IR5000控制系統在螺桿式空壓機上的應用

1 概述

我廠(chǎng)空壓站共有1#、2#、3# 英格索蘭螺桿式空壓機(56 m3/min，300 kW /臺)3臺，其工作原理是當空氣壓力超過(guò)設定的壓力時(shí)，壓縮機進(jìn)氣管上碟閥自動(dòng)關(guān)閉，壓縮機進(jìn)入空轉卸荷狀態(tài)，當儲氣罐內的空氣壓力低于設定壓力時(shí)，壓縮機進(jìn)氣管碟閥自動(dòng)開(kāi)啟，壓縮機又進(jìn)入到滿(mǎn)載工作狀態(tài)?？諝鈮嚎s機的排氣量和壓力，在運轉中是變化的，常因工況變化導致用氣量變化，所以空氣壓縮機工作時(shí)總是在重復滿(mǎn)載原卸荷工作方式。滿(mǎn)載時(shí)的工作電流接近電動(dòng)機的額定電流，卸荷時(shí)的空轉電流為30豫耀50豫電動(dòng)機額定電流，這部分電流不是做有用功，而是機械在額定轉速下的空轉損耗。另外，原有運行方式為星-角降壓起動(dòng)后全壓運行，存在著(zhù)浪費電能的現象，且無(wú)法實(shí)現自動(dòng)控制。因此，對空壓機控制系統加裝了IR5000 控制系統進(jìn)行技術(shù)改造，IR5000 內的變頻器根據儲氣罐壓力自動(dòng)調節運行頻率，達到節能的目的。

2 IR5000控制系統

2.1 系統介紹

IR5000 是壓縮機技術(shù)和變頻控制技術(shù)相結合的產(chǎn)品，由英格索蘭提供壓縮機技術(shù)及機械原理，流體及應力特性，系統中使用的變頻器是丹佛斯依靠這些原理及特性開(kāi)發(fā)出的專(zhuān)為英格索蘭螺桿壓縮機設計的專(zhuān)用變頻器。IR5000 是英格索蘭擁有知識產(chǎn)權的高效節能系統，它不同于市場(chǎng)上通用的變頻器，所以對壓縮機進(jìn)行改造，不是單純的只加一套變頻系統，而是壓縮機技術(shù)+變頻控制技術(shù)的改造。

IR5000 高效節能控制系統與空壓機原有的Intellisys 控制器實(shí)現一體化控制，會(huì )根據實(shí)際的用氣量實(shí)時(shí)調整空壓機的轉速，以維持空氣系統恒定的壓力。它主要有兩種模式：

1)Setup1，IR5000 以最低頻率運行，空壓機處于卸載狀態(tài);

2)Setup2，IR5000 調節轉速以維持恒定壓力，空壓機處于加載模式。

在使用IR5000 時(shí)，空壓機依然根據起跳壓力、回跳壓力來(lái)控制空壓機的加卸載，同時(shí)，IR5000 會(huì )調整轉速，盡量維持系統壓力能夠穩定在壓力帶的范圍之內。當系統壓力高于IR5000 的目標壓力，IR5000 會(huì )降低空壓機的轉速以減少供氣量，從而使系統壓力緩慢下降，當系統壓力降至目標壓力附近，IR5000 會(huì )增加空壓機的電機轉速以增加供氣量。

2.2 IR5000工作流程

IR5000工作流程如圖1 所示。

2.3 IR5000與一般控制系統的區別

1)開(kāi)發(fā)了消除螺桿壓縮機的共振點(diǎn)跳躍點(diǎn);

2)開(kāi)發(fā)了對于啟動(dòng)壓縮機時(shí)需要的大扭矩;

3)開(kāi)發(fā)了啟動(dòng)壓縮機時(shí)潤滑油路自循環(huán)所建立壓力的需求時(shí)間;

4)開(kāi)發(fā)了變頻系統對壓縮機信號干擾的消除系統;

5)開(kāi)發(fā)了全系列螺桿壓縮機(5耀355 kW)的高效節能控制系統;

6)開(kāi)發(fā)了能夠消除由于壓縮機故障引起的噴油故障;

7)開(kāi)發(fā)了通過(guò)檢測現場(chǎng)用氣點(diǎn)壓力而調節壓縮機組成系統的供氣量;

