（天津长芦海晶集团有限公司）
摘要：由变频器、压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制变频器的输出步，从而调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。
关键词：闭环控制系统 恒压控制
一、空压机变频改造原理分析
空气压缩机是利用电能将空气压缩使之作为一种动力源的设备,在化工企业中应用十分普遍, 配套电动机的容量一般较大，且大多是常年连续运行的，故节能的潜力很大。
原空压机的运行方式为工频状态。压力采用两点式控制（上、下限控制），也就是当空压机气缸内压力达到设定值上限0.8Mpa时，空压机通过本身的油压关闭进气阀，当压力下降到设定值下限0.6Mpa时， 空压机打开进气阀。生产的工作状况决定了用气量的时常变化，这样就导致了空压机在半载或轻载下运行，或者经常是加载几分钟，卸载几分钟，频繁的卸载和加载，对电动机、空压机和电网造成很大的冲击。再说，空压机卸荷运行时，不产生压缩空气，电动机处于空载状态，其用电量为满负载的60%左右，这部分电能被白白的浪费。
目前，变频器技术相当成熟。如果将空压机在变频状态下运行，一是能做到恒压供气，避免气压波动造成的电能浪费；二是停用加、卸载控制，取消卸载运行模式，避免原来卸载期间的电力消耗。在变频调速方案中，我们把储气罐压力作为控制对象，通过压力变送器将储气罐的压力P转变为电信号送给智能控制器，与用户的压力设定值进行比较运算，算法可采用PID控制模式。运算结果产生控制信号（电压或电流）去控制变频器运行，变频器控制电机的工作频率与转速，从而使储气罐的实际压力始终恒等于用户设定的压力。
二、我厂空压机变频改造技术可行性分析
选择空压机时，为了保证在任何情况下都能使生产正常进行，必须按照厂里的最大生产工况来设计空压机的装机容量，实际安装的空压机，由于种种原因，其额定供气能力要比最大的用气量大10%左右。而在实际生产过程中，绝大多数情况下只能用到额定供气量的40%—60%，甚至更低。这一普遍现象造成了电能的严重浪费。目前我厂使用的空压机系统，结合我厂生产特性进行以下分析。
1、我厂现用空压机为螺杆式空压机，品牌美国寿力WS7508KT，额定功率75KW，额定产气量12.5m3/h，原系统设定输出压力在0.6～0.8Mpa之间波动；查看系统内部得到以下数据：加载平均时间108秒，电流140-160A，卸载平均时间162秒，电流70A；压力波动对管网冲击大，加载、卸载时，噪音大；开环控制，不能保证精度；启动电流大，对电网冲击大；输出气压大于0.8Mpa时，卸载阀打开，造成能源浪费。
2、我厂生产车间有氯化钠车间、钾钙镁车间两个车间，用气负荷主要集中在氯化钠车间，用气量占70%左右。生产工艺、市场形势、检修周期等多方面原因造成了两个车间用气负荷、使用周期不稳定。当一二车间交错停产时，造成了空压机运行负荷低下。
通过对空压机运行时数据的分析，加卸载我厂结合我厂车间用气负荷规律得知，当前我厂空压机使用只能用到额定供气量的40%左右，以上分析的电能浪费，是空压机节能改造的基础条件。很明显在加、卸载供气控制方式下，空压机存在着一定的节能空间。
三、空压机变频改造的技术方案
1、系统控制原理
本系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力罐输气管道上加装一个压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。其控制原理为：将供气管道压力作为调控参数，通过压力变送器）将压力信号转换为4- 20mA直流信号，送入变频器内的PID调节器，与压力设定信号比较，其差值由调节器作PI运算，输出信号送给变频器，随时调整变频器的输出频率，控制电机转速，维持管道压力稳定在设定的压力值上。若管道压力发生变化将自动进行调节。例如，当用气量减少，管道压力增加时，调节过程是：变送器信号大于设定信号，调节器输出减少，变频器输出频率降低，电机转速下降，压缩机风量减小，使管道压力减小。由于其调控过程较快，短时间内，变换器信号和压 力给定信号便处于动态平衡状态，从而维持了变频器输出频率稳定，实现了恒压供气，使空压机始终处于节电运行状态。其控制系统原理框图1如下：
2、改造方案
设计时，根据电机容量75kW选用一台Vacon变频器，采用PID调节母管定压控制方式。该系统在设计时，从安全角度考虑，在保留原工频系统情况下，增加变频系统，做到了工频变频互锁切换。通过外部控制电路，使空压机起停操作步骤仍然如前，操作简单，安全可靠。在供气管道上安装压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。
3、变频控制系统组成
该系统是变频器、电气控制柜、母管压力变送器（或远传压力表）、空压机等组成。
4、系统改造应注意的问题
1）改造实施前需具备的条件和注意事项：
要改造空压机的电气原理图和接线图完整，全厂的用气状况，是否随着季节波动或随工艺改变波动卸载时间是否变动多以此判断节电率。
2）改造实施中的注意事项：
电动机的散热问题 电动机经过变频器变频后，转速降低，其电机风扇的散热效果也要降低。 空压机的润滑问题空压机的转速越低，润滑油的耗量也就越小，其润滑效果越差。
系统压力设定问题 在满足生产工艺的要求下，压力设定越低越好，因为空压机的排气压力越高，所需的电机轴功率越大，电机耗电也就越多。
针对以上问题，我们综合节能效果和空压机的机械特性，考虑了多种方案，最后把系统压力设定为0.7MPa,把变频器运行频率下限设定为20HZ，这样，即能满足空压机散热和润滑的需要，又能最大限度的降低电能损耗。
论文作者:盖玉浩
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：空压机论文; 压力论文; 变频器论文; 转速论文; 电机论文; 气量论文; 我厂论文; 《电力设备》2017年第13期论文;