CN111472968A - 一种空压站的变频改造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空压站的变频改造方法，即在空压站相同型号的空压机中，选取任一台空压机改造成变频空压机，即在选取的空压机的电源和主电机之间安装一个变频器，且改造后的变频空压机具有变频和工频两套控制回路，如一套线路出现故障，自动切换到另一线路；在电源和主电机之间加设SK19变频，实现可调速度运行；微电脑控制器代替原有的人机界面，接受反馈来的流量、压力、温度，故障信号对变频器进行控制，原有的保护功能、加卸载方式不变；空压机经变频改造，可节约能源，耗电节能25％以上。提高供气量，降低运行成本，提高压力控制精度，压力8.0±0.1kg/cm2(原机公差为±0.5以上)延长压缩机的使用寿命。
Description
【技术领域】
本发明涉及变频节能技术领域，具体涉及一种空压站的变频改造方法。
【背景技术】
空压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一定压力的设备，简单地说空压机就是一种提供压缩空气的机器，担负着为工厂所有气动部件提供气源的职责，它在国民经济和国防建设的许多部门中应用极广，特别是在纺织、化工、动力等工业领域中已成为必不可少的关键、核。设备，尤其是螺杆式的空气空压机几乎所有的工业领域都在广泛应用，成为压缩空气的主流产品。
空压机发展至今，其机械结构方面原理是成熟的，但大部分空压机自身仍存在着明显的技术弱点，如：传统的空压机供气控制方式几乎全部是采用加载、卸载的控制方式，由于频繁加、减载，电动机在工频启动时，电机功率大，启动电流大，对电网的冲击大，工作条件恶劣，设备寿命短，调节速度慢，自动化程度低等。且据不完全统计，我国电能的60％是被各行各业中广泛使用的大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)所消耗，而空压机则占了60％耗电量中的15％左右。另据权威机构调查，空气压缩系统在五年的总成本中，运转能源消耗费用占约79％，压缩系统初期购置费用仅占总成本的约12％，因而只有设法最大限度地降低空压机高额的运转能源消耗费用，才能从根本土降低企业的运营成本，提高企业的竞争力。
空压机工频运行和变频运行的比较空压机电机功率一般较大，启动方式多采用空载(卸载)Y-△角启动，加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流(4～7倍)，加载和卸载时对设备机械冲击较大：不光引起电源电压波动，也会使压缩气源产生较大的波动：同时这种运行方式还会加速设备的磨损，降低设备的使用年限。由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接通过压力或流量的变动来实现降速调节与之匹配的输出功率，电机不允许频繁启动，因此气压达到设定压力时空载运行，电能浪费巨大。变频调速技术具有显著的节电效果以及优良的调速性能，且适用性广，安全可靠性强，足以延长设备使用寿命，如若对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限，同时由于电机运行频率可变，实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，从而较大幅度减小电动机的运行功率，使得供气系统气压维持恒定，便可以实现节能的目的。
【发明内容】
为解决上述问题，提出了一种空压站的变频改造方法，空气机经变频改造，可节约能源，提高供气量，降低运行成本，提高压力控制精度，延长压缩机的使用寿命，降低空压机的噪音，并提高功率因数，最大限度地降低空压机高额的运转能源消耗费用，从根本上降低企业的运营成本，从而提高企业的竞争力。
本发明的技术方案如下：
一种空压站的变频改造方法，包括如下步骤：
(1)在空压站相同型号的空压机中，选取任一台空压机改造成变频空压机，即在选取的空压机的电源和主电机之间安装一个变频器，且改造后的变频空压机具有变频和工频两套控制回路，如一套线路出现故障，自动切换到另一线路；所述改造后的变频空压机同其它的普通空压机配合使用；
