空气压缩机变频改造

李金林

空气压缩机变频改造

李金林

为进一步做好节能降耗工作、降低生产成本、提高企业经济效益,针对空气压缩机的工作特点,武汉武新新型建材股份有限公司对空压机控制系统进行了变频改造,有效地实现了节能,并降低了生产成本,具有一定的推广价值。

武汉武新新型建材股份公司是一家以磨细高炉矿渣粉、矿渣水泥的开发、生产、加工的绿色环保企业。空气压缩机是武汉武新新型建材股份公司重要设备之一,它生产压缩空气,用以矿粉生产、收集、发货。全公司共有空压机5台，每台功率为200kw，平时至少开3台备用2台，为24小时不间断运转，因此是“用电大户”。空压机的加、卸载供气控制方式为进气阀开关控制方式;采用“星—三角”降压启动,起动时对设备的冲击大，所以设备维护量大；起动时的电流也很大，影响其它用电设备的运行安全；而且空压机是连续运行，电机本身不能调速,电能浪费巨大。

空压机变频节能原理

由流体力学三定律可知，流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，功率与转速立方成正比。通过改空压机的转速来调节压缩空气流量，而阀门的开度保持最大开度。

Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)^2P1/P2=(N1/N2)^3

式中：Q—风量 ;：H—压力 ;：P—电机功率;n—电机转速。

由上式可知，当电机转速：降至额定转速的80%，则空压机供给管网风量降为80%，管网压力降为（64%），电消耗功率则降为（51.2%），去除电机机械损耗和电机铜、铁损耗等影响，节能效率也接近40%，这就是调速节能的原理所在。

因为交流电动机的转速n与供电频率f有以下关系:n=60f(1-s)/p式中：

n—电动机的转速,r/min;f—电动机的频率,Hz;p—电动机磁极对数;S—电动机转差率。

改变电机频率f即可改变电机的转速n。变频器就是通过改变电动机电源频率实现电机转速调节,并达到高效率、高性能的节能目的。

空压机变频改造方式

针对空压机原有运行方式的缺点,武新公司对空压机控制系统进行了变频改造，如图所示

为达到最佳的性价比，降低改造费用，采用一台变频器控制一台空压机的方案,压力变送器反馈压力至变频器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号调节变频器的输出频率，从而调节电动机的转速，使实际压力始终维持在给定压力，以达到节能的目的。整个控制过程如下：

用气需求↑——管路气压↓——压力设定值与返馈值的差值↑——PID输出↑——变频器输出频率↑——空压机电机转速↑——供气量↑——管路气压趋于稳定

具体改造方式为：改造前空压机全部是采用“星—三角”降压启动，工频50hz运行；正好公司有三台闲置的国产200kw的AMB变频器，不用花费太大的代价就可以对空压机进行变频改造。正常情况下，空压机在变频调速方式下工作；变频器一旦出现故障，由于正常生产是不允许空气压缩机停机的，因此，系统设置了工频与变频切换功能，这样当变频器出现障时，可由工频电源通过接触器直接供电，使空气压缩机照常工作。

另外，采用变频控制方案后，空压机实现了软启动，避免了启动时的大电流给电网产生冲击和对空压机产生的机械冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长及检修周期都得到了大大延长,运行成本将大大降低。由于空压机转速降低，使得产生的噪音也有所降低。

节约电费收益：改造前空压机工作电流为325A左右；改造后空压机平均电流为265A左右。

3台空压机每月用电量计算如下:

W=3UIcosΦ

W 前 =3×(3×220×325×0.85)×24×30÷1000=393822(kWh)

W 后 =3×(3×220×265×0.85)×24×30÷1000=321116.4(kWh)

每月节省电量=W前-W后=72705.6(kWh)

电费按0.7元/kWh计算,则每月可节省电费 =72705.6×0.7=50893.92(元 )，由于不需要另外购买变频器，一个月就可收回改造的费用。改造后，3台空压机一年即可节省电费约60万元，效益十分可观。

武汉武新新型建材股份有限公司）