空压机变频技术改造书

文档编码:CZ3Z4U8Y10F7——HN4N9K10U1G8——ZS3D2E6Z3V7利尔化学股份有限公司

空压机节能改造项目方

案

设

计

书制作人：廖家平 电话：2022年8月8日需方：利尔化学股份有限公司

供方：

供、需双方经友好协商就绪需方空压站的空压机技术要求达成如下协议,本协议生效后即作为空压机设计、制造、交货及验收的依据并作为合同附件；一、概况：需方复盛空气压缩机1台,额定功率分别为220KW一台；额定工作压力≤；品牌型号额定功数工作压力率量复盛SA220220KW1空压机电气把握柜*1套

ER

▲把握设备：220KW电机,电源380V,额定电流457A；▲把握方式：工频/变频把握方式.▲变频器面板设置,显示电流、电压,运行、故障、报警指示 ;▲电柜设置原工频把握及变频把握切换选择；

▲节能改造前后机器操作保持不变 ;元件明细序产品名称型号规格单数品牌号位量1机柜2022*800*800户台1非标订制内式静电喷塑2中间继电器RXM2LB2P71只施耐德3中间继电器RXZE1M2C1只施耐德插座4指示灯（绿）XB2BVM3LC1只施耐德5指示灯（黄）XB2BVM4LC1只施耐德6转换开关XB2BD25C1只施耐德7变频器PT200-250G/280P-31台施耐德LC1-D620M7C8沟通接触器2个9导电铜条40*52米优质01风扇200FZY4-D380V2个优质01网罩200*2002个优质1电线（二次线路

用）、波纹管、线1辅材槽、导轨、标牌、1套国优2螺钉、缠绕管、铜 鼻子、热缩管、接

线柱、标件等

二、变频行业介绍

以前的通用变频器,由可控硅整流,可控硅逆变等器件构成,缺点很多,谐波大,对电网和电机都有影响；近年来,随着电力技术的进展,变频调速技术的日臻完善,进展起来的一些新型器件将转变这一现状,如IGBT、IGCT、SGCT等等；由它们构成的通用变频器,性能优异,可以实现 PWM逆变,甚至是PWM整流；不仅具有谐波小,功率因数也有很大程度的提高,已经取代了挡板和阀门的调剂方式；其稳固安全的运行性能、简洁便利的操作方式、以及完善的功能,将使变频最终达到高效率的运行目的；随着变频技术的不断成熟,变频器在各个领域得到了广泛应用；变频器应用上的巨大节能潜力和优良的调速性能, 使得它具有强劲的进展动力和宽敞的市场空间；目前,变频技术已经成为电力传动领域的热门话题之一,对于大容量电力传动系统进行变频改造已成为一种趋势, 它为使用大功率传动装备的企业和行业带来了很大的节能效益；三、空气压缩机介绍1、引言空压机的主要功能在于压缩空气贮存和传送能源以供设备使用, 一个空气压缩系统,往往就能为工厂大多数的机器供应动力,电力马达；空压机在工业生产中有着广泛的应用,因此,不需要很多个分散式的种类有很多,但其供气把握方式大多接受的是加、卸载把握方式；该供气把握方式虽然动作原理简洁, 但存在电能铺张大,启动电流大,对电网冲击大,供气压力不稳固,进气阀简洁损坏等诸多问题；依据国家节能减排的要求,大多数企业都接受最新的电力电子技术和自动把握技术来实现设备低耗高效的生产运行；2、空压机工作原理

空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有确定压力的设备,主要有吸气、压缩、作功输送和排气四个主要过程；已有几百年的应用历史,在机械结构方面也经过了构上分常见有螺杆式、活塞式和离心式等；螺杆式空压机工作原理

空压机是由一对相互平行啮合的阴阳转子100年的进展,原理是成熟的,在结〔或称螺杆〕在气缸内转动,使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化, 空气就沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧,实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程；空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端,阴转子的槽和阳转子的齿被主电机驱动而旋转；活塞式空压机工作原理

螺杆式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴, 带动连杆与 ,将活塞杆,使活塞在压缩机气缸内作往复运动,完成吸入、压缩、排出等过程

