英威腾Goodrive300变频器在螺杆式空压机上的应用

2012/2/28 14:59:10
                                    深圳市英威腾电气股份有限公司
摘  :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、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,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。交流同步电机效率比异步电机高,可以更进一步的降低能耗。
关键词:变频器  GD300  螺杆式空压机 恒压供气  同步电机
 
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,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,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,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,原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,空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动,实现了软启动,避免了电机的频繁启停给空压机带来的机械冲击,同时减小冲击电流对电网的影响。
广州某空压机厂商一直以来致力于提供高可靠性低能耗的空压机产品,长期以来,其恒压供气产品均使用交流异步电机,随着对节能更加重视,尝试采用效率更加高的永磁同步电机为压缩机提供动力。永磁同步电机的满载效率可以达到94%,而普通异步电机效率一般为88%。
和异步电机相比,同步电机的变频驱动一直是一个充满挑战的课题,英威腾电气股份有限公司推出的Goodrive300(以下简称为GD300)系列变频器能具备驱动多种电机的能力,包括异步电机、永磁同步电机。支持V/F控制、无PG开环矢量控制控制模式;具备自动电压调整、转速追踪启动、自动限流故障保护(包括缺相、过/欠压、过流、过载等保护功能)等功能;提供标准的RS485接口支持MODBUS-RTU的通信协议。GD300变频器能很好的支持客户采用同步机实现恒压供气的方案。
 
三、 变频系统的组成及调试
客户采用定制的空压机系统控制器作为对整个空压机系统的控制中枢,GD300变频器采用端子控制、模拟量给定频率的控制方式;对同步电机采用无PG矢量控制模式;故障信号通过继电器输出送至系统控制器;系统控制器采用RS485总线通过MODBUS-RTU方式读取变频器的状态值(输出频率、输出电压、输出电流、输出功率及故障代码等)。
客户选用的型号具体为GD300-022G-4,其技术参数如下表:

变频器型号
额定输入电流
额定输出电流
额定输出功率
GD300-022G-4
56A
45A
22KW

针对客户的控制系统的要求,对GD300变频器部分参数进行设定,下表中列出部分关键参数:

序号
功能代码
名称
设定值
说明
1
P00.00
速度控制模式
0
无PG矢量控制模式0
2
P00.01
运行指令通道
1
端子运行通道
3
P00.03
最大输出频率
200HZ
 
4
P00.04
运行频率上限
190HZ
 电机允许运行最大频率
5
P00.06
A频率指令选择
1
模拟量AI1
6
P00.11
加速时间1
15S
 
7
P00.12
减速时间1
15S
 
8
P01.15
停止速度
20.00HZ
 
9
P2.00
电机类型选择
1
同步电机
10
P05.01
S1端子功能选择
1
正转运行
11
P05.02
S2端子功能选择
9
外部故障输入
12
P05.03
S3端子功能选择
7
故障复位
13
P05.31
AI1下限值
2.00V
对应模拟量输入4-20mA
14
P06.04
继电器RO2输出选择
5
变频器故障
15
P14.00
本机通信地址
1
 地址设定为1
16
P14.01
通信波特率
3
9600BPS
17
P14.02
数据位校验设置
0
无校验(N,8,1)for RTU

变频器主回路及控制回路接线图如下图:
 
调试步骤:
1,电机自学习,按照电机铭牌输入电机参数;电机和压缩机安装在一起,无法脱开负载,因此选择静止自学习;自学习结束后,检查学习出来的参数,和铭牌比较偏差不大。
2,键盘控制运行,通过键盘设定频率,启动电机,能正常启动,工作状态正常,停止电机,状态正常。
3,修改端子控制方式,接入系统,按控制系统指令自动运行,运转正常。
 
四、 效果分析
经过客户测试,本设备予以肯定,对GD300驱动同步电机的能力表示满意。
客户绘制的测试效果如下图所示:

 
五、 结束语
目前空压机控制系统以恒压供气方式为主要控制方式,在进一步追求节能效果的要求下,同步电机在空压机系统上的应用会逐渐的发展起来,英威腾GD300变频器强大完善的拖动能力为同步电机在空压机上的广泛应用提供了强大的技术基础。
 

参考文献
1,《英威腾产品说明书 Goodrive300变频器》,V1.1。
 
关于英威腾:
英威腾,成立于2002年,致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制、新能源领域产品与服务供应商,2010年在深交所A股上市。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业,总部员工1100多人,国内、外办事处30余个,控股子公司9家,业务涉及电气传动、工业自动化、新能源、轨道交通牵引、矿用防爆、能源管理、楼宇智能等领域。在基础业务变频器领域,英威腾占据国内领先地位,拥有覆盖高、中、低压通用及各行业专用丰富的产品系列,产品在市政、塑胶、油田、化工、冶金、纺织、机床、矿山等行业广泛应用,产品销售遍布全球60多个国家和地区。
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