 1臺，并配置相應的交流接觸器、壓力傳感器等器件，使空壓機實現變頻控制。并保留原有的工頻控制方式，如變頻出現故障時可以采用工變頻切換方式。
控制原理圖
六、節(jié)能率估算：
1、耗能分析：螺桿壓縮機的運行原理決定了壓縮機的能耗，當壓縮機的產氣量大于用氣量時壓縮機會卸載，當設備用氣量大于產氣量時壓縮機會加載，這樣不停加卸載造成管網壓力很不穩(wěn)定，電流波動也比較大
2、節(jié)能空間分析:
1)、壓縮機卸載時壓縮機做的全部是無用功
2)、當壓縮機加載時上升的壓力也是不必要的，因為加載壓力設定就是你的最低需求壓力
3)、一般的空氣壓縮機壓縮空氣的能耗就是這兩部分
4）、這兩部分的能耗都有計算方法。
3、能耗計算方法：
1）、卸載能耗約占壓縮機功率的52% （可以測電流得到精確數據）220A/ 420A= 52% （壓縮機功率滿載約250KW) ，卸載功率=250×52% = 130KW ，加載功率在250KW.
2）、KP 壓力上升1KG，能耗約占整個系統(tǒng)的7%
3）、壓力設定在5.7-7.0之間，把空壓機的進氣門一直打開，空壓機理論上是出于一直加載狀態(tài)
4）、統(tǒng)計今年自10月21日9時至10月30日22時期間共230小時的運行記錄，5號機的平均加載率是：57.7%。，平均卸載率42.3%，空壓機月平均運行時間700小時。
5）、一月節(jié)約計算：月卸載時做無用功=卸載功率×卸載率×運行時間=130kw*42.3%*700=38493度
月加載時升高1公斤壓力耗電量=加載功率×加載率×運行時間×KP=250*57.7%*700*7%=7068.2度=45561度
月總節(jié)電量=月卸載時做無用功+月加載時升高1公斤壓力耗電量=38493+7068.2=45561度
但是壓縮機改造變頻后不能完全的消除卸載，因為螺桿壓縮機在變頻到25HZ后再不能再降低轉速，降低后效率急速下降，所以卸載的20%能耗不能節(jié)約，這樣每月總節(jié)約為：45561*80%=36449度電用電記錄：5號每耗電量為158760度，節(jié)電率=36449/158760=23%.
