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| 【變頻器】英威騰變頻器在螺桿式空壓機上的應用 |
| （時間:2012-2-29 10:01:53） |
一、螺桿式空壓機及其傳統的控制方式介紹
螺桿式空壓機取代易損件多、可靠性差的活塞式空壓機，已經成為必然趨勢。目前西方發達國家螺桿空壓機市場占有率為80%，并持續保持上升勢。
空壓機系統傳統的控制方式一般由電機運行控制和加卸載供氣控制方式組成。電機運行控制依靠接觸器和斷開和吸合來實現。加、卸載供氣控制方式為進氣閥開關控制方式，即壓力達到上限時關閥，壓縮機空載運行；壓力抵達下限時開閥，壓縮機加載運行。空氣壓縮機的排氣量和壓力，在運轉中是不斷變化的，常因工況變化導致用氣量變化，所以空氣壓縮機工作時總是在重復滿載－卸荷工作方式。滿載時的工作電流接近電動機的額定電流，卸荷時的空轉電流約為30-50％電動機額定電流。
這樣的工作方式必然產生出諸多弊端，如：
1，起動電流很大，對電網的穩定及其它用電設備的產生巨大的沖擊；
2，電動機及壓縮機經常的啟停，對于機械部件和氣路及元器件沖擊很大，增加空壓機和供氣系統的維護工作和成本，同時影響系統的使用壽命；
3，經常卸載和加載的方法來調節.這樣使整個氣網壓力經常變化,不能保持恒定的供氣壓力，在一定程度上間接的影響了產品生產質量；
4，卸載時電機在工頻下空載運行，加載時因為壓力上限值的原因，電機要在超出系統壓力的水平的負載水平上運行，因此這兩個工作狀態都會對產生能源的浪費，而當供氣需求變化較大時，產生的浪費尤為明顯。據有關資料統計顯示，空壓機負載率平均僅為60%。
二、變頻調速和恒壓供氣
針對傳統供氣控制方式存在的諸多問題，原來越多的空壓機廠商開始應用變頻調速技術進行恒壓供氣控制。
采用恒壓供氣方案時，一般以管網壓力作為控制對象，壓力變送器將儲氣罐的壓力P轉變為電信號送給空壓機控制器，控制器將采集來的壓力與壓力設定值作比較，并根據差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號送至變頻器，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力始終接近設定壓力。這樣的工作模式可以顯著地提高壓縮空氣質量和電能的利用率。同時，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來啟動，實現了軟啟動，避免了電機的頻繁啟停給空壓機帶來的機械沖擊，同時減小沖擊電流對電網的影響。
廣州某空壓機廠商一直以來致力于提供高可靠性低能耗的空壓機產品，長期以來，其恒壓供氣產品均使用交流異步電機，隨著對節能更加重視，嘗試采用效率更加高的永磁同步電機為壓縮機提供動力。永磁同步電機的滿載效率可以達到94%，而普通異步電機效率一般為88%。
和異步電機相比，同步電機的變頻驅動一直是一個充滿挑戰的課題，英威騰電氣股份有限公司推出的Goodrive300(以下簡稱為GD300)系列變頻器能具備驅動多種電機的能力，包括異步電機、永磁同步電機。支持V/F控制、無PG開環矢量控制控制模式；具備自動電壓調整、轉速追蹤啟動、自動限流故障保護（包括缺相、過/欠壓、過流、過載等保護功能）等功能；提供標準的RS485接口支持MODBUS-RTU的通信協議。GD300變頻器能很好的支持客戶采用同步機實現恒壓供氣的方案。
三、變頻系統的組成及調試
客戶采用定制的空壓機系統控制器作為對整個空壓機系統的控制中樞，GD300變頻器采用端子控制、模擬量給定頻率的控制方式；對同步電機采用無PG矢量控制模式；故障信號通過繼電器輸出送至系統控制器；系統控制器采用RS485總線通過MODBUS-RTU方式讀取變頻器的狀態值（輸出頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出功率及故障代碼等）。
客戶選用的型號具體為GD300-022G-4，其技術參數如下表：
變頻器型號
額定輸入電流
額定輸出電流
額定輸出功率
GD300-022G-4
56A
45A
22KW
針對客戶的控制系統的要求，對GD300變頻器部分參數進行設定，下表中列出部分關鍵參數：
序號
功能代碼
名稱
設定值
說明
1
P00.00
速度控制模式
0
無PG矢量控制模式0
2
P00.01
運行指令通道
1
端子運行通道
3
P00.03
最大輸出頻率
200HZ
4
P00.04
運行頻率上限
190HZ
電機允許運行最大頻率
5
P00.06
A頻率指令選擇
1
模擬量AI1
6
P00.11
加速時間1
15S
7
P00.12
減速時間1
15S
8
P01.15
停止速度
20.00HZ
9
P2.00
電機類型選擇
1
同步電機
10
P05.01
S1端子功能選擇
1
正轉運行
11
P05.02
S2端子功能選擇
9
外部故障輸入
12
P05.03
S3端子功能選擇
7
故障復位
13
P05.31
AI1下限值
2.00V
對應模擬量輸入4-20mA
14
P06.04
繼電器RO2輸出選擇
5
變頻器故障
15
P14.00
本機通信地址
1
地址設定為1
16
P14.01
通信波特率
3
9600BPS
17
P14.02
數據位校驗設置
0
無校驗（N,8,1）fRTU
變頻器主回路及控制回路接線圖如下圖：
調試步驟：
1，電機自學習，按照電機銘牌輸入電機參數；電機和壓縮機安裝在一起，無法脫開負載，因此選擇靜止自學習；自學習結束后，檢查學習出來的參數，和銘牌比較偏差不大。
2，鍵盤控制運行，通過鍵盤設定頻率，啟動電機，能正常啟動，工作狀態正常，停止電機，狀態正常。
3，修改端子控制方式，接入系統，按控制系統指令自動運行，運轉正常。
四、效果分析
經過客戶測試，本設備予以肯定，對GD300驅動同步電機的能力表示滿意。
客戶繪制的測試效果如下圖所示：
結束語
目前空壓機控制系統以恒壓供氣方式為主要控制方式，在進一步追求節能效果的要求下，同步電機在空壓機系統上的應用會逐漸的發展起來，英威騰GD300變頻器強大完善的拖動能力為同步電機在空壓機上的廣泛應用提供了強大的技術基礎。
參考文獻：
1，《英威騰產品說明書Goodrive300變頻器》，V1.1。
關于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領先、受人尊敬的電氣傳動、工業控制、新能源領域產品與服務供應商，2010年在深交所A股上市。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業，總部員工1100多人，國內、外辦事處30余個，控股子公司9家，業務涉及電氣傳動、工業自動化、新能源、軌道交通牽引、礦用防爆、能源管理、樓宇智能等領域。在基礎業務變頻器領域，英威騰占據國內領先地位，擁有覆蓋高、中、低壓通用及各行業專用豐富的產品系列，產品在市政、塑膠、油田、化工、冶金、紡織、機床、礦山等行業廣泛應用，產品銷售遍布全球60多個國家和地區。
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