8)開(kāi)發(fā)了壓縮機和變頻器故障點(diǎn)互相保護設備的控制系統;

9)開(kāi)發(fā)了壓縮機啟動(dòng)時(shí)低速潤滑軸承的功能;

10)開(kāi)發(fā)了保護電機發(fā)熱的功能。

2.4 IR5000系統運行優(yōu)點(diǎn)

1)根據不同的工況和用氣情況調節空壓機轉速，節能效果一般可達到25%耀30%;

2)實(shí)現軟起，減少了起動(dòng)瞬間對電機電氣元件的沖擊，延長(cháng)了電機和接觸器的壽命;

3)減少空壓機頻繁加卸載，由于卸載次數的減少，噪聲也相應減少;

4)同時(shí)監視多個(gè)參數，具有完善的保護措施，使空氣壓縮系統更加穩定可靠，減少了停機時(shí)間，降低了生產(chǎn)的損失;

5)空壓機與IR5000一體化控制涉及到空壓機的運行工藝條件、空壓機防振動(dòng)、防嘔油、以及電機溫度保護、壓力特性曲線(xiàn)等，同時(shí)與空壓機原有Intellisys 控制器緊密集成。

3 IR5000系統中變頻器的選型及設置

空壓機的的型號是M300-2S，電機額定電流為548 A，最大運行電流630.2 A(因為空壓機本身過(guò)載系數是1.15)?？紤]當變頻器滿(mǎn)負荷運行(50 Hz)時(shí)，如果輸入電壓有所下降(假設0.5%)而造成電機電流上升，則空壓機實(shí)際最大運行電流可達630.2伊1.05=661.71 A，所以選用的變頻器型號為FC302-P-355-T5，額定電流745 A。

變頻參數設置如表1所列。

4 IR5000控制系統圖

IR5000 控制系統圖如圖2 所示。

5 運行分析

2009 年3月底開(kāi)始對空壓機控制系統進(jìn)行改造，4 月1 號正式運行，在運行過(guò)程中，發(fā)現IR5000控制系統電盤(pán)溫度過(guò)高，每個(gè)IR5000 控制柜包括左右兩個(gè)柜體，即接觸器柜體和變頻器柜體，接觸器柜體空氣開(kāi)關(guān)以及空開(kāi)到接觸器的銅排經(jīng)測溫度達到85益，變頻器柜體溫度也達到了70益，而控制柜內空氣斷路器和銅排的選型是嚴格按照國家標準進(jìn)行的。經(jīng)過(guò)現場(chǎng)測量和判斷，接觸器單元發(fā)熱是因為柜內無(wú)足夠空氣流通，造成柜內熱氣無(wú)法排出而引起的;變頻器柜體發(fā)熱是由于冷卻空調功率為4 kW，而變頻器發(fā)熱功率約為7 kW，很明顯，冷卻空調不能滿(mǎn)足變頻器柜體散熱，且由于現場(chǎng)控制間環(huán)境溫度較高，為了保證系統的長(cháng)期使用，做了如下調整：

1)將變頻器柜體原冷卻空調拆下，頂部開(kāi)孔，加裝軸流風(fēng)機，將柜內熱氣排出，后門(mén)下方開(kāi)孔并加裝濾隔柵，保證柜內空氣流動(dòng);

2)經(jīng)計算冷卻空調可以滿(mǎn)足接觸器柜體，把拆下的冷卻空調安裝在接觸器柜體后面;

3)在電盤(pán)間加裝軸流風(fēng)機、制冷空調，保證室內溫度在40益以下。

設備運行45 天，變頻器大部分時(shí)間運行在40 Hz 上，電流500 A 左右，用氣量小的時(shí)候，IR5000 先自動(dòng)降低壓縮機運行頻率，最低頻率達到26 Hz，只有在26 Hz，用氣量還大的時(shí)候，才通過(guò)卸載來(lái)調節用氣量，節約了電能。

6 結語(yǔ)

采用了IR5000 控制系統，實(shí)現了設備的自動(dòng)控制，為后期的能源自控項目聯(lián)控、群控的實(shí)施以及采集空壓機內部參數創(chuàng )造了條件。這次對空壓機的改造完全達到了預期的效果。