東元A510系列變頻器應(yīng)用于空壓機(jī)
一．概述
空壓機(jī)是各種工廠、筑路、礦山及建筑行業(yè)的必備設(shè)備，主要用來提供源源不斷的具有一定壓力的壓縮空氣。傳統(tǒng)空壓機(jī)主要以工頻運(yùn)行，采用加載—卸載閥來控制空壓機(jī)的供氣，由于頻繁加載、卸載不僅浪費(fèi)電能而且增加設(shè)備的機(jī)械磨損，并且加載是一個突然的過程，會對設(shè)備和電網(wǎng)造成較大的沖擊。因此對設(shè)計變頻式空壓機(jī)逐漸成為市場趨勢。空壓機(jī)有很多種類，如螺桿式空壓機(jī)、活塞式空壓機(jī)、離心式空壓機(jī)、渦旋式空壓機(jī)等等，而螺桿式空壓機(jī)的市場潛力極大，并在很多行業(yè)得到廣泛的運(yùn)用。
與變頻器組成空壓機(jī)控制系統(tǒng)時，用戶可選用東元空壓機(jī)控制器CCAC，也可選用普樂特控制器（內(nèi)置東元變頻器驅(qū)動），本文主要講述臺安空壓機(jī)控制器CCAC與東元A510變頻器組成的控制系統(tǒng)在螺桿式空壓機(jī)上的應(yīng)用。
圖1 空壓機(jī)實物圖
二．產(chǎn)品特色
1．空壓機(jī)控制器CCAC-M
CCAC-M型空壓機(jī)控制器是本公司開發(fā)生產(chǎn)的高性能一體化空壓機(jī)專用控制器，針對不同的用戶群體可選用CCAC-M01（空壓機(jī)控制程式由我司設(shè)計，客戶只需設(shè)置相關(guān)參數(shù)即可，操作簡單，適用于一般空壓機(jī)生產(chǎn)廠家）或CCAC-M02（空壓機(jī)控制程式開放給客戶，客戶可自行設(shè)計控制程序，體現(xiàn)其空壓機(jī)之個性化特色，適用于擁有較強(qiáng)空壓機(jī)控制系統(tǒng)研發(fā)隊伍的生產(chǎn)廠家）。
主要特色：
⑴ 具有交流電源的相序檢測功能，防止電機(jī)反轉(zhuǎn)；
⑵ 變頻方式的PID恒壓控制，輸出壓力穩(wěn)定；
⑶ 耗氣少的條件下具有自動休眠功能，有利于節(jié)能，降低設(shè)備磨損；
⑷ 具有過溫預(yù)警、過溫停機(jī)、過氣壓保護(hù)等保護(hù)功能；
⑸ 可檢測顯示主電機(jī)工作輸出電流，輸出電壓，輸出功率；
⑹ 提供了RS485通訊端口，可用于與變頻器通訊（Modbus RTU協(xié)議）；
⑺ 顯示界面結(jié)構(gòu)簡潔易懂，無需特別學(xué)習(xí)和記憶；
⑻ 具有實時萬年歷功能；
⑼ 16條故障記錄與歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，故障記錄中具有時間標(biāo)識；
⑽ 提供了操作員、代理商（或業(yè)主）、空壓機(jī)生產(chǎn)廠等多級密碼保護(hù)功能。
圖2 控制器操作面板
2．變頻器A510
A510是一款高功能重載型變頻器，內(nèi)置RS-485接口，支持Modbus通訊協(xié)議，功率范圍：0.75～315KW，可基本覆蓋空壓機(jī)行業(yè)所用變頻器功率范圍。
圖 3 A510系列變頻器
三．螺桿式空壓機(jī)工作原理
以單螺桿空壓機(jī)為例說明空氣壓縮機(jī)工作原理，如圖1所示為單螺桿空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。當(dāng)螺桿在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進(jìn)氣口吸入，同時也吸入機(jī)油，由于齒溝嚙合面轉(zhuǎn)動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮；當(dāng)齒溝嚙合面旋轉(zhuǎn)至殼體排氣口時，較高壓力的油氣混合氣體排出機(jī)體。
采用變頻器可通過改變螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方式來改變排氣量，當(dāng)用氣量發(fā)生變化時，變頻器改變轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)空壓機(jī)的排氣量，達(dá)到排氣壓力恒定不變，并節(jié)約能源的目的。
圖 4 螺桿式空壓機(jī)工作原理
四．空壓機(jī)系統(tǒng)組成
