一種基于pid變頻調(diào)節(jié)的空氣壓縮機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種空氣壓縮機(jī)的節(jié)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在玻璃行業(yè)，生產(chǎn)用氣對壓縮空氣的壓力和流量的要求高，空壓站是浮法玻璃制 氣與供氣的場所。在空壓站中，空氣壓縮機(jī)是制氣與供氣的主要設(shè)備。近年來，隨著式空氣 壓縮機(jī)在工礦企業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，其能耗在企業(yè)的日常消耗中占很大比重。空氣壓縮機(jī)在 實(shí)際使用中的效率低，大多數(shù)廠礦企業(yè)的空氣壓縮機(jī)使用效率在60%至70%之間，造成能 量損耗多、維護(hù)成本高。
[0003] 空氣壓縮機(jī)運(yùn)行不節(jié)能的原因有兩點(diǎn)：一是選型不合理，造成裕量過大;二是普通 的空氣壓縮機(jī)是位式調(diào)節(jié)機(jī)器，而用戶的用氣量不是恒定的，為了保證空氣壓縮機(jī)出口總 管壓力的恒定，空氣壓縮機(jī)會不斷的通過加載、卸載來調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的壓力，造成總管供 氣壓力波動大，不能滿足用戶的需求。
[0004] 為穩(wěn)定總管壓力、減小供氣氣量波動，用戶只有通過排空來實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的長 時間加載運(yùn)行。式空氣壓縮機(jī)在使用過程中就會造成大量的浪費(fèi)，同時也增加了設(shè)備的維 護(hù)費(fèi)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的主要技術(shù)問題是提供一種空氣壓縮機(jī)的節(jié)能方法，通過變 頻器調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)組中一臺壓縮機(jī)的輸出功率，從而使得空氣壓縮機(jī)的輸出總功率可以 實(shí)現(xiàn)實(shí)時調(diào)節(jié)，使空氣壓縮機(jī)的輸出總功率維持在一個大致恒定的范圍內(nèi)。
[0006] 為了解決上述的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種基于PID變頻調(diào)節(jié)的空氣壓縮 機(jī)節(jié)能系統(tǒng)，包括:一組空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)、由PLC控制系統(tǒng)中的PID程序模塊控制的變頻器；
[0007] 所述空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的輸出端與主管網(wǎng)儲氣罐連接，一壓力傳感器用于檢測該組 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)當(dāng)前輸出總壓力值，并將當(dāng)前輸出總壓力值反饋至PLC控制系統(tǒng)中的PID程 序模塊；
[0008] 所述空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中的每一臺空氣壓縮機(jī)分別通過變頻接觸器與變頻器連接、 并分別通過工頻接觸器與工頻電源連接;所述PLC控制系統(tǒng)中的PID程序模塊使得所述空氣 壓縮機(jī)系統(tǒng)中的一臺空氣壓縮機(jī)工作在變頻模式，其余的空氣壓縮機(jī)工作在工頻模式。
[0009] 在一較佳實(shí)施例中：所述PLC控制系統(tǒng)中的PID程序模塊連接一人機(jī)互動界面，通 過人機(jī)互動界面對PID程序模塊輸入一目標(biāo)輸出總壓力值。
[0010] 在一較佳實(shí)施例中:所述空氣壓縮機(jī)與變頻接觸器之間采用硬接線電氣互鎖。
[0011] 在一較佳實(shí)施例中：所述變頻器并根據(jù)該組空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力值與目 標(biāo)輸出總壓力值的大小關(guān)系來調(diào)整工作在變頻模式的空氣壓縮機(jī)的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而 改變該工作在變頻模式的空氣壓縮機(jī)的輸出壓力值。
[0012] 在一較佳實(shí)施例中：當(dāng)所述目標(biāo)輸出總壓力值大于該組空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總 壓力時，變頻器使工作在變頻模式的空氣壓縮機(jī)的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)而使其的輸出 壓力值升高，該組空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力也隨之升高；
[0013] 當(dāng)所述目標(biāo)輸出總壓力值小于該組空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力時，變頻器使工 作在變頻模式的空氣壓縮機(jī)的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，進(jìn)而使其的輸出壓力值降低，該組空 氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力也隨之降低。
[0014] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的技術(shù)方案具備以下有益效果：
[0015] (1)節(jié)電效果明顯。根據(jù)使用變頻控制前后的用電量統(tǒng)計(jì)，355KW的空氣壓縮機(jī)在 使用變頻控制前平均每日電耗為7781度，使用變頻控制后平均每日電耗為4400度，使用變 頻控制后單日節(jié)省電耗為3381度。按照南方電網(wǎng)的平均電價0.73元/度計(jì)算，公司的空氣壓 縮機(jī)節(jié)能改造每年可節(jié)約電費(fèi)90.08萬元。
