CN202125419U - 空压机变频节电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及空压机技术领域，空压机变频节电装置，其包括空压机、储气罐、变频器、工频旁路接触器、可编程控制器、文本显示器、压力变送器、温度传感器及相关保护辅助元件组成。电网电源连接到变频器输入端，其输出端通过交流接触器连接空压机电机，工频旁路接触器与变频器并联，防止变频器故障时可采用工频方式运行空压机。电动机驱动空压机产生气源送至储气罐，储气罐及相关管路上设置的压力变送器、温度传感器及相关保护辅助元件将压力、温度等相关参数反馈至可编程控制器信号采集端，文本显示器通过通迅接口于可编程控制器、变频器进行通迅。本装置可实现压力闭环控制，达到恒压供气及节电目的。

Description

空压机变频节电装置

所属技术领域

本实用新型涉及空气压缩机技术领域，尤其是用于空气压缩机自动控制及节电系统。 

背景技术

空气压缩机广泛应用于各领域，我国大部分空压机控制方式较为落后，保护功能单一，其采用三相异步电动机Y-Δ启动方式，工频恒速运行，压力和流量的调节靠阀门和旁通完成，控制精度较低。由于工业设计时，压缩空气供应系统必须按工厂负荷最大时设计，并且留10-20％设计余量，事实上很多空压机是不会运行在满负载状态下的，并且随着工厂实际生产需求的波动，用气量存在较大的浮动，所以现有空压机控制方式就会产生能量浪费，从而造成效率低下。 

发明内容

本设计主要针对现有空气压缩机控制方式、保护功能及节能措施不足，而提出一种可实现压力闭环控制，达到恒压供气目的的空压机变频节电装置。该装置可提高空压机供气质量、增强空压机保护功能、延长设备使用寿命、节省大量电能。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：空压机变频节电装置由矢量变频器、工频旁路接触器、空压机、储气罐、压力变送器、温度传感器、可编程控制器、文本显示器及相关保护辅助元件组成，其特征是：电网三相电源连接矢量变频器输入端，其输出端与空压机相连接，工频旁路接触器与矢量变频器并联，空压机产生压缩空气送至储气罐，储气罐上设置压力变送器、温度传感器，将压力、温度转换成电信号反馈至可编程控制器，可编程控制器控制矢量变频器、工频旁路接触器、空压机的工作状态，并与文本显示器通过RS485通迅方式进行双向通迅，文本显示器与矢量变频器通过RS485通迅方式进行通迅。本文所述矢量控制变频器采用开环矢量控制变频器，压力变送器采用扩散硅压力变送器，温度传感器采用pt100热电阻做为热敏传感元件。 

本实用新型具有如下优点： 

1)节约电能：与其它控制方式相比，本装置通过供气压力与电动机转速的动态匹配，使电机输出的功率与气体流量需求基本上成正比关系，始终使电动机高效率工作，以达到明显的节电效果，节电率达25％以上。 

2)提高控制精度：由于本装置采用了具有精确压力控制能力的变频技术来控制空压机的气体输出量，使空压机的控制精度大幅提高，它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg变化范围，也就是0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。 

3)加强了空压机的保护功能：本装置配置的可编程控制器与其配套的文本显示器具有控制与保护、温度显示与保护、相序保护、电机保护、压力控制、运行记录功能，保证了空压机安全、高效运行。 

4)延长了空压机的使用寿命：本装置采用变频方式起动空压机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对空压机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。 

此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，本装置能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。 

图2是本实用新型的电路原理图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明，见图1所示，矢量变频器(1)输入端与电网相连接，输出端与空压机(3)相连接，矢量变频器(1)驱动空压机(3)运行，工频旁路接触器(2)与矢量变频器(1)并联，防止变频器故障时可采用工频旁路方式运行空压机。空压机(3)产生压缩空气通过管路送至储气罐(4)，储气罐(4)内的气体通过管路送至用气设备为其提供气源。储气罐(4)上安装有压力变送器(5)、  温度传感器(6)将储气罐(4)内的气体压力、温度转换成电信号送至可编程控制器(7)信号采集端，可编程控制器(7)通过RS485通讯方式与文本显示器(8)进行双方通讯，文本显示器(8)通过RS485通讯方式读取矢量变频器(1)的相关参数。操作人员可通过文本显示器(8)上的按键对相关操作参数进行设定，可编程控制器(7)读取到设定参数、变频器相关参数后与压力变送器(5)、温度传感器(6)传输来的压力、温度信号进行比较计算后，控制矢量变频器(1)的起动、停止、频率变化；控制工频旁路接触器(2)的起动、停止；控制空压机(3)内部散热风机的起动、停止及加载电磁阀的加载、卸载。文本显示器(8)可显示及记录可编程控制器采集到的相关重要参数及矢量变频器(1)的相关参数。以上形成了空压机变频节电装置恒压供气闭环控制系统。 