(2)将步骤(1)中选取的空压机原有的用接触器的Y-△启动运行；
在电源和主电机之间加设SK19变频，实现可调速度运行；
微电脑控制器代替原有的人机界面，接受反馈来的流量、压力、温度，故障信号对变频器进行控制，原有的保护功能、加卸载方式不变；
(3)变频器的的线路连接特征如下：
所述变频器的交流进线端子R、S、T串联连接电源L1、L2、L3，所述变频器的出线端子U、V、W串联连接主电机；
所述变频器多功能继电器输出端子FB串联进气阀电磁阀线圈接火线L，所述变频器的多功能继电器输出端子KA串联KM1接触器线圈与电源火线L相连。继电器输出端子FC和FB端子，由短路片连接与零线N相连。
微电脑控制器RS485通讯口与所述变频器通讯信号端子RS+、RS-、GND连接，进行通讯。
启动端子FOR、COM由微电脑控制器控制；启动按钮S1接D11，风机故障热继电器保护开关FR1接D12，相序错误K1接D13，PTC保护接D14，其中(FOR,D11,D12,D13,D14为数字量端入端子。采用NPN输入，直流电压大于19V逻辑为0，直流电压小于14V逻辑为1。V1、AI模拟量输入端子分别接温度信号，压力信号，通过软件选择模拟量输入通道均可配置为0-20MA。输入通道电流输入阻抗小于500Ω。
(4)基本工作原理：
由于空压机马达的转速与空压机的实际消耗功率成一次方关系，降低马达转速，将减少实际消耗功率；空压机安装变频器带动马达打气是力感应器即时感应系统中实际气压和用气量；在不改变空压机马达的转矩(即拖动负载能力)的前提下来即时控制马达转速(即输出功率)；经由改变压缩机转速来响应系统压力的变化，并保持稳定的系统压力设定值为0.8bar/cm2；以实现高品质压缩空气的按需输出，当系统消耗风量降低时，此时压缩机提供的压缩空气大于消耗量，变频式压缩机马达会降低转速，输出功率减少；同时减少压缩空气的风量，反之，则提高压缩机马达运转速度增加。增大压缩空气的风量，以保持稳定的系统压力值。它根据实际负载的变化控制输入的电压频率。
微电脑控制器：
(1)微电脑控制器的功能模块：
1)相序保护：主电机缺相不平衡过载保护，温度保护两路RS455通讯接口，1路联控，1路变频通信。
2)预警功能：空气过满眼器预警，油过滤器预警，油分离器预警，排气温度预警。
3)联动控制：支持modbus RTU协议，可做从机与别的设备通信，支持03、06号modbus指令，通信波特率9600，1起始位，8数据位，1停止位，偶校验；
(2)控制变频器运行原理
控制器1路485接口于变频器通信，通过RS485发送命令控制变频器启停，将PID运算得到的输出频率，通过485接口发给变频器，调节变频输出频率，实现恒压恒温控制，485通讯控制变频器运行时，使输速率9600，主机变频地址0001，风机变频地址0002。
进一步地，变频器的输出频率设置范围25-50Hz。
进一步地，改装主电机冷却装置，使电机线圈温度不超过95℃，电机表面温度不超过80℃。
进一步地，变频器输入端设有抑制电磁干扰装置。
【附图说明】
图1为本发明的空压机电路连接示意图；
图中：1、进气过滤器；2、进气阀；3、主电机；4、主机；5、温度传感器；6、油气通；7、油气分离芯；8、排油球阀；9、安全阀；10、油过滤器；11、油冷却器；12、单向节流阀；13、最小压力阀；14、后冷却器；15、压力传感器；16、二位二通阀；17、散热电机；18、变频器
图2为本发明的变频器和微电脑控制器电路连接示意图；
图3为本发明的系统模块框架图；
图4为本发明的微电脑控制器功能菜单显示图；
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的技术方案如下：
一种空压站的变频改造方法，包括如下步骤：
(1)在空压站相同型号的空压机中，选取任一台空压机改造成变频空压机，即在选取的空压机的电源和主电机之间安装一个变频器，且改造后的变频空压机具有变频和工频两套控制回路，如一套线路出现故障，自动切换到另一线路；所述改造后的变频空压机同其它的普通空压机配合使用；
(2)将步骤(1)中选取的空压机原有的用接触器的Y-△启动运行；
在电源和主电机之间加设SK19变频，实现可调速度运行；
