某大型金屬制品廠有上海英格索蘭公司生產的單級壓縮螺桿式空氣壓縮機（以下簡稱空壓機）4 臺，因產品轉型，用氣量減少，經過現場觀察和測試，認為存在比較大的節能空間，遂進行節能改造。該空壓機工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子 ( 或稱螺桿 ) 在氣缸內轉動 , 使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化 , 空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側 , 實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端 , 陰轉子的槽與陽轉子嚙被主電機驅動而旋轉。

        原空壓機的主電機功率為 75kW 兩臺，90kW兩臺，星 - 三角減壓起動后全壓運行，為典型的空載啟動，全速運行。原系統工況存在如下的幾個典型問題 :

1、主電機時常空載或輕載滿速運行 , 屬非經濟運行 , 電能浪費嚴重。

2、主電機雖然星 - 角減壓起動，但起動時的電流仍然很大 , 會影響電網的穩定及同供電支線上它用電設備的運行安全。

3、主電機 工頻運 行時，空壓機噪音大。

二、變頻改造要求

        根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求 , 空壓機變頻改造后系統應滿足以下要求 :

1、變頻調速改造后應保持儲氣罐出口壓力穩定 , 壓力波動范圍不能超過± 0.02Mpa 。

2、系統應具有變頻和工頻兩套控制回路，以保證變頻回路故障時能迅速切換到工頻。

3、系統具有開環和閉環兩套控制回路，壓力閉環 PID 調節由變頻器自身完成。

4、一臺變頻器能夠控制兩臺空壓機組 , 可用轉換開關切換。

5、根據空壓機的工況要求 , 系統應保障電動機具有恒轉矩運行特性。

6、現場的改造要滿足 EMC 要求，不能造成自身干擾或干擾其他設備。

7、改造后電機繞組溫度和電機的噪音不超過電機允許的范圍。

三、變頻器的選型

        根據上述原則，廠家經過多方調研、比較 , Zui后選擇 MV300G 系列通用型變頻器 , 使該系統能夠滿足上述工況要求。

1、MV300G 為電流矢量型變頻器，低頻力矩大，過載能力強，在 10Hz 以上 1.5 倍的額定負載可工作 2min 以上。

2、MV300G 75kW 以上標配直流電抗器，可有效降低輸入側諧波，減少干擾。

3、MV300G 可接受的輸入電壓范圍波動大，從交流 324 － 520V 都可以正常工作

4、客戶考察了變頻器的主要關鍵器件，如整流橋，逆變模塊，電容，主芯片等，全部采用世界zhiming品牌，是產品可靠性的基本保證。

5、考慮到以后整個工廠自動化的升級，要求變頻器能夠內置 PROFIBUS-DP 總線和 CANOPEN 總線。

6、出于維護和售后的考慮，客戶要求變頻器內購內置 90kW 和 75kW 兩套電機參數

        為此，客戶選擇了 MV300G-4T90 的變頻器兩臺。

四、改造方案原理

變頻器接線示意圖

        由變頻器、壓力變送器、調節儀、電機、螺旋轉子組成壓力閉環控制系統自動調節電機轉速 , 使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定范圍內 , 進行恒壓控制。系統構成如下圖所示。

        反饋壓力與設定壓力進行比較運算，實時控制變頻器的輸出頻率,從而調節電機轉速,使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定壓力上。

        圖中QF1、QF2是空氣開關,起隔離作用,同時QF2也是變頻柜的電源開關;KM1、KM3、和KM2、KM4是兩對機械聯鎖接觸器,起隔離作用。變頻時,KM1、KM2同時吸合,KM3、KM4同時斷開;工頻時KM3、KM4同時吸合,KM1、KM2同時斷開。變頻運行程序:將QF1、QF2合上,由控制回路將KM3、KM4斷開,KM1、KM2吸合,然后起動系統變頻運行;工頻運行程序:將QF1、QF2斷開,由控制回路將KM3、KM4吸合,KM1、KM2斷開,恢復原來工頻運行方式。輸入電抗器的作用是抑制變頻器對其它控制電氣設備的干擾,輸出電抗器的作用是改善變頻器輸出波形,減少電機變頻運行時的噪聲,減小電機變頻運行時發熱。其中1M為原工頻主回路接觸器,2M為原工頻主回路及風機回路接觸器,1S為原工頻回路接觸器(1M、2M、1S三者構成原工頻星角起動主回路),KM5、KM6分別為1#和2#機組隔離接觸器。

五、系統調試

        調試工作分成兩部分:

1、變頻器驅動電機調試，保證變頻器驅動電機能正常加速，減速，恒速運行，變頻器電流穩定無震蕩，電機工作正常。此時需要觀測空壓機的壓力上升是否穩定,壓力變送器顯示是否正常,設備停機是否正常等。

        變頻器參數設定：

        在完成變頻器驅動電機調整后,進行系統聯動調試。調試的主要步驟:2、系統聯動調試。

① 將變頻器接入系統。

② 進行工頻旁路的運行。

③ 進行變頻回路的運行,其中包括開環與閉環控制兩部分調試:

        主要依據變頻器頻率上升與下降的速度和空壓機壓力的升降相匹配,不要產生壓力振蕩,還要注意觀察機械共振點,將共振點附近的頻率跳過去，以及停機狀況下看能否順利切換到工頻狀態，這個主要是驗證系統的接線情況。

六、空壓機變頻改造后的效益

1、節約能源

        變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較,能源節約是Zui有實際意義的,根據空氣量需求來供給的壓縮機工況是Zui經濟的運行狀。下表是主機為75kw的空壓機改造前后電機的測試參數表:

2、運行成本降低從上表可證實,節電效果十分明顯。如果空壓機每年按300天工作日計算,則每年可節約電能19.58萬度。

        傳統壓縮機的運行成本由三項組成:初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過能源成本降低41.9%,再加上變頻起動后對設備的沖擊減少,維護和維修量也跟隨降低,所以運行成本將大大降低。

3、提高壓力控制精度

        變頻控制系統具有jingque的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高,所以它可以使管網的系統壓力變化保持在3pisg變化范圍,也就是0.2bar范圍內,有效地提高了工況的質量。

4、延長壓縮機的使用壽命

        變頻器從0Hz起動壓縮機,它的起動加速時間可以調整,從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊,增強系統的可靠性,使壓縮機的使用壽命延長。此外,變頻控制能夠減少機組起動時電流波動,這一波動電流會影響電網和其它設備的用電,變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到Zui低程度。

5、降低了空壓機的噪音