空壓機變頻節(jié)能改造

1、畢業(yè)設(shè)計論文空壓機變頻節(jié)能改造 論文題目 空壓機變頻節(jié)能改造 學 號 061030536 姓 名 指導(dǎo)教師 職稱 副教授 職稱 市 校 分 校 教 學 班 摘要隨著全球一體化的加劇，人們已進入了微利時代，怎樣提高企業(yè)的競爭力是每個企業(yè)管理者面臨的最大考驗，據(jù)美國財富雜志報道，目前電費是制造業(yè)唯一未被控制的成本，而其中電費中相當部分是由被稱為幻影能源的空氣壓縮機所產(chǎn)生的。壓縮機作為制造廠最常用的設(shè)備之一，其所產(chǎn)生的廉價、適用的壓縮空氣能源倍受青睞，但據(jù)權(quán)威機構(gòu)調(diào)查，空氣壓縮系統(tǒng)在五年的總成本中，運轉(zhuǎn)能源消耗費用占約86%，壓縮系統(tǒng)初期購置費用僅占總成本的約8%，其高額的運轉(zhuǎn)能源消耗費用無形中增加

2、了企業(yè)的運營成本。然而運轉(zhuǎn)能源中的50%以上是可節(jié)省的，由于空壓機馬達的轉(zhuǎn)速與空壓機的實際消耗功率成一次方關(guān)系，降低馬達轉(zhuǎn)速將同比減少實際消耗功率，變頻空壓機是用壓力感測器即時感應(yīng)系統(tǒng)中實際氣壓和用氣量，通過電氣控制和變頻器控制，在不改變空壓機馬達轉(zhuǎn)矩的前提下來即時改變壓縮機轉(zhuǎn)速，從而起到節(jié)電效果。關(guān)鍵詞： 空壓機 頻率轉(zhuǎn)變 電力畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要title frequency conversion compressor abstractwith the accelerating of globalization, and the coming of minor profit er

3、a, enterprises are confronted with the biggest challenge of improving edge. according to the american magazine , the electricity expenditure is the only uncontrolled cost in manufacturing. and the air compressors witch is nicknamed as shadow energy consumes the majority of electricity.as one of comm

4、on facilities in manufacturing enterprises, air compressors are widely used due to their capacity of producing compressed air. however, an authoritative survey shows that air compressor system consumes about 86% of the total energy cost within five years compared with purchase price that only accoun

5、ts for 8% of total cost. this high volume of energy consummation invisibly increases enterprises operational cost.however, within the cost for energy, 50% can be saved. due to the relation between rotate speed and actual power of the air compressor engine are in direct ratio, to lower the rotate spe

6、ed of the engine will reduce the actual power expenditure. frequency conversion compressor detects actual air pressure and consumed air volume with a pressure sensor, and with precise coordination between electrical controller and frequency conversion controller, it will control the rotate speed of

7、the engine without changing the torque. and through the change of rotate speed, so as to reduce the electricity.keywords: air compressors frequency conversion electricity目 錄第一章 引言111 現(xiàn)況概述112 空壓機變頻化改造的必要性1第二章 cs121螺桿空壓機原理221 螺桿空壓機概述222 螺桿空壓機控制原理2221 空壓機動作過程2222 壓力和馬達運轉(zhuǎn)變化圖3第三章 變頻器概述和調(diào)速原理331 變頻器概述3311

8、變頻器的發(fā)展3312 變頻器的基本類型4313 變頻器控制方式簡介432 變頻器調(diào)速原理5321 變頻器調(diào)速原理5322 變頻器u/f調(diào)速5323 變頻器u/f不同控制方式6第四章 空壓機變頻系統(tǒng)741 變頻器選擇7411 變頻器控制方式選擇7412 變頻器容量選擇7413 變頻器品牌選擇8414 東元7200gs變頻器介紹842 控制設(shè)備介紹10421 icu5000s介紹10422 icu5000s基本運作10423 壓力傳感器（變送器）1143 變頻器主電路電器選擇12431 變頻器主電路12432 輸入變壓器12433 斷路器12434 電磁接觸器13435 交流電抗器1344 空壓機