微电脑控制器代替原有的人机界面，接受反馈来的流量、压力、温度，故障信号对变频器进行控制，原有的保护功能、加卸载方式不变；
(3)变频器的的线路连接特征如下：
所述变频器的交流进线端子R、S、T串联连接电源L1、L2、L3，所述变频器的出线端子U、V、W串联连接主电机；
所述变频器多功能继电器输出端子FB串联进气阀电磁阀线圈接火线L，所述变频器的多功能继电器输出端子KA串联KM1接触器线圈与电源火线L相连。继电器输出端子FC和FB端子，由短路片连接与零线N相连。
微电脑控制器RS485通讯口与所述变频器通讯信号端子RS+、RS-、GND连接，进行通讯。
启动端子FOR、COM由微电脑控制器控制；启动按钮S1接D11，风机故障热继电器保护开关FR1接D12，相序错误K1接D13，PTC保护接D14，其中(FOR,D11,D12,D13,D14为数字量端入端子。采用NPN输入，直流电压大于19V逻辑为0，直流电压小于14V逻辑为1。V1、AI模拟量输入端子分别接温度信号，压力信号，通过软件选择模拟量输入通道均可配置为0-20MA。输入通道电流输入阻抗小于500Ω。
(4)基本工作原理：
由于空压机马达的转速与空压机的实际消耗功率成一次方关系，降低马达转速，将减少实际消耗功率；空压机安装变频器带动马达打气是力感应器即时感应系统中实际气压和用气量；在不改变空压机马达的转矩(即拖动负载能力)的前提下来即时控制马达转速(即输出功率)；经由改变压缩机转速来响应系统压力的变化，并保持稳定的系统压力设定值为0.8bar/cm2；以实现高品质压缩空气的按需输出，当系统消耗风量降低时，此时压缩机提供的压缩空气大于消耗量，变频式压缩机马达会降低转速，输出功率减少；同时减少压缩空气的风量，反之，则提高压缩机马达运转速度增加。增大压缩空气的风量，以保持稳定的系统压力值。它根据实际负载的变化控制输入的电压频率。
微电脑控制器：
(1)微电脑控制器的功能模块：
1)相序保护：主电机缺相不平衡过载保护，温度保护两路RS455通讯接口，1路联控，1路变频通信。
2)预警功能：空气过满眼器预警，油过滤器预警，油分离器预警，排气温度预警。
3)联动控制：支持modbus RTU协议，可做从机与别的设备通信，支持03、06号modbus指令，通信波特率9600，1起始位，8数据位，1停止位，偶校验；
(2)控制变频器运行原理
控制器1路485接口于变频器通信，通过RS485发送命令控制变频器启停，将PID运算得到的输出频率，通过485接口发给变频器，调节变频输出频率，实现恒压恒温控制，485通讯控制变频器运行时，使输速率9600，主机变频地址0001，风机变频地址0002。
进一步地，变频器的输出频率设置范围25-50Hz。
进一步地，改装主电机冷却装置，使电机线圈温度不超过95℃，电机表面温度不超过80℃。
进一步地，变频器输入端设有抑制电磁干扰装置。
微电脑控制器
1、基本操作：
用户通过点击显示界面上“菜单”按钮或按下“>”进入菜单选择界面，用户通过此界面进入相应的参数查看与设置。
2、主要运行参数：
变频器预置：
主机变频：
节能改造效益：
节电效果计算：
| 空压机型号 | I#(普通机) | 2#(改为变频机) |
| 统计时间间 | 2018年6-10月 | 2019年6-10月 |
| 运行时间(小时) | 2796 | 3300 |
| 加载时间(小时) | 2079 | 1907 |
| 空载时间(小时) | 717 | 1393 |
| 加载率 | 74.36％ | 57.80％ |
| 空载率 | 25.64％ | 42.20％ |
2018年1#机6月-10月及2#机2019年6月-10月的实际运行记录如下：
| 项目 | 1#空压机(2018)(度) | 2#空压机(2019)(度) |
| 六月电量 | 79200 | 63496 |
| 七月电量 | 77784 | 64816 |
| 八月电量 | 76890 | 64607 |
| 九月电量 | 74562 | 62643 |
| 十月电量 | 73941 | 60472 |
总计节电：60768+5575＝66343度变频改造前5个月总用382377度
变频改造后5个月总用316034度
