摘 要：本文主要介紹西班牙PE電氣SD700變頻器在空壓機上的應用，通過對空壓機采用變頻器控制，改善了生產(chǎn)工藝，降低了設備運行維護的費用，實現(xiàn)了節(jié)約電能的目標。

關鍵詞：SD700變頻器 諧波抑制 電磁干擾 節(jié)能

引言

空壓機在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用，種類有很多，但其供氣控制方式大多采用的是加、卸載控制方式。該供氣控制方式雖然動作原理簡單，但存在電能浪費大，供氣壓力不穩(wěn)定，進氣閥容易損壞等諸多問題。根據(jù)國家節(jié)能減排的要求，大多數(shù)企業(yè)都采用最新的電力電子技術和自動控制技術來實現(xiàn)設備低耗高效的生產(chǎn)運行。

變頻器調速技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術于一體的高科技技術。它以很好的調速、節(jié)能，可靠，高效的特性，在風機水泵，過程控制，機械設備等各行各業(yè)中獲得了廣泛的應用，并且由于具有軟啟動性能，可以減少對電網(wǎng)，設備和電機的沖擊，延長設備和電機的使用壽命。特別是在空壓機控制系統(tǒng)中，如果采用高質量的變頻器，既提高了設備的調節(jié)精度，改善了空壓機的生產(chǎn)工藝，又實現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，降低了維修維護成本，減少了工人的勞動強度，已經(jīng)愈來愈受到工礦企業(yè)的技術人員和管理人員的重視。

一.空壓機改造前的運行狀況

某企業(yè)原有2臺132KW空壓機，設備改造之前，兩臺空壓機一用一備，總是工作在工頻狀態(tài)，起動方式為自耦變壓器降壓起動，壓力控制采用上下限的兩點式控制方式，即空壓機氣缸內壓力達到設定上限時，空壓機通過本身的油壓關閉氣閥;當壓力下降到設定下限時，空壓機打開進氣閥。由于生產(chǎn)過程中用氣量的變化，空壓機也頻繁地加載和卸載?？諝鈮毫Φ淖兓秶容^大，壓力也不穩(wěn)定。這是因為空氣壓縮機的電機本身不能調速，所以不能直接通過壓力的變化來調節(jié)電動機的轉速，以達到所需要的空氣流量。

另外，由于自耦變壓器起動時間過長，電機不允許頻繁工頻起動，造成在用氣量少的時候，甚至是在一定時間內不用氣的時候，電機仍然要長時間的空載運行，造成了電能上的巨大浪費，給企業(yè)增加了成本。因此，該公司經(jīng)過認真的技術研討，決定對該廠的空壓站進行變頻節(jié)能改造。

二.原空壓機系統(tǒng)存在的問題分析：

1.主電機雖然以自耦變壓器降壓起動，但起動時的電流仍然很大，對空壓機、電動機和電網(wǎng)都有很大的沖擊，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其用電設備的運行安全。

2.采用自耦變壓器降壓起動時，存在起動時間過長，不能頻繁地起動，且故障率較高，因此自耦變壓器的維修和維護成本比較大。

3.空壓機長時間連續(xù)運行，在空載過程中不產(chǎn)生壓縮空氣，所以電動機處在空載狀態(tài)時，會給企業(yè)造成巨大的電能浪費。

4.當壓力達到最大極限值時，空壓機關閉進氣閥使電機處于空轉狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種加載的調節(jié)方法要造成很大的能量浪費。

5.氣壓穩(wěn)定性差和由于頻繁加、卸載導致執(zhí)行元件（進氣閥、放氣閥）的頻繁動作而加速了閥門的磨損，會增加維修工作量和維修費用。

6.主電機在工頻運行狀態(tài)下使空壓機運行時噪音很大。

三.空壓機變頻改造實施方案

系統(tǒng)參數(shù)：

額定功率 132 kW

額定電壓 380V

額定電流 250A

額定轉速 l485 rpm

變頻器 西班牙PE電氣公司的SD700系列變頻器，型號是SD7025052

本系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)調節(jié)方式，通過變頻器的控制面板設定空氣壓力定值，在儲氣裝置上安裝一個壓力傳感器。將空氣壓力信號轉換為4～20mA的電流信號，反饋到變頻器內部的PID調節(jié)器，調節(jié)器將該電流值與壓力定值進行比較運算，然后輸出控制信號，變頻器再根據(jù)此信號輸出頻率，調節(jié)電動機的轉速，使空氣壓力保持穩(wěn)定;在用氣量小的時候，變頻器將減少頻率輸出，直至電機停止運行，這樣空壓機始終保持在節(jié)電運行狀態(tài)。 另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來起動，實現(xiàn)了軟起動，避免了在頻繁起動時，起動電流對空壓機，電動機和電網(wǎng)帶來的沖擊。同時，該方案可保留原有的控制系統(tǒng)，增加工頻與變頻切換功能，做到工頻/變頻互鎖切換，當變頻器發(fā)生故障時，利用原工頻系統(tǒng)運行。變頻器的接線圖參考如下：

四.變頻器節(jié)能改造后的效益分析

1.延長壓縮機的使用壽命

變頻器從低頻起動壓縮機，由于起動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的機械部件所造成的沖擊，增強了系統(tǒng)的可靠性，延長了壓縮機的使用壽命，減少了維修量。