结合图2所示本装置在螺杆空压机上的典型实施例，对其电气控制原理进行说明。 

1)节电变频运行控制方式：操作人员通过文本显示器(Text Display)按键将运行方式设定为“变频”方式，并设定“变频工作压力”“频率上限”“频率下限”“加载压力”“卸载压力”“空车频率”参数后，按“ON”键起动主机，主机起动过程为：KM1、KM2得电，延时1秒钟后，可编程控制器(PLC)输出触点37、40端子接通，控制矢量变频器(VVVF)起动，可编程控制器(PLC)13号端子输出电流信号控制矢量变频器(VVVF)的运行频率，矢量变频器(VVVF)驱动空压机电动机(M1)运行，空压机电动机(M1)起动完成后，可编程控制器(PLC)30号端子内部输出触点接通加载电磁阀(F1)得电，空压机加载运行，储气罐压力开始升高，当气压升高超过设定的“变频工作压力”值时，可编程控制器(PLC)13号端子输出电流值降低控制矢量变频器(VVVF)降低频率运行，电机转速降低，从而减小储气罐压力。但是如果储气罐压力未超过设定的“卸载压力”值时，可编程控制器(PLC)控制矢量变频器(VVVF)输出变频频率最小值为设定的“频率下限”值。当储气罐压力低于设定的“变频工作压力”值时，可编程控制器(PLC)通过13号端子控制矢量变频器(VVVF)增加运行频率，电机转速增加，从而增加储气罐压力，但是可编程控制器(PLC)控制矢量变频器(VVVF)输出变频频率最大值为设定的“频率上限”值。当储气罐压力增加超过设定的“卸载压力”值时，可编程控制器(PLC)控制矢量变频器(VVVF)输出变频频率降低至“空车频率”值，并使30号端子内部触点断开，使加载电磁阀(F1)失电，只有储气罐压力值低于设定的“加载压力”值后，可编程控制器(PLC)才会重新控制加载电磁阀(F1)得电，并控制矢量变频器(VVVF)增加输出频率。 

2)工频运行控制方式：操作人员通过文本显示器(Text Display)按键将运行方式设定为“工频”方式，并设定“加载压力”“卸载压力”“空车时间”参数后，按“ON”键起动主机，主机起动过程为：KM4、KM3得电(星形起动状态)，延时6秒钟后，KM3失电，KM1得电(角形起动运行)，起动过程中，所有电磁阀一直失电，实现空车起动。空压机电动机(M1)起动到角状态后延时2秒钟，可编程控制器(PLC)30号端子内部输出触点接通加载电磁阀(F1)得电，空压机加载运行，储气罐压力开始升高，当气压升高超过“卸载压力”值时，可编程控制器(PLC)30号端子内部输出触点断开使加载电磁阀(F1)失电，空压机空车运行。如果在规定的“空车时间”内，储气罐压力又降低到设定的“加载压力”值，可编程控制器(PLC)控制加载电磁阀(F1)又得电，空压机又正常压缩空气，提高储气罐压力。如果空载运行时间超过设定的“空车时间”，储气罐压力没有降到“加载压力”值，可编程控制器(PLC)将自动控制空压机电动机(M1)停止工作，实现空车过久自动停机。只有当储气罐压力降到“加载压力”值以下，可编程控制器(PLC)又自动按起动过程控制空压机电机(M1)起动运行，如此往复循环。 

3)安全保护： 

A.风机温度控制：可编程控制器(PLC)7、9号输入端子外接温度传感器(WD)将排气温度转换成电信号送入可编程控制器(PLC)，当排气温度高于设定的“风机起动温度”而空压机电动机(M1)主回路有电流时，可编程控制器(PLC)31号端子内部触点接通KM5得电，冷却风机(M2)运行； 

当排气温度低于设定的“风机停机温度”时，可编程控制器(PLC)31号端子内部触点断开KM5失电，冷却风机(M2)停止运行。 

B.对电机的保护：可编程控制器(PLC)通过23、24、25输入端子采集A、B、C三相电源相序，实现对电动机的相序保护，防止空压机电动机反转；通过1、2、3、4、5、6输入端子采集CT1、CT2  转换的空压机主电机(M1)冷却风机(M2)主回路电流信号，实现对电动机短路、过载、堵转、三相不平衡保护。 

C.变频器故障保护：当变频器出现故障时，可编程控制器(PLC)通过14号输入端子采集到来自变频器故障的开关信号，可编程控制器(PLC)控制空压机停机。 

D.紧急停机：如遇紧急情况，按下紧急停机按钮(JT)立即切断接触器电源，可编程控制器(PLC)立即停机。 

E.安全提示：可编程控制器(PLC)通过15、16、17号输入端子采集来自空压机空滤、油分、油滤的开关信号，以监测空滤器、油分器、油滤器是否阻塞，如检测到上述器件有阻塞现象，文本显示器(Text Display)上将有相应安全提示。 

Claims (3)

1.空压机变频节电装置，它包括矢量变频器(1)、工频旁路接触器(2)、空压机(3)、储气罐(4)、压力变送器(5)、温度传感器(6)、可编程控制器(7)、文本显示器(8)，其特征是：电网三相电源连接矢量变频器(1)输入端，其输出端与空压机(3)相连接，工频旁路接触器(2)与矢量变频器(1)并联，空压机(3)产生压缩空气送至储气罐(4)，储气罐(4)上设置压力变送器(5)、温度传感器(6)，将压力、温度转换成电信号反馈至可编程控制器(7)，可编程控制器(7)控制矢量变频器(1)、工频旁路接触器(2)、空压机(3)的工作状态，并与文本显示器(8)通过RS485通迅方式进行双向通迅，文本显示器(8)与矢量变频器(1)通过RS485通迅方式进行通迅。

2.根据权利要求1所述的空压机变频节电装置，其特征是：所述压力变送器(5)为扩散硅压力变送器，所述温度传感器(6)为pt100热电阻。

3.根据权利要求1所述的空压机变频节电装置，其特征是：所述矢量变频器(1)为开环矢量控制变频器。

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