空压机变频节能控制系统设计.docx

摘要空气压缩机是工业现代化的基础产品，它是揩原动机的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置.空气压缩机运行的基本模式是加教，卸载模了3在设计空气压缩机的容量时，一般都是将空压机容量设定为最大需求容量。在实际的运行中，在空教的运行方式下，电动机的运行效率将会大大降低，造成大贵的电能浪费，本次毕业设计是在校外进行的，作者主耍是维修用T空气压缩机控制系统中的变频器，并参与部分程序的调试,通过变频调速，可实时地根据空压机负载的大小调节电机的转速，从而改变电动机实际输出功率的大小，节约电能。论文先介绍了国内外空压机控制系统的发展情况，接着详细介绍了毕业设计过程中所维修的变频器.在此基础上，介绍了空压机变频节能控制系统的结构以及控制软件编程。现场调试结果表明，该系统取得了较为满意的控制效果。关键词：节能，En）控制，变频器，空压机第一章绪论1.1课题研究背景不同气压的空气都是通过空压机将空气中的空气通过压缩而获得，压缩的空气因方便保存，控制简单，移动性和安全性又比较好，于是被广泛应用到国民经济的许多领域.比如，在石油领域,和动力领域等，都是必不可少的电气设备.栽至2018年12月底，能够生产空压机的公司和企业在几年前才只有四仃多家.几年之后生产空压机的公司猛增到了七百多家，空压机市场发展势不可挡，这些公司中生产螺杆空压机的也增加了不少，几年之前也只有可数的一百多家，到了现在也发展到了两仃多家，短短几年时间就增加了一百多家.在2018年年业出产螂杆式空压机的企业和5年之前生产空压机的企业相比，规模大了许多，比例已达以前的1.5倍.在我国生产空压机的品种是日益增多，%是比较丰富的,规模也在逐渐扩长，据有关资料统计，2012年国内在动力领域,使用压缩机销售总量达到四口亿元：而趣杆压缩机的销售总量就达到两百五十到三百亿元，在动力领域中,销件比例在压缩机销售总量:中占r百分之七十多，前景相当可观。但是，在螺杆压缩机的销笆总量之中,只有百分之三十到百分之四十是由数十名台湾外资企业为代表的占领。而2015年的统计结果为：目前在中国约有两百多家生产企业是生产螺杆式空压机但是在销停总额里所占的比例却不是很多，销售市场主要还是外资企业占据霸王的位置，比如台湾的复盛，美国的IR.瑞典的AC.在空压机市场都是很有名的从上面的数据中我们可以得出，最近这些年国内压缩机的发展速度相当惊人的，在短短的八九年时间里，空气压缩机的铜售额达到了之前的34倍，螺杆压缩机的销件总量额达到了之前的5-6倍,有效地遏制了外资企业独笳空压机的局面.自从开山集团引进先进生产空压机技术之后，国内生产空压机的企业生产螺杆压缩机的生产水平明显加快了，在以前，有螺杆压缩机龙头企业的企业不超过卜家但是现在已经达到了卜几家，翻了一番.但许多国内生产的压缩机和空气压缩机使用商对节能的概念的不怎么了解并没有放在心上，他们认为，压缩机，性能稔定，可投入生产是关键.节能是次要的，在中国，最大的用电大户就是空压机，将空气压缩成不通气压的空气所需要的能及比较大，因此,空压机在用电设符里，消耗电能非常严重，空压机每年的用电量与其他用电设备比,用电量都遥遥领先其他设修2。随着经济全球化、体化和透明化，市场份额慢慢开始流入些优秀、有实力的企业，而这些企业只占少数；大多数普通的企业效益越来越差。此外，随着空压机市场份额U益增长，大家都看到了空压机领域这一份蛋杨，国民企业和外资企业也纷纷进入空压机市场，与国有企业共同抢夺、切割这块蛋糕，缶这种激烈的争夺中，我国空压机市场基本形成了三足鼎立的竞争格局。中国空压机行业和以前相比，一日千里，成长速度无法想象，但是把中国空压机行业看成一部分，与国外空压机及行业来看的话，其之间的差距还是很大，非几日就可以超越的。