[0016] (2)供氣壓力穩(wěn)定。采用PLC控制的PID調(diào)節(jié)模式，系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器反饋的壓力 自動調(diào)節(jié)變頻器的運(yùn)行頻率，控制空氣壓縮機(jī)的輸出氣量，保證了供氣壓力的穩(wěn)定。
[0017] (3)降低了設(shè)備損耗?？諝鈮嚎s機(jī)長時間低于額定頻率運(yùn)行，降低了空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn) 速，同時避免了在工頻運(yùn)行時空氣壓縮機(jī)為平衡管網(wǎng)壓力而進(jìn)行的頻繁的加卸載，減少了 設(shè)備磨損，節(jié)約了維修經(jīng)費(fèi)。
[0018] (4)減少了起動電流沖擊。采用變頻起動的方式，減小了啟動電流，相比星三角降 壓啟動，本系統(tǒng)最大限度的減少了起動電流對系統(tǒng)的沖擊。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中基于PID變頻調(diào)節(jié)的空氣壓縮機(jī)節(jié)能系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下文結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0021] 參考圖1，一種基于PID變頻調(diào)節(jié)的空氣壓縮機(jī)節(jié)能系統(tǒng)，包括:一組空氣壓縮機(jī)系 統(tǒng)、由PLC控制系統(tǒng)中的PID程序模塊控制的變頻器;本實(shí)施例中，所述一組空氣壓縮機(jī)系統(tǒng) 中包括兩臺螺桿空氣壓縮機(jī)。
[0022] 所述螺桿空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的輸出端與主管網(wǎng)儲氣罐連接，一壓力傳感器用于檢測 該組螺桿空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)當(dāng)前輸出總壓力值，并將當(dāng)前輸出總壓力值反饋至PLC控制系統(tǒng) 中的PID程序模塊；
[0023] 所述螺桿空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中的兩臺螺桿空氣壓縮機(jī)分別通過變頻接觸器與變頻 器連接、所述螺桿空氣壓縮機(jī)與變頻接觸器之間采用硬接線電氣互鎖。兩臺螺桿空氣壓縮 機(jī)還分別通過工頻接觸器與工頻電源連接;所述PLC控制系統(tǒng)中的PID程序模塊使得所述螺 桿空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)中的一臺螺桿空氣壓縮機(jī)工作在變頻模式，另一臺空氣壓縮機(jī)工作在工 頻模式。
[0024]所述PLC控制系統(tǒng)中的PID程序模塊連接一人機(jī)互動界面，通過人機(jī)互動界面對 PID程序模塊輸入一目標(biāo)輸出總壓力值。
[0025]變頻調(diào)節(jié)的原理如下:所述變頻器并根據(jù)該組空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力值與 目標(biāo)輸出總壓力值的大小關(guān)系來調(diào)整工作在變頻模式的螺桿空氣壓縮機(jī)的異步電機(jī)的轉(zhuǎn) 速，從而改變該工作在變頻模式的螺桿空氣壓縮機(jī)的輸出壓力值。
[0026]具體來說：當(dāng)所述目標(biāo)輸出總壓力值大于該組空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力時， 變頻器使工作在變頻模式的螺桿空氣壓縮機(jī)的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，進(jìn)而使其的輸出壓力 值升高，該組螺桿空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力也隨之升高；
[0027]當(dāng)所述目標(biāo)輸出總壓力值小于該組空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力時，變頻器使工 作在變頻模式的螺桿空氣壓縮機(jī)的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，進(jìn)而使其的輸出壓力值降低，該 組螺桿空氣壓縮機(jī)當(dāng)前的輸出總壓力也隨之降低。
[0028] 之所以通過調(diào)整工作在變頻模式的螺桿空氣壓縮機(jī)的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以改 變該工作在變頻模式的螺桿空氣壓縮機(jī)的輸出壓力值是因?yàn)?螺桿空氣壓縮機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩 負(fù)載，其輸出功率與異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，其推導(dǎo)公式如下：
[0029] 根據(jù)力學(xué)原理，拉力F與摩擦力f大小相等、方向相反，F(xiàn)在單位時間t內(nèi)拉動物體做 直線運(yùn)動，位移為s。那么F在單位時間t內(nèi)的做的功為P:
[0031] 將摩擦力公式f=yFn代入式1可得：
[0032] P=yFn v (式2)
[0033] 注:μ為滑動摩擦系數(shù)，F(xiàn)n為產(chǎn)生摩擦的物體間的正壓力。
[0034]根據(jù)線速度V與角速度ω的關(guān)系可得如下公式：
[0035] V= cop = 23rfr (式 3)
[0036]注:式3中f為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)頻率。
[0037] 將式3代入式2可得如下公式：
[0039] 由式4中可以得出，螺桿空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子間克服摩擦力勻速旋轉(zhuǎn)，電機(jī)需要提供的 機(jī)械功率按式4計(jì)算(忽略機(jī)械效率η損失，設(shè)η為1)。
[0040] 綜上，可以近似的認(rèn)為螺桿式螺桿空氣壓縮機(jī)的輸