專利名稱：空壓機變頻節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及空氣壓縮機的控制裝置，尤其涉及一種空壓機變頻節(jié)能裝置。
背景技術(shù)：
目前，大多數(shù)空氣壓縮機組采用三相交流異步電機驅(qū)動，電源頻率為50Hz 工頻，主電機的啟動方式是"星-三角"降壓啟動方式。主電機輸出功率與負(fù) 荷功率之間的平衡釆用加載或卸載方式予以實現(xiàn)。該方式的特點是根據(jù)空氣壓 力的變化來控制空壓機工作。即一旦空氣壓力低于回跳壓力的設(shè)定值，空壓機 進(jìn)入加載運行方式，此時機組內(nèi)的步進(jìn)電機就將進(jìn)氣閥打開，將放氣閩關(guān)閉， 空壓機便開足馬力滿氣量向系統(tǒng)供氣。若空氣壓力高于起跳壓力的設(shè)定值，空 壓機將進(jìn)入卸載運行狀態(tài)，此時機組內(nèi)的步進(jìn)電機就將進(jìn)氣閥關(guān)閉，通過放氣 閥將分離簡體放空管路打開，使其壓力下降，空壓機繼續(xù)以零氣量運行。加載或卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在最大值和最小值之間來回波 動。最小值是保證正常生產(chǎn)的最低值。但是，為了保證使用的連續(xù)性，目前的 控制方式是頻繁將空壓機的壓力加載到最大值。這樣兩者之間的差值所消耗的 能量完全是浪費的。當(dāng)壓力達(dá)到最大值時，空壓機卸載，系統(tǒng)中高于最大值的 壓力部分通過卸壓閥向空中排放掉，導(dǎo)致電能浪費。負(fù)載變化越大、加卸載越 頻繁，能耗就越大。長期以來，空壓機高能耗、低產(chǎn)出的難題一直沒有得到有效地解決。通過 變頻恒壓調(diào)速控制，可以實現(xiàn)降低能耗20%,并可避免機組頻繁受沖擊，延 長機組的使用壽命。但是，空壓機原有以含微處理器控制器為基礎(chǔ)設(shè)計的電氣 控制系統(tǒng)與機組的運行工況、主電機過熱保護(hù)、壓力檢測、溫度控制、異常狀 態(tài)的保護(hù)、壓力控制元件的動作關(guān)系密切。其核心技術(shù)為制造廠家專有，不可 能向用戶公開。因此，如何在不改變原有的控制系統(tǒng)的情況下，處理好兩者的 關(guān)系將是極其重要的。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的為提供一種空壓機變頻節(jié)能裝置，該裝置在完整保留空 壓機原有智能型控制系統(tǒng)的條件下能自動調(diào)節(jié)空壓機主電機的工作頻率，使主 電機轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而變化，以降低空壓機的能耗。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的空壓機變頻節(jié)能裝置采用如下技術(shù)方案一種空壓機變頻節(jié)能裝置，包括變頻器，壓力傳感器，壓力調(diào)節(jié)儀，壓力 給定電位儀；所述變頻器的主電路輸入端連接工頻電源，主電路輸出端連接空 壓機原啟動單元；所述壓力給定電位儀連接在變頻器上，所述壓力傳感器與壓 力調(diào)節(jié)儀連接，壓力調(diào)節(jié)儀再分別與變頻器和壓力給定電位儀連接。這樣，當(dāng)壓力傳感器檢測的壓力信號經(jīng)壓力調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)，并與壓力給定電位儀比較后形成頻率調(diào)節(jié)信號，頻率調(diào)節(jié)信號輸入到變頻器中，變頻器則根據(jù) 頻率調(diào)節(jié)信號輸出相應(yīng)頻率的電源，從而控制主電機的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載多寡作出相應(yīng)的變化。因此，采用上述技術(shù)方案，該空壓機變頻節(jié)能裝置將根據(jù)壓力信號 自動調(diào)節(jié)空壓機主電機的工作頻率，使主電機轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而變化，從而具 有降低空壓機的能耗的優(yōu)點。另外，為了使空壓機能在變頻和工頻兩種方式下切換工作，所述本實用新 型的進(jìn)一步改進(jìn)中，所述變頻器的主電路輸出端和空壓機原啟動單元之間通過 單刀雙擲隔離刀開關(guān)連接，所述單刀雙擲隔離刀開關(guān)電源側(cè)的兩個合閘位置分 別連接工頻電源和變頻器的主電路輸出端，單刀雙擲隔離刀開關(guān)負(fù)荷側(cè)連接空 壓機原啟動單元。