在空压机行业的今天，人民工资的上涨，廉价的劳动力已经不复存在，还想靠廉价劳动力来发展是不现实的，在这科技迅猱发展的今天，只有依靠科技，走可持续发展道路，才能走得更远。根据调查中国空压机数据，若空压机使用普通的加和或控制方式，在空压机上的能源消费是非常巨大的。其运行方式效率低下，能量资源浪费很严垂，并且供气质量比较差。其主要表现在以下几个方面：1、电能消耗大，效率低下空气压缩机运行的基本模式是加载，卸载模式3。空气压缩机的容量设计时，不是看实际平均需求来设定，如果这么设定，当空压机一直处于最大需求时，空压机会因长时间超负荷而损坏，因此在实际中，我们一般都是将空压机容量设定为最大需求容量。但是因此也出现了一个问题。实际过程中，压缩空气的需求量并不是一直处于最大需求量。当压缩空气不在最大需求量时，储气罐中的压缩空气会饱和，不能继续压缩空气，但是又不能IR更开关空压机，于是，我们需要将空压机空载运行.在实际的运行中，在空载的运行方式下，电动机空转，能源白白的浪贽掉，使电动机的运行效率降低，造成大量的电能浪费。2、对设备启动冲击大空压机的启动转矩比较大，启动时间较长，容易造成过负荷跳闸。此外，在加载和卸载的转换时.负教会突然发生变化（从满载到空载,这对于空气压缩机来说，具有很大的影晌，对设备和电网的保护极其不利，从而造成设备维修费用的增加。3、供气质量不稳定传统控制方式不能根据负叔的大小连续进行调整，只能空气质力在达到上限或下限时才能进行调整，使得压力上卜.波动大，降低了调节精度。12变频器控制电机的优势1.2.1变频器控制特点本课题以上海亚盛实业有限公司生产的SA60A-7螺杆式空压机变频为参考，根据当前传统控制空压机的方式存在的问题，对空压机进行改造，利用变频瑞通过改变电动机的转速来控制空压机排除空气的压力。空压机改造后的效益节约能源使用变频器控制空压机，大大节约了不必要损失的电能.在没行使用变频节能控制的情况下，空压机空载时，空压机不做工，但是电机还在运行，电能就转换成了电机的机械能和热能，电能浪费严重。而应用变频装置后，变频器通过改变电网输送过来的须率，将工频转化成实际操作中所需要的频率，然后将改变过后的电能输送给空压机，从而改变空压机的转速，然后改变空气压缩机派出空气的量，以提供稳定的压力。电动机一直处于满载状态，之前空载所消耗的电能在此时就可以节约下来。(2)提高了输出气压的精度变频节能控制系统是一个闭环控制系统，它能有效地控制空压机产生气体压强的大小，根据实际工程所设定气压大小值来控制空压机的转速，从而控制气体的排出量。此后空压机的输出气量在闭环反馈控制的作用下，Ki看气缸中压力值的改变而Ki时做出相应改变，因此气体压力值的输出是相对稳定的。(3)延长压缩机的使川寿命空压机在变频器的作用卜频率从OhZ开始慢慢增长到额定值,电压也是从O慢慢上升到颁定值的。不仅如此，它的加速时间是自己设定的，在启动时，不需要接受强大的起动电流，从而延长了空压机的使用年限即寿命。1.2. 2变频器节能原理1、变频节能：为了提高生产的可独性，空压机在设计的时候是按按照实际生产过程中可能会出现的最大的需求来设计的4,并且在此基础上还要增加一些余星，来应对突发状况。实际过程中，压缩空气的需求量并不是一直处于最大需求量。当压缩空气不在最大需求量时，储气罐中的压缩空气会饱和，不能继续压缩空气，但是又不能重复开关空压机，于是，我们需要将空压机空载运行。在实际的运行中，在空数的运行方式下，电动机空转，能源白白的浪费掉，使电动机的运行效率降低，造成大量的电能浪费。而才用了变频器节能控制后，变频耦输出频率会根据根据气压的大小变化而变化，当排出气体压力值较大时，反馈减速信号输送给变频器，变频器接受减速信号，使空压机的转速降低，减少产气室：当排出气体/较少时，变频器接受加速信号，使空压机的转速加快，增大产气量，而电动机一直处于满载状态，这样就能使传统空压机运行时空载损耗给节约下来。