高壓變頻器在往復(fù)式空壓機(jī)上的應(yīng)用

摘  要：本文結(jié)合往復(fù)式壓縮機(jī)生產(chǎn)的實(shí)際工況，介紹了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在齊魯石化塑料廠往復(fù)式壓縮機(jī)中的應(yīng)用。通過(guò)改造，實(shí)現(xiàn)了往復(fù)式壓縮機(jī)的高效運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器   往復(fù)式壓縮機(jī)   節(jié)能

Abstract: The paper introduces the application of the high voltage inverter produced by Shandong Xin Fengguang Electronic Technology Develops Co.,Ltd, and in the reciprocating compressor of Qi and Lu Petrochemical Plastics Plant. The reconstruction realizes high effect of the reciprocating compressor, achieves the purpose retrenching energy.

Key words: High voltage inverter  Reciprocating compressor    Energy-saving

1  引言

       隨著高壓變頻器在各行業(yè)的成熟應(yīng)用，化工企業(yè)一般都設(shè)有空壓站，采用空氣壓縮機(jī)組產(chǎn)生壓縮氣體供工藝、儀表等使用。壓縮氣體的壓力需控制在一定范圍內(nèi)，壓力低及壓力高都需要開(kāi)停壓縮機(jī)( 簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機(jī))，某化工企業(yè)的空壓機(jī)就為手動(dòng)開(kāi)停，且由于崗位合并的緣故，操作人員有所減少帶來(lái)不便。由于供氣量和壓縮機(jī)的排氣量之間很難達(dá)到完全平衡，人工調(diào)節(jié)回流量又難保證所需要的壓力和流量的穩(wěn)定，使得系統(tǒng)的弊病突出：如果供氣量不大時(shí)使氣體反復(fù)壓縮，運(yùn)行效率低，耗費(fèi)大量電能，使用旁通閥調(diào)節(jié)供氣量，工作量大，供氣壓力不大好控制，供氣質(zhì)量變差，系統(tǒng)安全性差。因此，對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻技術(shù)改造還是比較有意義。

2     往復(fù)式壓縮機(jī)的負(fù)載特性

齊魯石化塑料廠有一臺(tái)KBC-22X型號(hào)的往復(fù)式壓縮機(jī)，適配電機(jī)是200KW/6KV的8極電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速是735 r/min，采用直接驅(qū)動(dòng)方式控制。用戶(hù)通過(guò)綜合調(diào)研和考慮，選用了我們公司JD-BP37-250F型號(hào)的高壓變頻器，通過(guò)調(diào)試應(yīng)用，該變頻器有安全性能好，可靠性高，設(shè)計(jì)合理，易損件壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)性能好，降耗效果明顯，安裝、維護(hù)和保養(yǎng)都比較方便。

       但一般往復(fù)式壓縮機(jī)在工作中，壓縮機(jī)利用曲軸將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩隨著曲軸的角度而改變，在這種情況下，電動(dòng)機(jī)的電流隨負(fù)載的變化而產(chǎn)生較大的波動(dòng)。所以，目前對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)存在的這些問(wèn)題限制了變頻技術(shù)在壓縮機(jī)的推廣應(yīng)用其中最嚴(yán)重的是低速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動(dòng)及由此帶來(lái)的低頻噪聲和震動(dòng)等問(wèn)題。目前高壓變頻器技術(shù)應(yīng)用在往復(fù)式壓縮機(jī)上更是寥寥無(wú)幾。目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的絕大多數(shù)壓縮機(jī)都運(yùn)行在中高速區(qū)，能效比普遍較低。

我們?cè)趧傞_(kāi)始的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)：在工作頻率降低，轉(zhuǎn)速變低時(shí)，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速越低，波動(dòng)就越大，在25Hz時(shí)的波動(dòng)情況如圖1示，波動(dòng)范圍在40r/min，說(shuō)明上述情況是確實(shí)存在的：

       為了可靠運(yùn)行，必須降低轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，即必須有效抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)帶來(lái)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。針對(duì)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)的抑制，經(jīng)查閱部分資料已有學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究并取得了一定成果他們提出了采用迭代學(xué)習(xí)控制和 PI 相結(jié)合的方法對(duì)轉(zhuǎn)速的周期性脈動(dòng)進(jìn)行抑制，或者利用速度信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行前饋補(bǔ)償有效地抑制了轉(zhuǎn)速的周期性脈動(dòng)，但是其中的控制方法都需要碼盤(pán)來(lái)提供電機(jī)當(dāng)前的準(zhǔn)確速度信號(hào)，同時(shí)控制也比較復(fù)雜，故無(wú)法應(yīng)用到一般的壓縮機(jī)系統(tǒng)中。

