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高压变频器在螺杆式空压机节能革新中的使用

2014-04-11 15:46:31

  高压变频器在螺杆式空压机节能革新中的使用
  Application of High Voltage Inverter in Screw Compressor Energy Saving

  山东新风光电子科技发展有限公司 丁庆雷  何鹏  刘殿珍
  登封市君鑫煤业有限责任公司  郑国辰
  Ding Qinglei  He Peng   Liu Dianzhen   Zheng Guochen

  摘 要:本文引见了风景牌高压变频器在登封市君鑫煤业有限责任公司螺杆式空压机上的使用状况。使用成果表白,接纳变频器对螺杆式空压机装备停止调速节能革新,具有优良的经济效益和社会效益。
  关键词:风景高压变频器 螺杆式空压机 节能
  Abstract: This paper introduces the application of screw air compressor of Fengguang brand high-voltage inverters in Jun Xin in Dengfeng City Coal Co., Ltd The application results show that the frequency converter for speed screw air compressor energy saving equipment, with good economic and social benefits.
  Keywords: Fengguang brand high-voltage inverters  Screw compressors   Energy
  1弁言
  登封市君鑫煤业有限责任公司位于登封市石道乡上沃村境内,距登封郊区30千米,交通便当。井田面积6.58平方公里,地质储量3181万吨,设想生产能力30万吨/年。君鑫煤业2009年得到河南省产业和信息化厅颁布的“一级安全质量标准化矿井”;2010年得到郑州市总工会、郑州市产业和信息化委员会、郑州市环境保护局颁布的“双比双降”节能减排比赛先进单位;2011年得到郑州市煤炭管理局、郑州市煤炭行业协会颁布的“郑州市煤炭工业先辈企业”。
  君鑫煤矿压风机房内安装两台62m3/min压风机,供消费、各采区工作面。因为压风机选型裕量大,存在着大马拉小车的征象,华侈严峻,并且装备掌握方法落伍,为呼应国度召唤和社会发展的需求,矿指导决议对原有装备停止晋级革新。颠末多方调查研究,决议选用山东新风光电子科技发展有限公司消费的JD-BP38-400F型高压变频器2套别离对2台螺杆式空气压缩机停止节能革新。
  机电基本参数:
  型号:Y4505-2        额定电压:10kV     额定电流:25.2A
  额定功率:355kW     额定频次:50Hz    额定转速:2960r/min
  压缩机参数:
  型号:SA350W-6K-T   排宇量:62.0 m3/min   机电功率:355kW
  额定排气压力:0.8MPa
  2螺杆式空压机
  2.1螺杆式空气压缩机事情道理
  螺杆式空气压缩机由螺杆机头、电动机、油气分离桶、冷却系统、空气调节体系、光滑体系、安全阀及控制系统等构成。螺杆压缩机的事情轮回可分为进气,紧缩和排气三个历程。跟着转子扭转,每对互相啮合的齿接踵完成不异的事情轮回。
  (1)进气历程:转子动弹时,阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁启齿时,其空间最大,此时转子齿沟空间与进气口的相通,因在排气时齿沟的气体被完整排挤,排气完成时,齿沟处于真空形态,当转至进气口时,外界气体即被吸入,沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。当气体布满了全部齿沟时,转子进气侧端面转离机壳进气口,在齿沟的气体即被封锁。
  (2)紧缩历程:阴阳转子在吸气完毕时,其阴阳转子齿尖会与机壳封锁,此时气体在齿沟内不再外流。其啮合面逐步向排气端挪动。啮合面与排气口之间的齿沟空间垂垂件小,齿沟内的气体被紧缩压力提高。
  (3)排气历程:当转子的啮合端面转到与机壳排气口相通时,被紧缩的气体开端排挤,直至齿尖与齿沟的啮合面移至排气端面,此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为0,即完成排气历程,在此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又到达最长,进气历程又再停止。
  从上述事情道理能够看出,螺杆压缩机是一种事情容积作回转运动的容积式气体紧缩机器。气体的紧缩依托容积的变革来实现,而容积的变革又是借助压缩机的一对转子在机壳内作回转运动来到达。
  2.2螺杆式空气压缩机的缺陷
  空压机在运转历程中,按照压力罐检测到的压力巨细,掌握阀门停止加载和卸载掌握,确保压力罐压力在0.65MPa到0.75MPa之间颠簸,包管井下具有充足的气源;在采用工频方法启动时,次要有以下缺陷:
  (1)启动电流仍旧很大,间接影响电网的稳定性与其它用电装备的运转安全;
  (2)空压机时常呈现空载运转,电能华侈严峻,处于非经济运转形态;
  (3)启动时对装备的打击较大,一些部件的行动频次高(如电磁阀等),招致装备前期维护费用高;
  (4)工频运转,装备乐音大。
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  经由过程改动压缩机的转速来调理流量,而阀门的开度连结稳定(普通连结最大开度)。当压缩机转速改动时,供气体系的供宇量发作变革,而管网压力连结根本稳定。
  高压交换变频调速手艺是上世纪九十年代迅速发展起来的交流电动机的调速手艺,其手艺和机能赛过其它任何一种调速方法。变频调速以其明显的节能效益、高准确的调速精度、宽范畴的调速、完美的庇护功用,以及易于实现的主动通讯功用,得到了用户和市场的承认,在运转的安全可靠、安装利用、维修保护等方面,也给使用者带来了极大的便当,使之成为企业接纳机电节能方法的首选计划。
  在这类掌握方法下,经由过程变频调速手艺改动压缩机机电的转速,压缩机的供气流量可跟着用气流量的改动而改动,到达真正的供需均衡,在节能的同时,也可使全部体系到达最好工作效率。
  3风景JD-BP38系列高压变频调速体系引见
  风景牌JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为掌握焦点,接纳无速度矢量掌握手艺、功率单位串连多电平手艺,属高-高电压源型变频器,其谐波目标远小于IEE519-1992的谐波国家标准,输入功率因数高,输出波形质量好,没必要接纳输入谐波滤波器、功率因数抵偿安装和输出滤波器;不存在谐波惹起的机电附加发热和转矩脉动、乐音、输出dv/dt、共模电压等成绩,能够利用一般的异步电机。风景牌高压变频器被评为中国名牌产品。具体来说,风景高压变频调速体系各部分引见以下。
  3.1整体构造
  接纳间接高压变频电路构造,功率单位多重化毗连,间接输出到高压机电,供给驱动电压。从物理构造上分为掌握柜,功率柜,变压器柜三大部分,按照现场工艺要求还可选配旁路柜,上位机,远控盒,构造如图1所示。