9、變頻改造電路13441 變頻器控制電路圖13442 空壓機變頻器控制原理15第五章 變頻的安裝和接線1651 變頻器的安裝16511 安裝場所16512 使用環(huán)境16513 安裝方向和空間16514 變頻器與電機距離1752 變頻器的接線17521 主電路電纜和配線17522 控制回路電纜和配線18第六章 節(jié)電成效預(yù)測18結(jié) 論19參 考 文 獻208第一章 引言11 現(xiàn)況概述隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力等能源消耗越來越大，如何節(jié)約能源、減少消耗已成為每個國家、企業(yè)甚至個人都必須考慮的問題。我國風機、水泵、空氣壓縮機總量約4200萬臺，裝機容量約1.1億千瓦，但這些大功率耗能系統(tǒng)實際運行效率僅

10、為3040%，電能損耗巨大，這是由于許多風機、水泵、空氣壓縮機的拖動電機都是處于恒速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而生產(chǎn)中的風、水流量以及氣壓需求量卻處于變動狀態(tài)；另外，許多企業(yè)在進行系統(tǒng)設(shè)計時，容量選擇得比較大，系統(tǒng)匹配不合理，因而造成大量的能源浪費。江蘇統(tǒng)一馬口鐵有限公司主要生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品中的高精尖產(chǎn)品-電鍍錫板（俗稱馬口鐵），該材料可廣泛地用于食品、飲料包裝及電子、化工、五金加工等行業(yè)，公司主生產(chǎn)線配置2臺1995年產(chǎn)kaser cs121型普通螺桿空壓機，一備一用，功率75kw/臺。系統(tǒng)運行時存在以下問題：（1）主電機雖然星-角減壓起動，但起動時的電流仍然很大，對電網(wǎng)的穩(wěn)定和其它用電設(shè)備的運行安全有影響。（

11、2）主電機時常空載運行，屬非經(jīng)濟運行，電能浪費嚴重。（3）主電機工頻起動對設(shè)備的沖擊大，電機軸承等部件易磨損。（4）主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大等等。12 空壓機變頻化改造的必要性鑒于以上，對空壓機進行變頻節(jié)能改造是必要的，這樣不僅能夠節(jié)約大量的運行費用，降低生產(chǎn)成本，同時還可以減少設(shè)備維護費用。變頻器運用于傳統(tǒng)空壓機，可以根據(jù)安裝在儲氣包上的壓力傳感器即時感應(yīng)系統(tǒng)中實際氣壓和和用氣量，通過電氣控制和變頻調(diào)速，在不改變空壓機馬達轉(zhuǎn)矩的前提下即時控制馬達轉(zhuǎn)速，即輸出功率，經(jīng)由改變空壓機轉(zhuǎn)速來反應(yīng)系統(tǒng)壓力的變化，并保持穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力，實現(xiàn)高品質(zhì)壓縮空氣的按需輸出，并最終此達到節(jié)電的效果。

12、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的應(yīng)用越來越廣泛，它是一種較為成熟的高科技產(chǎn)品，越來越受到國內(nèi)外工程技術(shù)人員和管理人員的關(guān)注和重視，目前，新型空壓機大多已采用變頻控制，大大提高了效率和降低了能源消耗，例如：kaeser sfc 系列變頻控制螺桿空壓機等。空壓機變頻改造后的效益主要有：（1）節(jié)約能源。（2）維修等運行成本降低。（3）提高壓力控制精度。（4）延長壓縮機的使用壽命。（5）降低空壓機的噪音等。第二章 cs121螺桿空壓機原理21 螺桿空壓機概述cs121螺桿空壓機由德國kaeser公司制作，它采用在歐洲素有“金轉(zhuǎn)子”之稱的德國kaeser sigma形轉(zhuǎn)子，高效節(jié)能，主要組件有壓縮室和兩

13、根螺桿，運轉(zhuǎn)效率很高，工作原理簡述：壓縮機螺桿采用一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒、槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)螺桿式壓縮機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。22 螺桿空壓機控制原理221 空壓機動作過程壓縮機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，空壓機動作程序為：（1） 按下啟動按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動器線圈并打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進氣閥處于關(guān)閉位置，而排氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力。（2） 等降壓短暫時間后，由于壓差控制作用進氣閥打開，壓縮機開始加載運行，這時系統(tǒng)油氣分離器壓力開始上升。（3）