空压机节电率可达到(382377-316034)÷382377×100％＝17.4％
若按每度电为人民币0.95元计，则改造后空压机每5个月节电66343度，折合人民币：63025.85元。
每年平均节约电费为：151262.04元，可见变频改造后节电效果是极为显著的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种空压站的变频改造方法，其特征在于：所述改造方法的包括如下步骤：
(1)在空压站相同型号的空压机中，选取任一台空压机改造成变频空压机，即在选取的空压机的电源和主电机之间安装一个变频器，且改造后的变频空压机具有变频和工频两套控制回路，如一套线路出现故障，自动切换到另一线路；所述改造后的变频空压机同其它的普通空压机配合使用；
(2)将步骤(1)中选取的空压机原有的用接触器的Y-△启动运行；
在电源和主电机之间加设SK19变频，实现可调速度运行；
微电脑控制器代替原有的人机界面，接受反馈来的流量、压力、温度，故障信号对变频器进行控制，原有的保护功能、加卸载方式不变；
(3)变频器的的线路连接特征如下：
所述变频器的交流进线端子R、S、T串联连接电源L1、L2、L3，所述变频器的出线端子U、V、W串联连接主电机；
所述变频器多功能继电器输出端子FB串联进气阀电磁阀线圈接火线L，所述变频器的多功能继电器输出端子KA串联KM1接触器线圈与电源火线L相连。继电器输出端子FC和FB端子，由短路片连接与零线N相连。
微电脑控制器RS485通讯口与所述变频器通讯信号端子RS+、RS-、GND连接，进行通讯。
启动端子FOR、COM由微电脑控制器控制；启动按钮S1接D11，风机故障热继电器保护开关FR1接D12，相序错误K1接D13，PTC保护接D14，其中(FOR,D11,D12,D13,D14为数字量端入端子。采用NPN输入，直流电压大于19V逻辑为0，直流电压小于14V逻辑为1。V1、AI模拟量输入端子分别接温度信号，压力信号，通过软件选择模拟量输入通道均可配置为0-20MA。输入通道电流输入阻抗小于500Ω。
(4)基本工作原理：
由于空压机马达的转速与空压机的实际消耗功率成一次方关系，降低马达转速，将减少实际消耗功率；空压机安装变频器带动马达打气是力感应器即时感应系统中实际气压和用气量；在不改变空压机马达的转矩(即拖动负载能力)的前提下来即时控制马达转速(即输出功率)；经由改变压缩机转速来响应系统压力的变化，并保持稳定的系统压力设定值为0.8bar/cm2；以实现高品质压缩空气的按需输出，当系统消耗风量降低时，此时压缩机提供的压缩空气大于消耗量，变频式压缩机马达会降低转速，输出功率减少；同时减少压缩空气的风量，反之，则提高压缩机马达运转速度增加。增大压缩空气的风量，以保持稳定的系统压力值。它根据实际负载的变化控制输入的电压频率。
2.根据权利要求1所述的一种空压站的变频改造方法，其特征在于：
(1)微电脑控制器的功能模块：
1)相序保护：主电机缺相不平衡过载保护，温度保护两路RS455通讯接口，1路联控，1路变频通信。
2)预警功能：空气过满眼器预警，油过滤器预警，油分离器预警，排气温度预警。
3)联动控制：支持modbus RTU协议，可做从机与别的设备通信，支持03、06号modbus指令，通信波特率9600，1起始位，8数据位，1停止位，偶校验；
(2)控制变频器运行原理
控制器1路485接口于变频器通信，通过RS485发送命令控制变频器启停，将PID运算得到的输出频率，通过485接口发给变频器，调节变频输出频率，实现恒压恒温控制，485通讯控制变频器运行时，使输速率9600，主机变频地址0001，风机变频地址0002。
3.根据权利要求1所述的一种空压站的变频改造方法，其特征在于：变频器的输出频率设置范围25-50Hz。
4.根据权利要求1所述的一种空压站的变频改造方法，其特征在于：改装主电机冷却装置，使电机线圈温度不超过95℃，电机表面温度不超过80℃。
5.根据权利要求2所述的一种空压站的变频改造方法，其特征在于：变频器输入端设有抑制电磁干扰装置。
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