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图1 高压变频器形状
 

  3.2掌握柜
  变频掌握柜次要有主控(CPU)、UPS、PLC、人机界面、掌握电源开关、开关电源、继电器、避雷器、旌旗灯号隔离器、接线端子,柜门操纵按钮等部门组成,掌握柜次要组成部门引见以下。
  (1)主控体系
  主控体系为变频器的焦点,它领受和处置来自上位掌握及PLC的掌握号令,发生每相各级功率单位的掌握旌旗灯号,同时收罗和处置所有毛病单位反应返来的毛病信息。新风光JD-BP38系列变频器接纳高机能的主控体系,控制器接纳32位DSP,运转速度能够到达150MIPS,充足完成一些较庞大的掌握算法。同时其有6路自力的PWM输出、2个异步串行通信口、16通道12位AD输入,内置了36k的RAM和256k的Flash存储器,能够寄存较大范围的法式。线路板接纳大规模集成电路和外表焊接手艺,体系具有极高的可靠性。
  (2)不间断电源UPS
  UPS不间断电源,安装在掌握柜的底部,属于纯在线式,当内部供给的掌握电源220VAC一般时,UPS提供给控制系统不变的220V电源,当内部电源掉电时,操纵设想的电源冗余体系,响应的掌握电继电器行动,转到变压器的二次绕组220V持续供给掌握电源,UPS不间断事情,供给不变的电源。只要当掌握电和高压电同时掉电后,UPS操纵本身的电池可持续给体系供电30min,同时变频器给出报警旌旗灯号,用户应尽快规复掌握电源。
  (3)内置PLC
  变频器经由过程内置PLC实现内部开关旌旗灯号以及现场操纵旌旗灯号和形态旌旗灯号的逻辑处置,加强了变频器现场使用的灵活性。对开关量的数目不能满意要求时,能够用数字量扩大模块来实现。PLC作为一种手艺成熟的产业控制元件,为变频器的现场使用供给灵敏的接口和可靠性包管。
  高压变频器的控制系统尺度接口如图2所示:

