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空压机变频改造节能改造全套分析方案

时间:2018-11-29 09:22  来源:空压机配件  作者:Denair   点击:


  改革开放以来,中国国民经济发展迅速,但能源产业的发展远远不能满足需求,能源差距的状态在相当长的一段时间内不会发生变化。因此,该国主要关注能源政策,同时重视发展和保护。特别是,为了节省宝贵的二次能源 - 电能,中国最大的电能用户是电动机,约占50%。而且通常在设计中,用户的设计能力远远高于实际需求,因此很容易形成人们称之为“大马车”的现象,造成大量的电能浪费。另外,由于半导体功率电子元件的普及和应用,各种变频变频装置的整流部分产生的谐波电流在注入电网后对电气设备产生干扰影响,平均功率因数低,导致更大的电能浪费。频率控制技术的出现给AC速度控制模式带来了一场革命。

  随着变频技术的不断完善和发展,近十年来。变频调速性能越来越完善,已被不同学科,不同行业的工程技术人员广泛应用于不同领域的交流调速。它为企业带来了可观的经济效益,促进了工业生产的自动化进程。
 
  变频调速用于交流异步电机调速,其性能远远超过以往的交直流调速模式。本实用新型结构简单,调速范围宽,调速精度高,安装调试方便,保护功能完善,运行稳定可靠,节能效果显着,已成为交流电机调速的最新趋势。
 
  空气压缩机广泛用于工业生产。在各种工业中,它负责为工厂的所有气动部件提供空气供应,包括各种气动阀。因此,其运作直接影响工厂的生产过程。有许多类型的空气压缩机,但几乎所有的空气供应控制方法都使用加法和卸载控制方法。尽管气体供应方法原理简单且操作方便,但存在诸如高功率消耗,容易损坏进气阀和不稳定的气体供应压力的问题。功耗大,进气阀容易损坏,供气压力不稳定等问题。随着中国经济的快速发展,国家越来越重视高效低耗技术,这项技术引起了人们的关注。变频调速技术在空压机供气领域的应用,在提高空气压缩机性能,提高供气质量的同时节约能源,已成为我们关注的课题。
 
  根据测试,我们发现节能空间大,空气压缩机的空气供应长时间为0.7MPa,一般压力约为0.6MPa以满足要求。
 
  一、 行业分析
 
  根据中国空气压缩机网络调查:

  全国有180亿元/年的空压机市场,400多万台空气压缩机正在运转,100多万台空气压缩机功率超过22KW,22kw以下的中小型空气压缩机是活塞型主。每年增加数十万个新单位。
 
  空压机一般根据工厂的最大负载加上10-20%的余量设计。此外,工厂的实际需求有季节性和时间的波动,这也导致燃气消耗量大幅波动。因此,空气压缩机在大多数时间内没有满载。有很多节能空间。
 
  空气压缩机约占所有工业电气设备的9%,节约能源并降低利润。
 
  国家提供专项资金支持节能降耗,进一步推动空压机等行业的升级换代。变频空气压缩机也越来越被用户所接受。变频空气压缩机已成为未来的主流发展方向。
 
  二、传统空压机的问题

  传统空压机工作图:
 空压机变频改造节能改造全套分析方案
 
  1、 权力浪费严重
 
   1)加载期间的功耗
 
  压力达到要求的工作压力后,传统的控制方法确定其压力将继续上升直至卸载压力。在加压过程中,产生更多的热量和噪音,导致电能损失。另一方面,在高压气体进入气动部件之前,其压力需要通过减压阀减压,这也是耗能的。
 
  2)卸载时的功耗
 
  当达到卸载压力时,空压机自动打开卸荷阀,导致电机空转,造成严重的能源浪费。当空压机卸载时,满负荷时的功耗约为30%至50%。可以看出,传统的空气压缩机具有明显的能量消耗。
 