3   風(fēng)光高壓變頻器的應(yīng)用情況

JD-BP37系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV/250KW變頻器共有15個(gè)功率單元，每5個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。

控制器核心由高速32位DSP和HMI協(xié)同運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。HMI提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。控制器用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為六支二極管實(shí)現(xiàn)三相全橋整流，通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，每個(gè)個(gè)功率單元完全一樣，可以互換，這不但調(diào)試、維修方便，而且備份也十分經(jīng)濟(jì)，假如某一單元發(fā)生故障，該單元的輸出端能自動(dòng)短路而整機(jī)可以暫時(shí)降額工作，直到緩慢停止運(yùn)行。

 另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。控制器有一套獨(dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況基本相似，給整機(jī)可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來(lái)了很大方便。

應(yīng)用中針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題，系統(tǒng)優(yōu)化改造主要需解決兩方面的問(wèn)題：第一，在滿足系統(tǒng)用氣量的基礎(chǔ)上盡可能減少排量損失；第二，在滿足壓力的前提下盡可能減少管壓差，即減少壓力損失。系統(tǒng)優(yōu)化擬從動(dòng)能和勢(shì)能兩方面同時(shí)入手，盡可能降低能耗、提高系統(tǒng)效率。解決改造問(wèn)題后，需要重點(diǎn)解決由于低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影起的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，由于在低速時(shí)壓縮機(jī)入口和出口壓力差值越大負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越嚴(yán)重，速度越低負(fù)載轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越嚴(yán)重。當(dāng)壓縮機(jī)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定下來(lái)后，由于負(fù)載脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的存在，轉(zhuǎn)速產(chǎn)生與脈動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩同頻率的振蕩，負(fù)載脈動(dòng)周期為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械周期。通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧┖蛥?shù)調(diào)整后，使得系統(tǒng)正常工作，同時(shí)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)減小，同在25Hz時(shí)。

變頻器通過(guò)調(diào)整后，電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)從 40r/min 減小到了 15r/min，電機(jī)?壓縮機(jī)系統(tǒng)的振動(dòng)也大大減小了，從電機(jī)電流方面也看出電流波動(dòng)減小，調(diào)整前25Hz時(shí)電流在19-40A間波動(dòng)，調(diào)整后25Hz時(shí)電流在23-25A間波動(dòng)。同時(shí)節(jié)能效果就更明顯了，節(jié)能在28%左右。

4   結(jié)束語(yǔ)

       通過(guò)幾天的調(diào)試和總結(jié)，在應(yīng)用變頻技術(shù)改造往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)應(yīng)主要的的問(wèn)題：

1）有效地抑制壓縮機(jī)周期性轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，根據(jù)負(fù)載狀況和壓縮機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)，通過(guò)適當(dāng)補(bǔ)償?shù)呢?fù)載轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)低速高性能控制；

        2）考慮壓縮機(jī)的潤(rùn)滑問(wèn)題。壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速降低后，潤(rùn)滑油的耗量也就減小，潤(rùn)滑效果就變差，針對(duì)這一問(wèn)題應(yīng)采用機(jī)外加壓潤(rùn)滑。

3）系統(tǒng)壓力設(shè)定問(wèn)題。在實(shí)際運(yùn)行中，壓縮機(jī)的排氣壓力越高，所需的電機(jī)輸出功率越大，電機(jī)的耗電量也越大，所以結(jié)合節(jié)能效應(yīng)和多種實(shí)際生產(chǎn)工藝的要求，通過(guò)調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率把系統(tǒng)壓力設(shè)定工藝所要求的。

在實(shí)際運(yùn)行中，我們比較了改造前后的運(yùn)行情況:改造前，空氣壓縮機(jī)經(jīng)常是加載卸載，加載運(yùn)行時(shí)電流為29A ，卸載運(yùn)行時(shí)電流為14A，改造后，空氣壓縮機(jī)運(yùn)行頻率常在38Hz左右，運(yùn)行電流為20-21 A，基本沒(méi)有卸載時(shí)間。這樣節(jié)省大量的電能，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

所以系統(tǒng)改造后得到了用戶(hù)的一致好評(píng)，風(fēng)光牌JD-BP37系列高壓變頻器在往復(fù)式壓縮機(jī)上的大量推廣具有實(shí)際可行的意義。（信息來(lái)源：中國(guó)中控網(wǎng)）