雷诺尔RNB1000变频器在螺杆式空压机上的应用

雷诺尔RNB1000变频器在螺杆式空压机上的应用 

摘  要：螺杆式空压机是目前空压机市场上的主要机种，市场占有率很高，具有结构简单、可靠性高、使用寿命长、维修方便等特点。在空压机系统中引入变频器的控制系统，实现恒压供气，可以有效地提高空压机的供气质量、减少电能消耗及延长部件和整机的使用寿命。本文以广州某空压机生产厂家为例介绍雷诺尔RNB1000系列变频器在空压机行业的控制方法和优势。

关键词：RNB1000   螺杆空压机   变频器   恒压供气

一、  螺杆式空压机及其传统的控制方式介绍

螺杆式空压机取代易损件多、可靠性差的活塞式空压机，已经成为必然趋势。目前西方发达国家螺杆空压机市场占有率为80%，并持续保持上升趋势。

空压机系统传统的控制方式一般由电机运行控制和加卸载供气控制方式组成。电机运行控制依靠接触器和断开和吸合来实现。加、卸载供气控制方式为进气阀开关控制方式，即压力达到上限时关阀，压缩机空载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机加载运行。空气压缩机的排气量和压力，在运转中是不断变化的，常因工况变化导致用气量变化，所以空气压缩机工作时总是在重复满载－卸荷工作方式。满载时的工作电流接近电动机的额定电流，卸荷时的空转电流约为30-50％电动机额定电流。

这样的工作方式必然产生出诸多弊端，如：

1、起动电流很大：对电网的稳定及其它用电设备的产生巨大的冲击；

2、机械冲击很大：电动机及压缩机经常的启停，对于机械部件和气路及元器件冲击很大，增加空压机和供气系统的维护工作和成本，同时影响系统的使用寿命；

3、无法做到恒压供气：经常卸载和加载的方法来调节.这样使整个气网压力经常变化,不能保持恒定的供气压力，在一定程度上间接的影响了产品生产质量；

4、能耗浪费严重：卸载时电机在工频下空载运行，加载时因为压力上限值的原因，电机要在超出系统压力的水平的负载水平上运行，因此这两个工作状态都会对产生能源的浪费，而当供气需求变化较大时，产生的浪费尤为明显。据有关资料统计显示，空压机负载率平均仅为60%。 

二、  变频调速和恒压供气

针对传统供气控制方式存在的诸多问题，越来越多的空压机厂商开始应用变频调速技术进行恒压供气控制。

采用恒压供气方案时，一般以管网压力作为控制对象，压力变送器将储气罐的压力P转变为电信号送给空压机控制器，控制器将采集来的压力与压力设定值作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送至变频器，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力始终接近设定压力。

这样的工作模式可以显著地提高压缩空气质量和电能的利用率。同时，采用该方案后，有以下优势：

1、有功节电：由于空压机工作的特殊性，在电机转速降低的情况下，有功节电（有功节电的意义在于可以直接节约电费开支，降低生产成本）明显，另外大大减小了压缩气体通过卸荷阀的能量损耗。

2、平稳的重载启动：RNB1000系列变频器具有优异的矢量控制性能，低频响应好，加上功率裕量大，完全可以满足甚至胜任低频运转时的转矩需求。因此完全适用于“重载启动”。

3、降低噪音：可以减少电机运行的噪声，改善生产作业环境。

4、优越的软启动、软停止特性：RNB1000变频器的启动、停止时间是任意可调的（0～10min），也就是说启动时的加速度和停车时的减速度是任意可调的，所以启动、停止平稳无冲击，从而延长了空压机使用寿命。

5、降低故障率：采用变频器调速系统，可以大大减少阀门的开启关闭次数，从而减少了系统因阀门的频繁开启闭合引起机械磨损而造成的故障。 

三、  变频调速恒压供气原理

流量是供气系统的基本控制对象，供气流量需要随时满足用气流量。在供气系统中，储气管中的气压能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系：

若   供气流量 > 用气流量   →   储气管气压上升

若   供气流量 < 用气流量   →   储气管气压下降

若   供气流量 = 用气流量   →   储气管气压不变

所以,保持管道中的气压恒定，就可保证该处供气能力恰好满足用气需求，这就是恒压供气系统所要达到的目的。

空气压缩机采用变频调速技术进行恒压供气控制时，系统原理框图如图1所示。

                                 图1：恒压供气系统原理图

变频调速系统将管网压力作为控制对象，装在储气管出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为电信号送给变频器内部的PID调节器，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，产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆变频率，调整电动机的转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。

另外，采用该方案后，空气压缩机电动机从静止到稳定转速可由变频器实现软启动，避免了启动时的大电流和启动给空气压缩机带来的机械冲击。正常情况下，空气压缩机在变频器调速控制方式下工作。变频器一旦出现故障，生产工艺不允许空气压缩机停机，因此，系统设置了工频与变频切换功能，这样当变频器出现故障时，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。

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↑ —— 供气流量↑—— 管路气压趋于稳定。

                    图2：工变频方案供气压力对比图

四、  空压机使用变频器时应注意事项

1、保证启动力矩：空压机是大转动惯量负载，这种启动特点就很容易引起V/F控制方式的变频器在启动时出现跳过流保护的情况，建议选用具有高启动转矩的无速度传感器矢量变频器，保证即能实现恒压供气连续性，又保证设备可靠稳定的运行；

2、设置频率下限：空压机不允许长时间在低频下运行，当空压机的转速过低，一方面将使空压机的工作稳定性变差，另一方面也使缸体的润滑变差，会加快磨损，所以工作的下限频率应不低于20Hz；

3、选配交直流电抗器：选配直流电抗器可有效提高网侧功率因数，降低线损；选配输出交流电抗器可有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减小因高次谐波引起的电磁干扰，还可以减小电机运行噪音和温升，提高电动机的稳定性。大功率电机建议选配输出交流电抗器。

五、  变频器控制方式说明

5.1、变频空压机系统接线方案

图3：变频器推荐接线图

5.2、系统调试步骤

5.2.1主变频调试

第一步：按照系统接线图接线，并检查接线是否正确。调试前务必检查接线正确及把地线接好（变频地和外壳地连好）；

注：频率给定信号为4~20mA电流信号，相应的模拟量输入端口选择电流信号。

第二步：首先F05.01=1,恢复出厂设置，输入电机参数，进行电机参数自辨识。

注：一定要按照电机铭牌设置电机参数，以保证变频器矢量控制性能。

第三步：根据实际要求设置变频器参数。

5.2.2 变频器参数表 给出了一份参数设置表，可作参考。

第四步：按QUICK/JOG键，点动看方向，如果方向不正确，更改电机接线。

第五步: 试运行，查看整个运行过程中空压机是否运行平稳，输出电流电压是否正常。

5.2.2变频器参数表                                           

变频器调制参数，见表1。

表1 变频器参数表

六、结束语

雷诺尔RNB1000系列变频器在螺杆式空压机上的应用，相比于工频运行模式，有着得天独厚的优势。同时由于变频器优异的控制性能，在低频力矩、变频器自保护、负载突变转矩响应方面的表现也堪称理想。工频切换回路的保留也给了系统更灵活的配置选择。