无压或低压气体升压,并输出到储压罐内；其中,活塞组件,活塞与汽缸内壁及汽缸盖构成容积可变的工作腔,在曲柄连杆带动下,在汽缸内作往复运动以实现汽缸内气体的压缩；离心式空压机工作原理在离心式空压机体中装有适量的水作（油等液体）为工作液；当叶轮按顺时针方向旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成了一个准备于空压机腔形状的近似于等厚度的封闭圆环；水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切,水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触 〔实际上叶片在水环内有确定的插入深度〕；此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的如干个小腔；假如以叶轮的下部0°为起点,那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔就与吸气口隔绝；当叶轮连续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩；当小腔与排气口相通时,气体便被排出空压机外；3、空压机系统把握空压机供气系统具体工作流程为：当按下启动按钮,把握系统接通接触器线圈并打开断油阀,空压机在卸载模式下启动,这时进气阀处于关闭位置,而放气阀打开以排放油气分别器内的压力；等降压n秒（由时间继电器把握）后空压机开头加载运行,系统压力开头上升；假如系统压力上升到压力开关上限值, 即卸载压力,把握器使进气阀关闭,油气分别器放气,压缩机空载运行,直到系统压力降到压力开关下限值后,即加载压力下,把握器使进气阀打开,油气分别器放气阀关闭,压缩机打开,油气分别器放气阀关闭,压缩机满载运行；4、空压机系统分析 在管道供气系统中,最基本的把握对象是流量,供气系统的基本任务就是要中意用户对流量的需求；目前,常见的气体流量把握方式有加、 卸载供气把握方式和转速把握方式两种；（1）加、卸载供气把握

加、卸载供气把握方式即为进气阀开关把握方式,即压力达到上限时关阀,压缩机进人轻载运行；压力抵达下限时开阀,压缩机进入满载运行；所以只能按由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性,

最大需要来准备电动机的容量,设计余量一般偏大；工频起动设备时的冲击大,电机轴承的磨损大,所以设备爱惜量大；虽然都是降压启动,但起动时的电流仍然很大,会影响电网的稳固及其它用电设备的运行安全,而且大多数是连续运行,由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速, 因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调剂输出功率的匹配,电机不答应频繁启动,导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行,电能铺张巨大；经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化,不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命；空压机的有些调剂方式（如调剂阀门或调剂卸载等方式）即使在需要流量较小的情形下,由于电机转速不变,电机功率下降幅度比较小；能耗分析： 加、卸载把握方式使得压缩气体的压力在 Pmin～Pmax之间来回变化；Pmin是最低压力值,即能够保证用户正常工作的最低压力；一般情形下, Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示 :Pmax＝〔1＋δ〕Pmin注：δ是一个百分数,其数值大致在 15%～30%之间；在加、卸载供气把握方式下的空压机,所铺张的能量主要在 2个部分:加载时的电能消耗当压力达到最小值后,原把握方式准备其压力会连续上升直到最大压力值； 在加压过程中,确定要向外界释放更多的热量,从而导致电能缺失；另一方面,高于压力最大值的气体在进入气动元件前,其压力需要经过减压阀减压 ,这一过程同样是一个耗能过程；卸载时电能的消耗当压力达到压力最大值时,空压机通过如下方法来降压卸载 :关闭进气阀使电机处于空转状态,同时将分别罐中余外的压缩气体放空造成很大的能量铺张； 据我们测算,空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%～25%〔压缩空气通过放空阀放空；这种调剂方法主要仍是在卸载时间所占比例不大的情形下 〕；换言之,该空压机20%的时间处于空载状态,在作无用功；很明显在加卸载供气把握方式下,空压机电机存在很大的节能空间；其它不足之处

靠机械方式调剂进气阀,使供气量无法连续调剂,当用气量不断变化时,供气压力不行防止地产生较大幅度的波动；用气精度达不到工艺要求；再加上频繁调剂进气阀,会加速进气阀的磨损,增加修理量和修理成本；频繁接受打开和关闭放气阀,放气阀的耐用性得不到保证；（2）转速把握即通过转变空压机的转速来调剂流量,而阀门的开度保持不变（一般保持最大开度）；当空压机转速转变时,供气系统的扬程特性随之转变,而管阻特性不变；在这种把握方式下,通过变频调速技术转变空压机电机的转速, 空压机的供气流量可随着用气流量的转变而转变,达到真正的供需平稳,在节能的同时,也可使整个系统达到正确工作效率；变频器基于交始终一交电源变换原理, 可依据把握对象的需要输出频率连续可调的沟通电压；电动机转速与电源频率成正比,因此,用变频器输出频率可调的沟通电压作为空压机电动机的电源电压, 可便利地转变空压机的转速；长期实践证明,在供气系统中接入变频节能系统,利用变频技术转变空压机的转速来调剂管道中的流量,以取代阀门调剂方式,能取得明显的节能成效,另外,变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对流量的平稳调剂, 同时削减启动冲击并延长机组及管组的使用寿命；变频器内置的直流电抗器也可以削减电动机的无功损耗,有效提高电动机的功率因素；项目建议方案一、项目概况

