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变频器在空压机节能改造上的应用

一、空压机工作原理

空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。在工业生产中有着及其广泛的应用，在各种行业中它担负着为工厂中所有气动元件，各种气动阀门提供气源的职责。因此，空压机运行状况的好坏直接影响工厂的生产工艺。空压机的的种类很多（主要分为螺杆式，活塞式，其中螺杆式应用较广），但其供气的控制方式都是采用加、卸载的方式。

◎活塞式空压机工作原理

活塞式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴，带动连杆与活塞杆，使活塞在压缩机气缸内作往复运动，完成吸入、压缩、排出等过程，将无压或低压气体升压，并输出到储压罐内。其中，活塞组件，活塞与汽缸内壁及汽缸盖构成容积可变的工作腔，在曲柄连杆带动下，在汽缸内作往复运动以实现汽缸内气体的压缩。        

◎螺杆式空压机工作原理

螺杆式空压机是由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽和阳转子的齿被主电机驱动而旋转。

二、空压机节能改造的必然性

由于空压机不排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以，选型时只能按需求来确定电机容量，造成空压机系统余量一般偏大。传统空压机都采用星三角启动，但工频启动时电流仍然能达到额定电流的2~3倍，冲击大，会影响到电网的稳定性。且大多数空压机是连续运行，由于一般空压机的电机本身不能根据压力需求的变动来实现降速，使电机输出功率与现场实际压力需求量相匹配，导致在用气量少的时候仍然要空载运行，造成巨大的电能浪费。据统计，空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉等)几乎所有的耗电量的15%。空压机的节能改造势在必行 。                                                        

另外，空压机还存在以下几个问题：

1、气压**过上限压力时空压机卸载及卸载后电机空转浪费大量的电能。

2、频繁加卸载造成对电网的冲击，同时也造成机械的磨损加大，缩短机械寿命。

3、气量无法保持恒压。当用气量不断变化时，供气压力不可避免产生波动，使用气精度达不到工艺要求，影响生产效率及产品品质。

综上所述：若能采用变频调速技术，当流量需要量减少时，就可以降低电动机的转速，从而较大幅度减小电动机的运行功率，实现节能的目的。

三、SK100变频恒压控制系统

1、系统特点

SK100变频调速系统将管网压力作为控制对象。压力值由变频器面板给定（SK100有多种给定通道），可根据用气设备的实际需要，在空压机的允许工作压力内自由设定。装在储气罐出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为4~20mA电流信号送给SK100内置PID调节器，与压力给定值进行比较，英威腾变频器售后服务，并根据差值的大小控制变频器的输出频率，调整电动机的转速，ABB变频器售后服务，从而使实际压力始终维持在给定压力。SK100内置PID具有稳定性高、调试简单的特点。

2、节能效果

采用该系统改造后，压缩机组的供气量与系统所需量动态匹配，压缩机电机转速会随着系统用气量的不同而进行调节，避免了电机空转以及频繁的加卸载所带来的能量损耗，电机的输入功率大大降低，节电效果显著。对于对空气机来说，供气量Q 与转速N 成正比，气压F与转速N的二次方成正比，而轴功率与转速N 的三次方成正比，见下表：

频率值Hz 50 45 40 35 30 25

供气量Q% 100 90 80 70 60 50

气压F% 100 81 64 49 36 25

轴功率P% 100 73 51 34 22 13

理论节电率N% 0 27 49 66 78 87

一般来说，对于连续用气的空压机系统，随用气量的变化，电动机运行频率在25-50Hz 之间动态调节，除去电机及其它损耗，变频器售后服务，系统的节电率可达18%～35%。

3、综合效益

  ①运行成本降低：空压机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的70%。通过降低能源成本30%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

  ②提高压力控制精度：变频控制系统具有准确的压力控制能力。通过使空压机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配，可以使管网的系统压力保持恒定，有效地提高了供气的质量。

  ③延长压缩机的使用寿命：变频器有软启动功能，可减少起动时对压缩机和机械部件所造成的冲击，增强系统可靠性，延长压缩机使用寿命。同时减少空压机启动对电网的冲击。

四、变频系统设计中注意事项

1、空压机是大转动惯量负载，很*引起V/F控制方式的变频器在启动时出现过电流，因此应选用大启动转矩、过载能力强的矢量变频器。SK100系列的过载能力达到180%，启动转矩0.5HZ可输出150%，可保证设备可靠稳定地运行及恒压供气的连续性。

  以江门某厂实例：该厂使用凯撤牌空压机、电机22KW，配SK100  22KW通用矢量型变频器。设定加速时间为15S、减速时间为6S，在0.7Mpa时仍然能正常启动运行（上限0.8Mpa）。

启动压力 启动电流A 运行电流A

0Mpa 36 33

0.6Mpa 42 38

0.7Mpa 60 55

2、空压机不允许长时间低频运行，若空压机转速过低，一方面会使空压机的工作稳定性变差，另一方面也使缸体的润滑条件变差、磨损加大，进而导致喷油现像。所以，空压机工作的下限频率应不低于20HZ，且减速时间应尽量短。SK100电压波动范围±15%、耐压高、减速时间短，可避免因减速时间过长而产生的喷油现象。