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  3.3 功率柜
  功率柜次要用于安装功率单位,实现单位的串连叠加三相输出。功率单位是利用功率电力电子器件停止整流、滤波、逆变的高压变频器部件,也是组成高压变频器主回路的次要部门。每一个功率单位都相当于一台交-直-交电压型单相高压变频器。每一个功率单位由H桥组成,输出一组SPWM波,每相8个单位,经由过程叠加输出一组17个电平的正弦波;统一相中的每一个功率单位的采样频次分歧,用同一个载波停止调制,载波相差1/N个采样周期。
  当功率单位呈现过流、过压毛病时,变频器立刻封闭该单位的输出,经由过程软件掌握,使功率单位输出电流能够经全桥逆变电路上桥臂,大概下桥臂构成电流回路实现将该单位旁路。
  功率柜顶部设置冷却风机,挑选德国EBM的风机,由移相变压器二次检测绕组220V供电,经由过程断路器由PLC掌握功率柜风机的启动,当变频器启动频次运转时,风机启动。
  3.4 变压器柜
  变压器柜次要由移相变压器、温控仪、冷却风机等部件组成。
  移相变压器的道理:将高压电源变更为副边互相绝缘的多组高压,各副边绕组在绕制时接纳延边三角形的接法,相互之间有必然的相位差。移相变压器示意图如图3所示。

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  4空压机变频革新主回路
  按照现场要求,此体系接纳双电源一用一备两套变频器,如图4所示。

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  本体系接纳一用一备两台空气压缩机,1#、2#变频器别离掌握一台空气压缩机,如许1#体系与2#体系互为备用,包管系统安全一般运转。
  此体系接纳双回路电源供电,1#母线与2#母线别离来自两个差别的变压器电源。K3为母线联系刀闸,当1#大概2#电源此中任何一起电源断电的状况下,K3刀闸闭合,使得1#、2#变频器供电电源一般。K1、K2为两台高压断绝开关,为确保1#、2#电源不发作短路,K1、K2、K3接纳电磁互锁操动机构,实现电磁和机器互锁。K4、K5为两台高压断绝开关,别离向1#、2#变频器供电。K1、K4闭合,K2、K3、K5断开,1#母线供电,1#变频器运转;K1、K3、K4断开,K2、K5闭合,2#母线供电,2#变频器运转。
  1#变频器与2#变频器互为备用,当此中一台变频器毛病时,两外一台变频器疾速投入运转。此时毛病变频器从高压中断绝出来,便于检验、保护和调试。
  另外,为了包管安全,变频器高压连跳旌旗灯号和上一级的高压断路器也实现互锁,变频器高压连跳串入上一级高压断路器的脱扣线圈,变频器呈现毛病时,上一级的高压断路器断开,实现高压毛病连跳功用。
  5 空压机变频体系掌握道理及主要参数设置
  5.1空压机变频掌握道理

  在管道供气体系中,最根本的掌握工具是流量,供气体系的根本使命就是要满意用户压力需求状况下对流量停止调理的需求。以是,连结管道中的气压恒定,包管该处供气才能刚好满意用气需求,这就是恒压供气体系所要到达的目标。
  空气压缩机接纳变频调速手艺停止恒压供气掌握时,体系道理框图如图5所示。