此SA220空压机,功率220KW,加载时间为42分钟,加载时最低压力,卸载时间为8分钟,卸载时最高压力为,加载时电流为430A,卸载时电流为165A；依据实际情形分析我司建议以下方案,接受工变频转换电路,正常生产时接受变频自动把握,当变频器显现故障时接受工频把握, 这样可既能达到节能的目的又可以降低节能投资成本；二、方案配置依据项目的实际需求,我们准备接受恒压供气的方案；把管网压力作为把握对象,压力传感器将储气罐的压力转变为电信号接入变频器, 与变频器中设定的目标压力进行PID运算,经过PID指令运算,变频器通过转变频率来转变电机的转速,从而达到转变压力气量的目的； 在日常生产中,将变频把握柜开关打到节能档变频运行, 变频器依据用气量情形动态地调整输出频率,直到达到一个新的压力恒定状态,当用气量减小时,变频器在下限频率运行；当变频器故障时可将开关打到市电档工频运行, 尽量将影响降到最低；1、变频器选型

依据现场的额定参数,再结合我公司的PT200系列矢量通用型变频器在其 它工程地应用情形,我公司为其设备配置如下变频器,其配置如下：序号设备名称变频器型号额定功率数量备注1螺杆式空压机PT200-250G/280P-3250KW1放大一档使用注：如现场设备运行电流大于变频器额定电流,请按原选型放大一档或两档；PT200系列变频器介绍 PT200系列矢量通用型变频器接受 DSP把握系统,功能更优化,应用更灵敏,性能更稳固；可广泛应用于风机、泵类负载及对速度把握精度 ,转矩响应速度、低频输出特点有较高要求的应用场合；性:一、输入输出特性PT200系列矢量通用型变频器综合技术特输入电压范畴380/220V±15%输入频率范畴47~63Hz输出电压范畴0~额定输入电压输出频率范畴0~400Hz二、外围接口特性可编程数字输入 6路开关量输入,支持PNP、NPN双极性光耦隔离输入可编程模拟量输入 AI1/AI2：0～10V或0/4～20mA输入可编程开路集电极输出 2路输出（开路集电极输出）继电器输出 2路输出模拟量输出 2路输出,分别可选 0/4～20mA或0～10V三、技术性能特性把握方式V/F把握、开环矢量把握（SVC）过载才能150%额定电流60s；200%额定电流调速比1:200（SVC）载波频率1~四、功能特性◆频率设定方式：数字设定、模拟量设定、串行通讯设定、多段速及简易 定、PID设定等,可实现设定的组合和方式切换；PLC设◆PID把握功能

◆简易PLC、多段速把握功能：16段速把握

◆摆频把握功能

◆瞬时停电不停机功能

◆转速追踪再起动功能：实现对旋转中的电机的无冲击平滑起动

◆自动电压调整功能：当电网电压变化时,能自动保持输出电压恒定

◆供应多种故障爱惜功能：过流、过压、欠压、过温、缺相、过载等爱惜功能五、变频改造原理图1、空压机主回路电路原理图图12、工变频把握柜原理图 图2

3、传感器接线图图3（远传压力表接线图） 图4（压力变送器接线图）4、参数设置功能代码参数设定功能含义1端子把握运行5PID调剂运行频率25Hz运行频率下限35s加速时间15s减速时间1自由停车1%转矩提升量1DI1正转3继电器故障输出40%PID给定值（设定恒定气压）8%PID把握偏差5、改造留意事项图1为一般螺杆空压机主回路把握电路原理图,图2为工变频转换电路原理图,图3和图4是不同类型的压力传感器接线图； 改造时只需将图1中红色虚线框部分的线去掉,将图2变频器工变频转换电路串进图具体为：去掉图1中端子排到主接触器的连接线,将图1的电路里面去就可以,1中R、S、T接到图2中的R、S、T,再将图2中的U、V、W接至图1中的U、V、W；变频器运行信号取自图1中KM3的帮忙常开触点；压力传感器按实际类型依据图 3和图4相应接线即可；变频改造的节电原理及分析一、负载特性说明