  2、电流开始很大
  
  虽然主电机采用Y-△减压启动,但启动电流仍然很大,对电网影响很大,可能导致电网不稳定,威胁到其他电气设备的运行安全。对于自发电设备,额定电流浪涌的几倍可能会导致其他设备出现异常。
 
  3.压力不稳定
 
  通过控制装卸阀和调节阀实现传统空压机输出压力的调节。调节速度慢,波动大,精度低,输出压力不稳定。
 
  4,噪音很大
 
  连续工频高速运转,附加压力超过所需工作压力,反复装卸,直接导致工频运行中的高噪声。
 
  5,设备损耗严重
 
  传统的空压机起动频率大,装卸频繁,直接导致电机,调节阀和轴承的磨损,老化和使用寿命。
 
  三、变频空气压缩机的优点
 
  传统空压机工作图:
 
空压机变频改造节能改造全套分析方案
 
  1,节能
 
  1)变频器通过调节电机的速度来调节气体流量,使电机的输出功率与流量需求成正比,保持电机的高效率,高功率因数,低无功功率损耗,节电效果明显。
 
  2)自动快速睡眠使死区时间缩短,电机完全停止,最大限度地节省能源。无冲击启动,低频和大扭矩特性确保逆变器随时启动和停止。
 
  2,启动电流很小,对电网没有影响
 
  变频器可以使电机启动并平稳加载电流,不受任何影响;它可以使电机软停,避免反向电流造成的危害,有助于延长设备的使用寿命。
 
  3,输出压力稳定
 
  使用变频控制系统后,可实时监测供气管路中的气体压力,使供气管路中的气体压力保持恒定,生产效率和产品质量均为改进。
 
  4,低噪音
 
  变频器根据燃气需求需要能量,能量损失不大,电机运行频率低,机械转向噪声小。由于变频调节电机速度,不需要反复装卸,频繁装卸的噪音消失了。由不稳定的气压引起的连续压力和噪音也消失了。
 
  5,设备损耗小 ,使用寿命更长
 
  空气压缩机具有小的启动电流,并且不需要重复装载和卸载阀。变频空气压缩机根据气体消耗量自动调节电机速度。运行频率低,速度慢,轴承磨损小,设备使用寿命延长,维护工作量减少。
 
  6.节能空间说明:
 
  灰色:变频空压机功率曲线
 
  绿色:节能部分A,变频空气压缩机比普通空压机节省的能源
 
  浅蓝色:节能部分B,可由变频空气压缩机节省的能量。 B是变频空气压缩机进入空转睡眠阶段时由变频空气压缩机节省的能量,普通空气压缩机不进入睡眠状态。如果变频空气压缩机没有进入休眠状态,则B=0。
 
  在休眠状态下启动或启动时,正常空气压缩机和变频空气压缩机均在额定功率附近运行。因此,变频空气压缩机可以确保充气的快速性。

空压机变频改造节能改造全套分析方案
 
  四、变频联动控制指令
 
  变频空气压缩机和工频空气压缩机是连接和控制的,并应用于变频带式机器和工频空气压缩机以形成供气网络,并且向同一个气罐供应气体。变频空气压缩机用作控制网络中空压力机运行的主机。在网络中,控制两台空气压缩机运行,变频器设置为主机,工频空气压缩机设置为从机,主机设置为控制负载压力。 ,卸载压力,连接单元数,在线控制延迟时间,以及主机的变频工作压力。主机启动后,会自动进入联动控制模式。将供气压力与设定的在线控制压力进行比较,调整主机运行频率或选择网络空心压力机发送控制指令,控制网络空心压力机的启停,自动稳定供气压力,平衡运行网络中每个从站的时间。在联动运行时间为8小时后,空气压缩机作为变频主机交替旋转。变频空压机与工频空压机联动运行,可避免网络空心压力机频繁启停,损坏设备,减少对电网的影响,达到节能效果。