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  变频器将管网压力作为掌握工具,装在储气管出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为4~20mA电信号送给PID调节器,与压力给定值停止比力,并按照差值的巨细按既定的PID掌握模式停止运算,发生掌握旌旗灯号去掌握变频器的运转频次,从而调解电动机的转速,那么空压机输出响应的压缩空气至储气罐,使之压力变革,直到管网压力与给定压力值不异,从而使实践压力始终保持在给定压力。
  5.2变频器主要参数设置
  利用前,需对变频器的以下功用停止预置:
  (1)PID设定,PID设定通道设为:0,HMI,即变频器压力闭环设定经由过程通讯给定;PID反应通道设为:1,AI2,即变频器闭环压力反应经由过程主控板的AI2端子给定;PID构造为2,比例+积分,PID掌握比例增益和积分增益同时起作用;P取0.50,I取10.0s。
  (2)上限频次,因为空气压缩机的转速普通不允许超越额定值,故?H≤?N,式中 ?H—设置上限频次,?N—额定频次,?H这是取50Hz。
  (3)下限频次,空气压缩机接纳变频调速后,其下限频次的预置要视压缩机的机种的工况而定,一般说来,其范畴约为30Hz≤ƒL≤40Hz,式中ƒL—设置下限频次,这里取30Hz。
  (4)加、减速工夫,空气压缩机偶然需求在储气罐曾经有必然压力的状况下启动,这时候凡是要求快一点加快,故加快工夫应尽量收缩(以启动历程不因过电流而跳闸为原则);减速工夫可参照加快工夫停止预置(以制动历程不因过电压而跳闸为原则),变频器设置上升、降落工夫为60s。
  (5)升、降速方法,空气压缩机对升、降速方法无特殊要求,可设置为线性方法。
  用户现场需求压力为0.70Mpa。当用户用宇量削减,储气罐压力将上升,此时变频器频次将降落。可是,因为变频器降落到目的频次需求几秒钟工夫。这段时间内,空压机持续做功,储气罐压力将持续上升到0.75Mpa,反之,当用户用宇量增长时,几秒钟内储气罐压力将会降落到0.65Mpa。如许一样会形成空压机频仍加载、卸载。按照现场状况,设置空压机卸载界线为0.75Mpa,加载界线为0.65Mpa,也就是说当储气罐压力在0.65~0.75Mpa范围内,空压机不需要加载、卸载,而是由变频器调理机电转速,那么空压机输出响应的压缩空气至储气罐,使之压力变革,直到管网压力与给定压力值不异,从而使实践压力始终保持在给定压力。
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  在实践运转中,我们比力了革新前后的运转状况:革新前,空气压缩机常常是加载卸载,加载运行时电流为25A,卸载运转时电流为12A,革新后,空气压缩机运转频次常在41Hz阁下,运转电流为15~22A,根本没有卸载工夫。如许节流大量的电能,耽误了装备的使用寿命。该体系于2013年5月28日安装调试终了,而且安全运转到至今。
  (1)节约能源使运转本钱低落
  经由过程变频技术改造后空压机运行本钱低落20%,再加上变频起动后对装备的打击削减,保护和维修量也跟从低落,以是运转本钱将大大低落。经由过程测算,运转一年节省的成本费用就能够发出革新的投资。
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  变频控制系统具有准确的压力掌握才能。使压缩机的氛围压力输出与用户氛围体系所需的宇量相婚配。变频掌握压缩机的输出宇量跟着机电转速的改动而改动。因为变频掌握机电速度的精度高,能够使管网的体系压力连结根本恒定。
  (3)片面改进压缩机的运转机能
  变频器软启、软截至,从而削减对压缩机的电气部件和机器部件所形成的打击,加强体系的可靠性,使压缩机的使用寿命耽误。变频调速革新后,机电运转速度较着减慢,从而有效地降了空压机运行时的噪声。现场测定表白,噪声与原体系比力均匀降落约10dB。
  7结束语
  山东新风光电子科技发展有限公司消费的JD-BP38-400F型高压变频器在登封市君鑫煤业公司空压机投运以来,其机能不变、节能结果较着,能够按照井下用风量的多少停止调理空压机转速,提高了空压机运行的经济性。
  在煤矿的压风体系中使用高压变频器节能革新,是国度鼎力倡导节能降耗不成短少的手艺手腕。除此之外,变频器对空压机的不变运转也起偏重要感化。高压变频器愈来愈普遍地使用在电力、冶金、石化、水泥、矿山等高压机电驱动的各个行业。

 

 

 

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