负载特性是指电力拖动负载的转矩与转速之间的关系,也叫负载转矩特性；电动机节电,特别是调速节电,与负载特性的关系极为亲热, 除要明白电动机的运行特性之外,仍要把握被拖动工作机械的负载转矩随转速变化的特性； 典型的负载特性有恒转矩负载特性、种,见如下表；恒功率负载特性、风机泵类负载特性三电力拖动典型负载特性表转矩特性恒转矩特性恒功率特性风机泵类特性负载特性M=恒定值

P∝n· M

P∝nP=恒定值M∝n2M∝1/nP∝n3轴功率与转轴功率与转速成正比轴功率与转速无关轴功率与转速的速关系三次方成正比典型负载起重机,压廷机,机金属切削机床,恒张风扇,风机,液泵,床平移刀架等力卷取机等油泵二、空气压缩机变频调速节能原理１、空气压缩机的理论流量与转子转速的关系式为：Qth=〔丌/2〕DLλN〔1〕式中：Qth――理论流量,m3/minD――叶轮外径,mL――叶轮长度,mN――叶轮转速r/minλ--面积利用系数;表征气缸空间的有效利用程度数λ＝～〔圆弧-渐开线型线的面积利用系2、空气压缩机的实际流量Q,为：Q＝Qthη〔2〕式中：η――容积效率,一般为～由（１）和（２）可知,对每一台空气压缩机,其转子齿槽外径长度和面积利用系数都是一个定值,当可忽视容积效率的变化时,空气压缩机的流量正比于转速．３、功率特性

空气压缩机的轴功率为：P=〔QthΔH〕/6000β 〔3〕式中：P――轴功率,KW

Qth――理论流量,m3/min

ΔH――进出口压差,Pa

β――机械效率,一般为

由式（１）和（３）可知,当空气压缩机转速变化时,其轴功率与转速成正比,

４、转矩特性

空气压缩机的转矩为：M=9552〔P/N〕 〔4〕 由于空气压缩机的轴功率与转速在正比,不变,即空气压缩机属于恒转矩运行．因此式可知,当转速变化时,转矩可见空气压缩机风量Q和电机的转速n是成正比关系的,而轴功率P与转速也是成正比关系；所以当需要80％的额定风量时,通过变频调剂电机的转速至额定转速的80％,即调剂频率到 40赫兹即可,这时所需功率将仅为原先的80％．三．变频改造节能估量运算公式：1、估量改造前工频运行功率运算公式四、节电数据考核运算在空压机节能改造前后,通过空压机把握器上面的猎取空压机总运行时间、加载时间,空载电流,加载电流；然后按空压机每月工作 30天,每天工作16个小时运算；（估量安装变频器后加载电流在 350左右）我们依据三相异步电机电功率运算式子：P=√3×U×I×COSφ

=×U×I×COSφP为三相电机功率,单位瓦

U为线电压,即380伏

I为线电流,即钳式电流表实测电流,单位安

cosφ为功率因数,月总消耗电功=月加载运行电功+月空载运行电功安装变频器前月加载运行电功=×U×I（加载电流）×COSφ×30天×14小时×加载时间/总运行时间/1000=101034度月卸载载运行电功=×U×I（空载电流）×COSφ×30天×2小时×〔总运行时间-加载时间〕/总运行时间/1000月卸载运行电功=×380×150/1000（加载电流）××30天×2=5034度（一小时卸载8分钟,16小时大约有两小时卸载状态）安装后=×380×350（加载电流）××30天×14小时×加载时间/总运行时间/1000=82237度安装变频器前后加载节电度数 ==18797度节电率为=总节电度数/总耗电度数=23%此空压机的变频器节电改造节电率保守估量在三、其它23%-30%之间；1、设备改造后,为了保证空压机的正常运行必需有原设备把握及变频把握切换选择；2、除改造增加的把握柜内部布线外,全部电源主线由需方供应；3、在改造时,为了保证需方的生产需要,必需在规定的时间内改造 完成；4、依据需方的现场实际情形,原就上全部工作均由供方完成,需方 赐予积极协作；四、质量、工程及售后服务1、质保期：设备安装调试完毕并验收合格移交后壹年,在质保期内无偿的承担电柜本身故障修