3、在满足生产工艺的要求下，压力设定越低越好。因为空压机的压力越高，所需电动机轴功率就越大，耗电量就越多。

4、出气口释放阀全部关闭，取消用出气口释放阀调节供气量的方式，以避免由此导致的电能浪费。

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安川变频器故障代码   安川变频器故障代码

异常表示      故障内容     说明      处理对策               等级  

UV1; 主回路低电压（PUV） 运转中主回路电压低于“低电压检出标准”15ms，（瞬停保护 1）      检查电源电压及配线 A  

Dc; Bus undervolt 护2S）低电压检出标准200V级;约190V以下400V级：约380V以下  

UV2; 控制回路低电压（CUV） 控制回路电压低于低电压检出标准 2）检查电源容量  

UV3; 内部电磁接触器故障 运转时预充电接触器开路   A    

UV;  瞬时停电检出中 1）主回路直流电低于低电压检出标准  2）预充电接触器  

Under Volatage 3）控制回路电压低于低电压检出标准 B  

OC; 过电流（OC） 变频器输出电流**过OC标准 1）检查电机的阻抗绝缘是否正常

2）延长加减速时间  A

GF ;接地故障（GF） 变频器输出侧接地电流**过变频器额定电流的50%以上 1）检查电机是否绝缘劣化  2）变频器及电机间配线是否有破损   A

OV; 过电压（OV） 主回路直流电压**过电压检出标准200V级：约400V 400V级：约 延长减速时间，三菱变频器售后服务，加装制动控制器及制动电阻   A

SC ;负载短路（SC） 变频器输出侧短路 检查电机的绝缘及阻抗是否正常 A  

PUF; 保险丝断（FI） 1）主回路晶体模块故障 2）直流回路保险丝熔断 1）检查晶体模块是否正常 A  

DC; Bus Fuse open 2）检查负载侧是否有短路，接地等情形  

OH ;散热座过热（OH1） 晶体模块冷却风扇的温度**过允许值 检查风扇功能是否正常，及周围是否在额定温度内 A  

OL1 ;电机过负载（OL1） 输出电流**过电机过载容量 减小负载 A  

OL2; 变频器过负载（OL2） 输出电流**过变频器的额定电流值150%1分钟 减少负载及延长加速时间 A  

PF 输入欠项 1）变频器输入电源欠相  2）输入电压三相不平衡  1）检查电源电压是否正常 A  

2）检查输入端点螺丝是否销紧  

LF; 输出欠项 变频器输出侧电源欠相 1）检查输出端点螺丝及配线是否正常 A  

2）电机三相阻抗检查  

RR; 制动晶体管异常 制动晶体管动作不良 变频器送修 A  

RH 制动控制器过热 制动控制器的温度**允许值 检查制动时间与制动电阻使用率 A  

OS; 过速度（OS） 电机速度**过速度标准（F1-08）   A  

PGO; PG断线（PGO） PG断线（PGO） 1）检查PG连线 2）检查电机轴心是否堵住 A  

DEV 速度偏差过大（DEV） 速度指令与速度回馈之值相差**过速度偏差（F1-10） 检查是否过载 B  

EF; 运转指令不良 正向运转及反向运转指令同时存在0.5秒以上 控制时序检查，正反转指令不能同时存在 B  

EF3-EF8 端子3外部异常信号输入 外部端子3-8异常信号输入 1）由U1-10确认异常信号输入端子  External Fault3-8 EF4-EF8-端子4-8 2）依端子设定之异常情况进行检修  A

OPE;    01 变频器容量设置异常 变频器容量参数902-04）设定不良 调整设定值 C  

OPE02;   Limit 参数设置不当 参数设定有**出限定值 调整设定值 C  

OPE03 ;  Terminal 多功能输入设定不当 H1-（01-06）的设定值未依小而大顺序设定或重复设定相同值   调整设定值 C  

OPE;  10 v/f参数设置不当 E1-（04-10）必须符合下列条件：Fmax大等于（E1-04）FA大于（ E1-06）  调整设定值 v/f Ptrn Setting FB大等于（E1-07）  Fmin（E1-09）  C

OPE11; 参数设定不当 参数设定值1）C6-01大于5KHz但C6-02小等于5KHz 调整设定值 Carr frq/on-Delay 2）C6-03大于6 但 C6-02小等于C6-01     C

ERR EEPROM 输入不良 参数初始化时正确信息无法写入EEPROM 控制板更换 B  

CALL SI-B传输错误 电源投入时控制信号不正常 传输机器控制信号从新检查 C  

ED; 传输故障 控制信号送出后2秒内未收到正常响应信号 传输机器控制信号从新检查 A  

CPF00 控制回路传输异常1 电源投入后，5秒内操作器与控制板连接异常发生 从新安装数字操作器     检查控制回路的配线 A  

COM-ERR(OP&INV)    

CPF01 控制回路传输异常2 MPU周边零件故障 更换控制板    COM-ERR(OP&INV)    

CPF02 基较阻断（BB）回路不良 变频器控制板故障 更换控制板 A  BB circuit Err  

CPF03 EEPROM 输入不良  EEPROM Error  

CPF04 CUP内部A/D转换器不良   Internal A/D Err  

GPF05 CUP内部A/D转换器不良   External A/D Err  

CPF06 周边界面卡连接不良 周边界面卡安装不正确 周边界面卡从新更换 A  Option Error      

CPF20 模块指令卡的A/D变换器不良 AI-14B卡的A/D变换器动作不良 更换AI-14B卡 A  

      Option A/D Error