2、通过U"恒定控制：将电动机的电压与频率之比保持为恒定值，改变其中一个量的大小也同时要改变另一个值的大小，使他们之比保持不变，这样能使电机的力矩保持恒定值，不会再很窄的调速范围内出现电动机效率偏低的情况。3、动态调整节能：它能以最快速度适应负载变化，供给电动机最合适的电压，使电机高效益输出。13本课题的主要内容1、设计空压机变频控制软硬件系统2、现场安装及试运行系统调试现场安装变频器控制柜，完成电缆敷设等工作；调试系统是否满足生产工艺的需求，最终使系统稳定，可靠地投入使用。1.4本章小结本章主要介绍了空压机变痂节能控制的研究背景、其意义和项F1.的来源。简单的阐述了变频器节能的原理和特点。第二章变频器原理及内部结构现在的变频器一般是现将工频电源通过三相整流桥转换为直流电源，然后通过逆变电路不断开通和关断K；BT,直流电源在K；BT开通和关断的不断重复下，转换为频率可调的的交流电源。图2T变频器外观2.1变频器的工作原理通过书本我们了解到，交流电动机的同步转速表达式：n=60f（I-SVp（1）式中n电机转速：f电机频率：s电机转差率：p电机极对数1.由式（1）可知，在转差率S和极对数P不变的情况下，转速n与频率f有关，其频率值越大，转速也会跟着变大：其频率值越小，转速也会变得比较小，通过调节频率f的大小值就能够间接地改变了电机转速。变频器控制电路的最终目的是在U/f或矢属控制模式下，生成并输出6路PWM脉冲信号，用于驱动主电路IGBT器件，以完成对直流电源（由338OV电源整流灌波后获得）的逆变输出，将此频率/电压可变的“新能源”提供给负载电动机。变频器，通俗的讲，主要分为3块内容，包含主电路（执行机构）和控制电路（控制机构），开关电源（供给芯片工作电源）：主电路主要完成对交流电电源的整流，将其交流电源变化为直流电源，然后通过K；BT的逆变逆变功能.将其直流电源转化为可谓的交流电源、功率输出的作用：控制电路的主要任务是生成逆变功率电路所需要的6路脉冲信号而且它还承担着变频瑞故障检测、停机保护和操作控制的贡任6.开关电源为许多电路提供电源，比如说变频器中的风扇，IGBT的驱动电路里驰动芯片的驱动电源都是开关电源提供的。变频器主要由整流单元（三相整流桥）、滤波单元（电容或电抗），逆变单元（IGB丁）.驱动单元（PC923或者PC929）,制动单元（制动电阻），开关电源（UC3842或者UC3844）等构成。变顽器主要分为三大部分：1主电路，2驱动电路，3开关电源电路7。主电路是交流电源进行整流、逆变的主要场所.驱动电路主要控制主电路里逆变电路中6只IGBT的通断.开关电路是为驱动电路、风扇、和其他芯片提供电源。2.2变频器主电路变频器的主电路包括三相整流电路、充电限流电路、电容淀波储能电路和IGBT逆变电路几个部分构成包共系统结构如图2-2所示。充电维电器的控制电路：变频器上电后，工频交流电通过三相整流桥，整流成为6波30OhZ的脉动直流电压经过充电限流电阻为电容充电（如果不进行限流充电，电容因充电相当于短路，直流回路里的电流值很大，对直流回路仃相当大的冲击，加了充电电阻后，就可以限制电容充电时的充电电流），串联电容两端随着充电过程的进行逐步建立起充电电压，等到充电电压达到一定值后，开关电源开始起振，MCU芯片输出充电继电器的合控制信号，先经过光耦合器进行电气隔离，和晶体管放大信号，驱动充电维电器，其常开触点KM1.闭合，短接充电限流电阻。变频器的限流充电过程结束，进入待机状态。散热风扇控制电路：木机电路的散热风扇的电源取自开关电源电路输出的24，供电，风扇的运转和停止都是由MCU主板来的开关信号控制。MCU输出散热风扇的运转信号，经光耦合器隔离，晶体管放大后控制放大器QI的导通截止，由Q1.直接驱动散热风扇，在变频器运转中为变频器提供强制冷风。模块温度检测电路：温度检测器件是一个热敏电阻元件，常温下它的电阻值大约为10K,但当其周围的温度发送变化，它