這樣，若變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障，可手動切換到工頻方式， 使空壓機在工頻條件下工作。為了在變頻器內(nèi)部出現(xiàn)過電流故障時自動切斷電源以及在正常時帶負(fù)荷 切斷電源，所述本實用新型在進(jìn)一步改進(jìn)中，所述變頻器主電路輸入端和工頻 電源之間通過三相斷路器連接。為了,實現(xiàn)空壓機變頻節(jié)能裝置的變頻啟動，所述變頻器還通過變頻運行轉(zhuǎn) 換開關(guān)與空壓機原啟動單元中的角接觸器的常開輔助接點連接。為了給空壓機主電機降溫，還包括有主機冷卻風(fēng)扇，所述主機冷卻風(fēng)扇通 過交流接觸器與電源連接。由于變頻器在低頻運行時，熱量較大，為了給變頻器降溫，以保證變頻器 的正常運行，還包括有變頻器冷卻風(fēng)扇，所述該變頻器冷卻風(fēng)扇通過單相斷路 器與220V電源連接。為了能夠?qū)崿F(xiàn)主要信號的顯示，所述變頻器還連接有兩個中間繼電器，以 及變頻故障信號指示燈和變頻運行信號指示燈，所述兩個中間繼電器通過單相 斷路器與電源連接。采用上述技術(shù)方案，本實用新型的空壓機變頻節(jié)能裝置具有如下的優(yōu)點1、 自動調(diào)節(jié)控制功能，空壓機釆用變頻恒壓控制，即根據(jù)壓力調(diào)節(jié)儀自 動調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供的壓力信號調(diào)節(jié)變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，保持轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定， 基本消除加載或卸載的運行模式，具有節(jié)省能耗的優(yōu)點。2、 具有變頻、工頻兩種運行方式，當(dāng)變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，能通過 變頻器柜上單刀雙擲隔離刀開關(guān)迅速可靠地切換到工頻運行方式。3、 雙擲隔離刀開關(guān)杜絕了因控制系統(tǒng)誤動作導(dǎo)致工頻或變頻兩種方式的 主回路同時接通的可能性。4、 完整地保留了原有的工頻星一三角降壓啟動方式，同時滿足變頻器軟 啟動的條件。


以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明 圖1為本實用新型的電路示意圖； 圖2為變頻器柜的示意圖； 圖3為圖2的后視圖；具體實施方式
在本實施例中，所述空壓機采用380V、 132KW三相交流異步主電機驅(qū) 動，電源頻率為50Hz工頻，主電機采用"星-三角"降壓啟動方式。主電機的 輸出功率與負(fù)荷功率之間的平衡采用由智能控制器控制，以加載或卸載方式實現(xiàn)。為了實現(xiàn)對該空壓機進(jìn)行變頻節(jié)能改造，如圖l所示(圖中虛線框內(nèi)設(shè)備為原有設(shè)備)，結(jié)合圖2和圖3，本實用新型的空壓機變頻節(jié)能裝置，包括變頻器IOO、壓力傳感器200、壓力調(diào)節(jié)儀300、壓力給定電位儀400,三相斷 路器500，單刀雙擲隔離刀開關(guān)600。其中，變頻器IOO采用內(nèi)置直流電抗器的變頻器，這樣的變頻器100具 有快速響應(yīng)功能，能滿足系統(tǒng)壓力快速變化的要求。并且該變頻器100還具 有過流、過壓、過熱、欠壓、缺相保護(hù)功能，即當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生上述故障時，變頻 器100能立即自動退出運行。另外，該變頻器100還具有故障復(fù)位功能，即 變頻器100在檢測出外部故障或變頻器自身發(fā)生故障時，變頻器將被封鎖， 停止輸出，并通過故障指示燈報警；維修人員則可根據(jù)故障代碼査出故障原因 并清除故障。這種變頻器100的啟動轉(zhuǎn)矩為220%,能承受150%的過載電流 l分鐘，工作環(huán)境極限溫度為60度，完全能滿足空壓機使用環(huán)境的要求。該 變頻器100安裝在變頻器柜內(nèi)。 ，變頻器100主電路輸入端的LI, L2, L3端子通過三相斷路器500與380V 交流電源連接，本實施例采用的三相斷路器500的為施耐德公司生產(chǎn)，型號 為NSC250D。