  五、变频空压机的工作原理
 
  根据用户的要求,首先设定压力值,然后接通电源,压力传感器监测管网压力,并成为逆变器的电信号反馈。在分析和处理反馈值和设定值之后,逆变器控制空气。印刷机的操作最终达到反馈值和设定值的相同值。当燃气消耗增加时,系统压力降低,反馈值小于设定值,逆变器输出电压和频率增加,空气压缩机转速增加,空气输出增加;当气体消耗减少时,空气压缩机速度降低,减少流出量使得管网压力保持设定压力值。当多台空气压缩机并联运行时,空气压缩机的加减自动完成,实现空压机的自动恒压运行。
 
  六、空压机的节能转型后的好处
 
  1.节省能源
 
  HLPSK系列变频控制压缩机与传统控制压缩机相比,节能是最实用的。基于风量要求的压缩机运行条件是经济的。 2.降低运营成本传统压缩机的运行成本包括三个项目:初始采购成本,维护成本和能源成本。能源成本约占压缩机运行成本的77%。通过降低44.3%的能源成本,加上节电启动后对设备的影响减少,维护和维修量也将减少,因此运营成本将大大降低。 3.提高压力控制精度HLPSK系列变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的气压输出与用户空气系统所需的空气量相匹配。 HLPSK031543B电机环保电源控制压缩机输出气量随电机转速的变化而变化。由于HLPSK031543B变频器的精度提高,可以控制电机的速度,可以使管网的系统压力变化保持在3 psig范围内,即0.2 bar,有效地提高了工作质量。 4.延长压缩机的使用寿命可以调节电机的启动加速时间,以减少启动时对压缩机电气和机械部件的影响,提高系统的可靠性,延长压缩机的使用寿命。此外,HLPSK系列变频器可以减少设备启动时的电流波动。这种波动电流将影响电网和其他设备的功耗。 HLPSK系列变频器可以有效地将起动电流的峰值降至最低。 5.降低空压机的噪音根据压缩机的工作条件,HLPSK系列电机环保节电改造后,电机运行速度明显减慢,有效降低了噪音。空压机的运行。现场测量表明,与原始系统相比,噪声降低了大约3到7分贝。
 
  七、空压机变频改造方案设计
 
  详细的转换计划       

  1)电源转换模式   压力传感器用于将排气压力转换为4~20mA电流信号,并反馈回变频器端子进行恒压闭环控制。在变频器的输入电源侧安装交流接触器KM7,确保在按下紧急停止按钮后立即切断变频器电源,以保护空气压缩机和人身安全。
 
  由于空压机采用变频控制,系统可根据用户设定的压力和压力反馈自动调节电机转速,实现恒压控制。因此,当用户的空气消耗量较小时,空压机主电机可能会长期低速负载,不利于电机自冷却风扇的散热,导致电机温度过高甚至升高烧坏电机线圈。   

  有四种对策可以解决这个问题,可根据情况选择:

  1.合理设置HLP-SK空压机专用变频器的电机过载保护时间,变频器将根据情况保护电机对电动机电流累积的影响。

  2.设置电机传感器保护阈值并使用电机温度传感器保护电机。

  3.设置短空压机停止(休眠)时间和短暂启动时间。进入睡眠状态后,电机停止运转。    

  4.将主电机冷却风扇安装在空压机中,通过交流接触器KM6进行控制,确保空压机电机正常运行。    

  2)变频控制模式   纯变频控制模式是对传统工频控制模式的完全改进。由于取消了Y-△切换和工业变频,用户甚至不需要安装交流接触器,只需将电机直接连接到变频器的输出端即可实现变频改造。空压机主电机绕组采用△连接方式,压力反馈采用4~20mA压力传感器,建议用户将两个冗余交流接触器转换为变频器急停控制和风扇冷却风扇控制,以提高气压。机器系统的安全性和可靠性。   
 
