喷气织机用空气压缩机的变频改造

公司在生产中需要大量的压缩空气来供给喷气织机使用，而这些压缩空气都需要空气压缩机(以下简称空压机)来供应。生产中要求压缩空气的供应连续稳定，但生产车间效率忽高忽低，用气量不稳定，因此5台250kW的空压机必须连续运转。4台空压机长期加载运行，1台空压机加卸载运行。针对现有空压机系统在实际生产中存在的问题，我公司对该系统进行了变频改造，具体方案如下。

一 空压机的工作原理及存在的问题

空压机是由一对相互平行啮合的阴阳转子在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现吸气、压缩和排气的过程。空压机的主电机为250kW，运行方式为星-角形减压起动，即按下启动按钮，电机开始星形减压起动，这时进气阀门关闭，而放气阀门打开以排放油气分离器内的压力；延时10s后，空压机从星形自动改接成角形运行，此时进气阀门打开，机组满载运行，若所需气量低于额定排气量，排气压力上升；超过设定的压力最大值时，进气阀门关闭，油气分离器放气，则空压机卸载运行；当压力下降到最小压力值时，则进气阀门打开，油气分离器放气阀关闭，空压机加载运行。

以上系统在运行中存在着以下问题：

(1) 能耗大。空压机的加卸载控制方式使得压缩气体的压力在最小值和最大值之间来回变化，当压力达到最大值时，空压机通过关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放气阀放出，造成能量浪费；另外，空压机在空载时还是要带动螺杆做回转运动，空压机卸载时的能耗约为满载运行时的40%，就是说空压机在卸载运行时消耗了一定的能量却在做无用功。

(2) 当喷气织机开车效率低时，用气量减少，空压机卸载时间长，造成能源浪费。这段时间若改为休眠控制，其节能收益可观。

(3) 靠周期性地开关进气阀，使系统无法连续供气，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动，用气精度难以满足工艺要求。再加上系统在运行中频繁调节进气阀和放气阀，会加速进气阀和放气阀的磨损，增加维修成本。

(4) 主电机在工频启动时，对启动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，设备维修量大。

(5) 主电机虽然星-角形减压启动，但启动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其他用电设备的运行安全。周期性的加卸载同样会使电流波动大，影响电网的稳定性。

二 喷气织机用压缩空气节能控制原理

1 系统组成

随着变频调速技术的发展和成熟，变频调速器逐渐得到推广和应用，为此，我们成功的将EV2000型变频器和PLC、人机界面连接在一起，对空压机进行休眠和PD控制。由压力传感器、PLC、变频器、人机界面、变频器输入输出电抗器等组成压力闭环和休眠控制系统，对电机转速进行调节。

压力传感器P：采集空气压缩机出口管道的压力信号，24V直流电源把压力传感器的阻值转变为电流信号，输出给PLC。

PLC:接收压力传感器的信号，进行内部比较，如果压力信号大于最高压力设定，则输出信号给变频器，使变频器带动空压机休眠停车；如果压力信号小于最低压力设定，则变频器由休眠转为PD闭环运行。

EV2000型变频器：接收PLC的信号进行PD闭环控制或休眠停机，设定最低运行频率为20Hz。EV2000型变频器实现了高转矩、高精度、宽调速驱动，符合通用变频器高性能化的趋势，具有优秀的防跳闸性能和适应恶劣电网、温度和粉尘的能力。再加上输入、输出电抗器的抗干扰设备，减少了变频器对电网的干扰。

人机界面：可设定系统最高压力值、最低压力值，并显示实际管道的实际压力值。

电铃：当系统出现故障停车，管道压力低于0.6MPa时，电铃报警。

系统组成示意图见图1。

2 变频器的PD运行

在空压机出气管道处安装压力传感器，用来获得所需要的电流信号，赋予PLC。经过PLC比较，若处于0.6MPa～0.7MPa，当系统用气量小时，空压机出口的压力升高，传感器的电流值增加，变频器与设定值比较后得到偏差ε，ε经过PD调节器进行调节后使输出的频率逐渐变小，电动机转速下降，排气量减少；当系统用气量大时，系统压力逐渐降低，变频器输出频率升高，电动机转速增加，排气量增大，满足系统用气量要求；当供气量与用气量基本持平时，变频器就会以该点的频率运行，空压机一直运行于最经济的状态。改造前后系统运行对比见图2。

3 PLC控制变频器休眠阶段

若喷气织机开车效率低，用气量小时，变频器运行频率逐步下降，当降到20Hz时(设定变频器最低运行频率为20Hz)频率不再下降，这时车间用气量仍然没有提高，则空压机侧的压力会逐步升高。当升高到设定值0.7MPa，则传感器采取管道的压力信号赋予PLC，PLC把传感器的信号进行比较。若压力信号高于0.7MPa，则PLC的Y0输出信号给变频器的多功能端子X1使变频器休眠；若压力信号低于0.6MPa时，PLC的Y0端子停止输出，变频器由休眠状态进入PD闭环运行阶段。改造前后系统运行对比见图3。

三 系统调试

根据工艺要求、电机参数、负载特性设置变频器的参数，进行工频试运行。观察变频器频率上升时的情况、设备运行声音是否正常、空压机的压力上升是否正常，如一切正常则改换恒压PD闭环控制。观察变频器的频率上升与下降速度，使其与空压机压力的升降相匹配，变频器PD运行时，压力振荡控制在0.02MPa。注意机器共振点，将共振点附近的频率跳过去。在人机界面设定最低压力值和最高压力值。若系统达到最高压力值时，变频器休眠运行；达到最低压力值时，变频器启动空压机进行PD闭环运行。

在调试变频器时应注意以下问题：

(1) 变频器的启动时间。

(2) PD闭环控制时，调节比例增益和积分增益使其变化平稳，减小压力波动，使压力平稳。

(3) 如果变频器对其他设备的干扰很大，则可将其载波频率调低，但这样会使电机的噪声增大。

(4) 因变频器带动的是普通异步电动机，所以变频器在低频运行时要注意电动机的温度。

四 空压机变频改造后的效益

1 节约能源

变频器控制空压机是根据生产中空气量的需求来给定的，减少了空载时的无用功，节约了电能。

从上述数据可知，系统通过改造，其节电效果十分明显。如果空压机工作时间每年按350天来计算，则每年可节电8.4X105kW·h。

2 提高压力控制精度

变频控制具有精确的压力控制能力，使空压机的空气压力输出与用气设备所需的气量相匹配，变频控制空压机的输出气量随电机转速的改变而改变。变频器控制电机速度的精度提高，可以使储气罐中的压力保持在0.7MPa左右，减少了压力波动。若喷气织机开车效率低用气量小时，还可使空气压缩机自动停车，待压力低时自动启动。

3 延长机器使用寿命

变频器的软启动可以减少启动时对空压机电器部件和机器部件的冲击,增强系统可靠性,延长使用寿命。

4 保证电网平稳运行

由于频繁的加卸载运行，电流波动较大，这一波动电流影响电网的用电质量，而变频器PD闭环控制则避免了这项缺陷。

五 结论

喷气织机用压缩空气的节能改造不仅保证了生产，而且节约了大量的电力资源。当前的能源紧缺已成为我们不得不面对的现实，生产型企业通过有效提高生产效率、改进工艺、节能降耗从而降低生产成本，已经成为企业生存发展的重要因素。