1. 在空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中，采用空壓機(jī)后端出氣管道上安裝的壓力傳感器來控制空氣壓縮機(jī)的壓力?？諌簷C(jī)啟動時，加載電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，加載氣缸不動作，變頻器拖動電機(jī)空載運(yùn)行，一段時間（可有控制器任意設(shè)定，在此設(shè)置為10S）后，加載電磁閥打開，空壓機(jī)帶載運(yùn)行。當(dāng)空氣壓縮機(jī)啟動運(yùn)行后，如果后端設(shè)備用氣量較大，儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達(dá)到壓力設(shè)定值，則控制器發(fā)出信號驅(qū)使加載電磁閥閥動作，打開進(jìn)氣口，電機(jī)負(fù)載運(yùn)行，不斷地向后端管路產(chǎn)生壓縮氣。如果后端用氣設(shè)備停止用氣，后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高，當(dāng)達(dá)到壓力上限設(shè)定值時，控制器發(fā)出卸載信號，加載電磁閥停止工作，進(jìn)氣口濾清器關(guān)閉，電機(jī)空載運(yùn)行。
當(dāng)空壓機(jī)連續(xù)運(yùn)行，壓縮機(jī)主體溫度會升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時，本系統(tǒng)設(shè)定為80℃（可有控制器根據(jù)應(yīng)用環(huán)境自行設(shè)定）風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行，用于降低主機(jī)工作溫度。風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時間，主機(jī)溫度下降，低于75℃風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)。
2.目前空壓機(jī)控制方式常用的有兩種，即工頻、變頻
⑴ 工頻配線方式（Y-△啟動）
工頻空壓機(jī)系統(tǒng)圖
圖5 工頻控制系統(tǒng)框圖
控制器配線圖
圖6 工頻控制控制器接線圖
電機(jī)配線圖
圖7 電機(jī)接線圖
工頻頻驅(qū)動方式下，壓力傳感器檢測空壓機(jī)出氣口排氣壓力，根據(jù)設(shè)定的“上限壓力設(shè)置”和“下限壓力設(shè)置”值進(jìn)行進(jìn)氣閥的開啟和關(guān)閉操作，使得出口壓力穩(wěn)定在“上限壓力設(shè)置”與“下限壓力設(shè)置”值之間。由于螺桿式壓縮機(jī)嚴(yán)格要求不允許反轉(zhuǎn)，控制器會檢測引入空壓機(jī)系統(tǒng)的交流電源的相序，若有相序異常，將發(fā)出報警，使系統(tǒng)不能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。
控制器常用參數(shù)設(shè)置：停機(jī)壓力值、壓力上限、壓力下限、加載延時時間、散熱風(fēng)機(jī)啟動溫度、散熱風(fēng)機(jī)停止溫度
注：變頻器所用導(dǎo)線、接觸器、電抗器應(yīng)根據(jù)說明書所給定的規(guī)格選擇
⑵ 變頻配線方式
變頻空壓機(jī)系統(tǒng)控制圖
圖 8 變頻控制系統(tǒng)框圖
控制器配線圖
圖 9 變頻控制控制器接線
變頻器配線圖
圖 10 變頻控制時變頻器周邊接線圖
3．空壓機(jī)變頻驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)
⑴ 采用變頻方式可以使在用氣量不大的情況下,變頻器輸出頻率低于50Hz，從而達(dá)到節(jié)能目的(一般節(jié)能在30%左右)。
⑵ 在變頻方式下，控制器與變頻器搭配，通過PID調(diào)節(jié)，可以保證出口壓力恒定。
4．調(diào)試步驟
⑴ 根據(jù)東元A510變頻器及臺安CCAC-M型空壓機(jī)控制器的規(guī)格，完成電源線及控制線的配線，注意變頻器外圍選購件（如：空開、斷路器、電抗器等）的連接及所用動力線的線徑、材質(zhì)。
⑵ 設(shè)置控制器、變頻器參數(shù)，如上。
⑶ 上電運(yùn)行空壓機(jī)，觀察設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，若有故障，則根據(jù)具體故障現(xiàn)象排除故障，直至設(shè)備可以正常運(yùn)行。
⑷ 設(shè)備運(yùn)行正常后根據(jù)實際的用氣要求，調(diào)節(jié)合適的出氣口壓力，并使變頻器運(yùn)行電流波動在很小的范圍內(nèi)，與電流波動相關(guān)的參數(shù)有，控制器P、I。
五．典型客戶
目前成功使用東元A510系列變頻器應(yīng)用在空壓機(jī)行業(yè)的主要客戶如下，涉及功率范圍為：11～220KW：
⑴ 上海復(fù)盛（CCAC-F02 + A510）
⑵ 福建華達(dá)（普樂特控制器 + A510）
⑶ 浙江紅五環(huán)（普樂特控制器 + A510）