  许多空压机用户已经适应了传统的工频控制模式,对纯变频控制方法存在一些疑问。因此,当改造空压机变频器时,希望保留传统的工频控制模式,以确保当变频器控制失效时,空压机仍然可以切换到工频模式继续运行。事实上,随着工业控制领域的不断发展,逆变器控制技术日趋完善,逆变器的稳定性和可靠性也达到了很高的要求。变频器已广泛应用于机械,纺织,风机,水泵等各种场合,实现了相当稳定的控制效果。因此,逆变器也可以完美地适应空气压缩机的控制需求。每台Hailip HLP-SK系列变频器在出厂前都经过严格测试,以确保产品的质量和可靠性。
 
  八、变频改造投资效益分析
 
  1,设备清单
 
  所需修改设备清单:1个HLPSK004543B逆变器,1个PLC,1个触摸屏,2个塑料外壳开关,4个交流接触器,1个压力传感器,1个电线,1个控制柜
 
  具体修改成本根据用户的空压机功率水平和每个附件的实际售价确定。如果用户的空压机主电机功率为45kW,估计为600元/kW,则用户要求的改造成本为45 * 600=27000(元)。
 
  2.直接经济效益
 
  空气压缩机采用传统工频控制方式,当压力低于设定压力时负载运行,当压力高于设定压力时无负载运行。但无论是装载还是卸载,电机始终保持高速运转,空载损耗非常大。
 
  1)工频控制下的空载损耗
 
  众所周知,空压机的总运行时间为5215小时X,装载运行时间为1678小时Y,
 
  然后空压机空载率=(X-Y)/X=(5215-1678)/5215 =0.678
 
  假设电源电压为Ue,取380V;空载电流为I0;功率因数为COSφ,为0.8;每年空压机的总运行时间为小时,每年的空载损耗为W:
 
  W=√3×Ue×I0×COSφ×年总运行时间×空载比=(1.732×380×60×0.8)/1000×4992×0.678=106924度
  
  工业用电费1元/千瓦时,则每年的空载损耗费用为:
 
  F=W×1元/度=89103×1=106924元
 
  2)变频控制下的节能分析
 
  采用变频器控制方式。空载压缩机卸载时,主电机降至20Hz。
 
  电机20Hz空载运行和50Hz空载运行的电流基本相同,定子绕组的相电压与工作频率成正比,即U=Ue×(f set/f work)=152V。
 
  电机功耗P=√3×U×I0×COSφ,因此,我们可以估算电机功率与工作频率成正比,电机空载损耗也与工作频率成正比。使用变频器控制方式时,每年的空载损耗W1
 
  W1=W×(f set/f work)=106924×(20/50)=42769
 
  变频控制模式下年空载损耗成本F1
 
  F1=W1×1元/度=42769×1=42769元
  
  通过上述计算,当空压机从工频控制变为变频控制时,只有空载损耗才能节省成本F-F1=53462元/年。当空压机采用变频控制方式时,系统可根据用户设定工作压力和当前压力反馈信号自动进行闭环调节,实现恒压控制。这样,当用户的燃气消耗减少时,空气压缩机自动降低输出功率,而不必像传统的控制模式那样加载满负荷,从而大大降低了空气压缩机的能源成本,提高了供气质量。

  综上所述,空压机从工频控制模式转换到变频控制模式后,空压机的功率损耗大大降低,直接经济效益十分客观。对于大多数用户来说,在空压机变频节能改造后一年内,投资成本可以完全恢复,达到良好的节能效果。
 
  2、 间接经济效益
 
  3、 通过节能改造,既节约能源,又在以下几个方面带来更大的效益:
 
  1)由于总功耗下降很多,整个电力系统的温升大大降低,设备故障率线性下降,设备和开关触点的使用寿命增加一倍,维护成本和设备续期费用相应减少;/P>
 
  2)采取有效的节电措施后,不仅节约了能源,而且降低了变压器的容量,保证了用户变压器的安全运行,为新的电力设备提供了空间;
 
  3)设备具有软启动功能,启动时的瞬时电流控制为额定电流的1~1.5倍,大大降低了对电力系统的影响。


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