2.減小對電網(wǎng)的沖擊

變頻控制能夠減少起動時電流波動，適合較為頻繁地起動，可以將起動時對電網(wǎng)和其它設備造成的影響減少到最小。

3.降低了空壓機的噪音

空壓機改造工程安裝完畢后，運行穩(wěn)定，空壓機振動和噪聲大減低。

5.提高壓力控制精度

變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力，使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶生產(chǎn)所需的用氣量相匹配，壓力波動很小，改善了生產(chǎn)工藝，確保了供氣量的穩(wěn)定。

6.節(jié)約電能

根據(jù)用氣量需求來調節(jié)電動機的運行速度，且在不用氣的生產(chǎn)間歇，停止壓縮機電機運行，使得壓縮機始終處于最經(jīng)濟的運行狀態(tài)，避免了改造前壓縮機頻繁加載，卸載以及長期空轉造成的電能浪費，節(jié)約了企業(yè)的生產(chǎn)成本。實際運行后的節(jié)電分析如下：

改造前，空壓機加載運行時的電流245A，卸載時運行電流105A。全天實際生產(chǎn)時間累計達14小時，生產(chǎn)間歇和換班時間累計大約10小時;改造后，生產(chǎn)狀態(tài)下，空壓機頻率基本上在35～42Hz，運行電流平均125A;在生產(chǎn)間歇和換班情況下，空壓機可以停止運行，基本上無空轉運行情況。

用電量分析：全年按300天計算，

改造前:

加載運行時W1=1.732xIxUxT1/1000 =1.732x245x380x14/1000 =2257 kWh

卸載運行時W2=1.732xIxUxT2/1000 =1.732x105x380x10/1000 =691 kWh

全天耗電W=W1+W2=2948 kWh

改造后：

壓力可調節(jié)時W=1.732xIxUxT/1000 =1.732x125x380x14/1000 =1152 kWh

因此，每天可以節(jié)電△W=2948-1152=1796 kWh，每度電按0.5元來計算，全天節(jié)省電費898元，全年按300天生產(chǎn)計算，全年可以節(jié)電269400元。整個系統(tǒng)的全部改造費用是15萬元，預計7個月即可以收回成本;而在接下來的每一年里，可以直接給企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益將近26萬元左右。

五.SD700變頻器的特點

1. 全面的諧波抑制

為了有效降低電網(wǎng)中高次諧波分量，減小高次諧波和電磁干擾對其他設備（比如現(xiàn)場的儀器儀表）的影響，所使用的大功率變頻器必須滿足工業(yè)場合下EMC電磁兼容性的要求，即將電磁干擾和諧波控制在一定范圍內，確保整個系統(tǒng)的安全可靠的運行。

PE公司的SD700系列變頻器采用了內置的交流進線電抗器，內置的EMC濾波器，內置的dv/dt輸出濾波器，全面有效地抑制了諧波和電磁干擾的影響，變頻器柜體采用帶絕緣層的2mm厚的鍍鋅鋼板，完全符合EMC工業(yè)場合應用的標準。下圖所示為PE公司380V，132KW變頻器的內部拓撲結構：

2.高過載能力

空壓機是大慣量負載，這種負載特點很容易引起變頻器起動時出現(xiàn)過流自保護的情況，這樣有必要選擇大一級變頻器，并在允許的條件下調節(jié)加減時間來滿足生產(chǎn)要求。SD700系列變頻器的過載能力達到額定值的150%，持續(xù)時間達到60秒，可以充分滿足大慣量的重載場合的應用。

2. 全面的保護功能

SD700具有全面的電機和變頻器的保護功能，對電機過載，電機三相不平衡，過電流，過電壓，溫度過熱等故障可以起到全面的保護作用，并且具有故障預防控制功能，避免和減少不必要的故障停機，確保設備的正常生產(chǎn)。

3. 適合惡劣環(huán)境

SD700全系列變頻器的線路板均采用了絕緣涂層，包括線路板上每一個元器件的管腳和焊盤都帶有絕緣涂層，完全可以適應潮濕和導電粉塵等惡劣的環(huán)境要求。

5.50°C高溫運行不降容

采用了高效的散熱片，即使在50°C高溫環(huán)境下重載滿負荷地運行，也不會降低變頻器的驅動能力。

6.適應較大的電壓波動

輸入電壓波動范圍可達-20% 至+10%，欠壓持續(xù)時間可達60秒，適應一定范圍和一定時間內電源電壓的波動。

7.維護快速簡單

PE公司SD700系列變頻器全功率段采用的都是同一種控制板，電源板和IGBT驅動板;獨特的“同平面存取”的結構設計，能夠實現(xiàn)快速簡單的維護與更換工作，加上PE公司SD700系列變頻器的三年質保，完全可以實現(xiàn)維護簡單，穩(wěn)定可靠的運行要求。

六.結束語

采用了SD700系列變頻器改造后的節(jié)能控制系統(tǒng)，在空氣壓縮機上得到了良好的應用，它一方面實現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，降低了維修維護成本，另一方面提高了設備的壓力調節(jié)精度，改善了空壓機的生產(chǎn)工藝，企業(yè)的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效率得到顯著地提高。因此，變頻節(jié)能控制方式在空壓機的應用得到了企業(yè)技術人員和管理人員的廣泛認可。