14、當系統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)上限值，即起跳壓力，控制器使進氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣閥打開放氣，壓縮機空載運行。（4） 直到系統(tǒng)壓力跌到壓力開關(guān)下限值后，即回跳壓力，控制器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機滿載運行。222 壓力和馬達運轉(zhuǎn)變化圖空載滿載馬達出力壓力下限上限t1時間12345t2說明：調(diào)整位于空壓機油氣分離器上的壓力開關(guān)，可以設(shè)定空壓機工作的上限和下限壓力；當系統(tǒng)壓力跌到壓力開關(guān)下限值時，空壓機滿載運行，見上圖斜線上升段；當系統(tǒng)壓力升到壓力開關(guān)下限值時，空壓機空載運行，見上圖斜線下降段；當空壓機持續(xù)空載時間（上圖1-2區(qū)段t1時間）超過預(yù)先設(shè)定的時間時，馬達停止運轉(zhuǎn)（上圖2-3

15、區(qū)段），空壓機在3-4區(qū)段則再次滿載啟動，4-5區(qū)段再次空載運行，并由于t2時間小于預(yù)先設(shè)定時間，故此區(qū)段馬達未停止運轉(zhuǎn)。第三章 變頻器概述和調(diào)速原理31 變頻器概述變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置，它的問世，使電氣傳動領(lǐng)域發(fā)生了一場技術(shù)革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速，交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和便于自動控制等諸多優(yōu)勢，是公認的最具發(fā)展前途的調(diào)速方式。311 變頻器的發(fā)展變頻器技術(shù)隨著微電子學、電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制理論等的不斷發(fā)展而發(fā)展，其應(yīng)用越來越普及。電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)，自1956年起，先后出現(xiàn)了晶閘管、門極

16、可關(guān)斷晶閘管（gto）、電力晶體管（gtr）、電力mos場效應(yīng)管（mosfet）、絕緣珊雙極型晶體管（igbt）和智能功率模塊（ipm）等電力電子器件，為變頻技術(shù)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。計算機技術(shù)和自動控制理論是變頻器發(fā)展的支柱，早期的晶閘管逆變器各橋臂的開關(guān)控制是由分立電子元器件組成的電路完成的，未采用計算機控制技術(shù)，不僅可靠性差、頻率低，而且輸出的電壓和電流波形是方波，隨著pwm技術(shù)的應(yīng)用，以及16位甚至32位微處理器的應(yīng)用，不僅能夠得到相當接近正弦波的輸出電壓和電流，而且也使變頻器的功能從單一的變頻調(diào)速發(fā)展為包含算術(shù)邏輯運算及智能控制在內(nèi)的綜合功能，推出了能實現(xiàn)矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模糊

17、控制和自適應(yīng)控制等模式。進入21世紀，隨著與變頻相關(guān)的技術(shù)持續(xù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)智能化、專門化、一體化、環(huán)保無公害的變頻器將是發(fā)展方向。312 變頻器的基本類型變頻器種類很多，有各種不同的分類方法，按相數(shù)分有單相和三相、按波形分有方波和正弦波、按儲能方式分有電壓型和電流型、按調(diào)壓方式分有脈幅調(diào)制和脈寬調(diào)制，另外若按控制方式分則有：u/f控制即壓頻比控制、sf控制即轉(zhuǎn)差頻率控制和vc矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、單片機控制等。313 變頻器控制方式簡介變頻器的控制方式有：u/f控制即壓頻比控制、sf控制即轉(zhuǎn)差頻率控制和vc矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、單片機控制等，簡單解釋說明如下：u/f控制：在改變變頻器輸出頻率

18、的同時也改變電壓，通常u/f為常數(shù)，這樣可使電機磁通保持一定，在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，保持電機轉(zhuǎn)矩、效率、功率因素不下降。sf控制：采用速度檢出器測出電機轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，然后以電機速度對應(yīng)的頻率與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的輸出頻率，通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和電流。vc控制：通過把定子電流的磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量解耦開來，分別加以控制，影響變頻器輸出電流的大小、頻率和相位，用以維持電機內(nèi)部的磁通和所需轉(zhuǎn)矩。直接轉(zhuǎn)矩控制：與矢量控制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為控制量來控制。單片機控制：是以高性能單片機（主要為16位）和數(shù)字信號處理器（ds

19、p）等為控制核心來構(gòu)成系統(tǒng)的。32 變頻器調(diào)速原理321 變頻器調(diào)速原理根據(jù)電機學可知，交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為：n = 60 f1 *（1-s）/ p f1：定子供電頻率； p：極對數(shù)； s：轉(zhuǎn)差率由上式可知，若均勻地改變定子供電頻率 f1 ，則可以平滑地改變電動機轉(zhuǎn)速，然而只調(diào)節(jié)f1 是不行的，因為下式：e1 = 4.44 * f1 * n1 * k * u1 e1：定子相感應(yīng)電動勢； n1：定子相繞組有效匝數(shù)； k：與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； ：每極磁通； u1：定子電壓。當定子電壓u1不變，和f1 成反比，f1 升高或降低會導(dǎo)致磁通減小或增大，從而使電機的最大轉(zhuǎn)矩減小，嚴重時將導(dǎo)致電機堵

20、轉(zhuǎn)，或使磁路飽和，鐵耗增加。為此，在調(diào)節(jié)電源頻率時，也要調(diào)節(jié)電壓的大小，以維持磁通的恒定，使最大轉(zhuǎn)矩不變。根據(jù)u1和f1不同的比例關(guān)系，變頻器u/f控制介紹如下節(jié)。322 變頻器u/f調(diào)速恒比例控制方式：調(diào)頻時同時調(diào)壓，維持u1/ f1 不變，當頻率較高時，定子壓降忽略不計，此時有u1 e1 、為恒值，根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)矩表達式：t = c * * i2 * cos2 c：電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)；i2：轉(zhuǎn)子電流；cos2：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)。當轉(zhuǎn)子電流i2 額定，電動機轉(zhuǎn)矩不變，因此，這種恒比例控制方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)。當頻率較低時，定子壓降不可忽略，e1 和u1 相差較大，最大轉(zhuǎn)矩將隨f1 的降低而減少，

21、啟動轉(zhuǎn)矩也小。所以，恒比例控制方式只適用于調(diào)速范圍不大（即非低頻段），或者轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的負載（如風機、水泵等）。恒磁通控制方式：由恒比例控制分析可知，要在整個范圍內(nèi)實現(xiàn)恒磁通控制，必須按e1 / f1 = 恒值來控制，它是維持恒磁通和轉(zhuǎn)矩恒定的控制條件，但是由于電動機的感應(yīng)電動勢e1 難以測定和控制，所以實際應(yīng)用中采用一種近似的恒磁通控制方法：當頻率較高時，采用恒比例控制方式，當頻率較低時，引入低頻補償，即通過控制環(huán)節(jié)適當提高變頻電源的輸出電壓，以補償?shù)皖l時定子電阻上的壓降，維持磁通不變，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制。恒功率控制方式：當調(diào)速轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時，要求f1 f1n（額定頻率），若仍按恒磁通方式控制，會使u1 超過額定電壓u1n，這是不允許的，此時必須改用恒功率控制方式，即當f1 f1n 時，保持 u1 = u1n，不進行電壓協(xié)調(diào)控制。隨著頻率的升高，氣隙磁通會小于額定磁通，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小，但頻率升高，速度增加，由p = t*n/955可知，當 t 減小的倍數(shù)和 n 增加的倍數(shù)相等時，p 維持不變，故為恒功率方式。以上三種方式圖例如下：f1n（50hz）f1u1n恒比例恒磁通恒功率323 變頻器u/f不同控制方式為了方便顧客選擇，變頻器說明書中通常都有u/f控制曲線圖，具體如下：基本u/f控制曲線：上圖中恒比例控制。轉(zhuǎn)矩補償u/f曲線