三相斷路器500的作用是控制變頻器100的主回路，當(dāng)變頻器 100內(nèi)部出現(xiàn)過電流故障時可用此斷路器、動切斷變頻器100的電源，也可以 用于正常時帶負(fù)荷切斷變頻器100的電源。變頻舉100主電路輸出端的U, V, W端子與單刀雙擲隔離刀開關(guān)600連接。該單刀片雙擲隔離刀開關(guān)600的型 號為HS11B-400A/48，其作用是用來提供工頻或變頻兩種不同的主回路通道。 該單刀雙擲隔離刀開關(guān)600的電源側(cè)有兩個合閘位置，其中一個合閘位置是 工頻位置，與380V交流電源連接；另一個合閘位置為變頻位置，與變頻器100 主電路輸出端的U, V, W端子連接。單刀雙擲隔離刀開關(guān)600的負(fù)荷側(cè)與空 壓機原啟動單元001中交流接觸器1M、 2M的主接點連接。單刀雙擲隔離刀 開關(guān)600的特征是具一個刀片和兩個不可能同時存在的合閘位置，從而杜絕 了兩種不同控制方式的主電路同時接通的可能性。交流接觸器1M、 2M、 1S 系空壓機主電機原啟動單元中的主回路控制元件，本實用新型予以保留，其目 的是保留工頻運行方式時主電機降壓啟動的功能。若變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障， 可手動切換到工頻方式，使空壓機在工頻條件下工作。壓力傳感器200安裝在空壓機的輸出管道上，用以監(jiān)測空壓機的實際輸出壓力值，該壓力傳感器200與原系統(tǒng)傳感器相互獨立，互不干擾。壓力調(diào)節(jié)儀用于自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供的壓力信號，壓力調(diào)節(jié)儀300具有顯示壓力給定 和顯示檢測壓力兩路顯示功能，壓力調(diào)節(jié)儀300的1#、 2弁端子接220V交流 電源，壓力調(diào)節(jié)儀300的16#、 17#端子連接壓力傳感器200,壓力調(diào)節(jié)儀 300的14#、 18#端子短接，壓力調(diào)節(jié)儀300的13#端子接變頻器100的11# (AT3)端子，壓力調(diào)節(jié)儀300的11#端子接變頻器100的12# (COM)端 子。壓力給定電位儀400選用的阻值為5.1KQ，壓力給定電位儀400的3個 端子分別與變頻器100的12# (COM)、 13#(AI1)、 14# (+10V)端子連接。本空壓機變頻節(jié)能裝置的恒壓過程是這樣實現(xiàn)的壓力傳感器200檢測 的壓力信號經(jīng)壓力調(diào)節(jié)儀300調(diào)節(jié)，并與壓力給定電位儀400比較后形成頻 率調(diào)節(jié)信號，頻率調(diào)節(jié)信號通過變頻器100的11#(AI3)， 12弁(C0M)端子輸 入到變頻器100內(nèi)，變頻器IOO根據(jù)頻率調(diào)節(jié)信號輸出相應(yīng)頻率的電源，從 而控制空壓機的主電機(1MTR)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載多寡作出相應(yīng)的變化。實現(xiàn)輸 出壓力低時變頻器工作頻率升高，輸出壓力高時變頻器工作頻率則降低。其工 作過程為，當(dāng)系統(tǒng)用氣量小時，空壓機的出口壓力提高，壓力傳感器200的 阻值減小，壓力調(diào)節(jié)儀300的電源將壓力傳感器200的電阻信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?信號，使其對壓力調(diào)節(jié)儀300的輸入信號的電流增大，壓力調(diào)節(jié)儀300顯示 的壓力增高，同時與由壓力給定電位儀400所設(shè)定的壓力值比較后，向變頻 器IOO輸入反向變化的電流信號，該信號經(jīng)變頻器100內(nèi)部處理后，使輸出 相應(yīng)的電源頻率降低，空壓機的主電機轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，空壓機排氣量降低。供 氣量與用氣量平衡，變頻器則維持在該點的頻率運行。當(dāng)系統(tǒng)用氣量大時，動 作過程相反，同樣也能得到與負(fù)載想適應(yīng)的頻率。為了實現(xiàn)空壓機變頻節(jié)能裝置的變頻啟動，變頻器100的5#(1_11)， 8# (+24V)端子經(jīng)變頻運行轉(zhuǎn)換開關(guān)101串聯(lián)后與原啟動單元中的角接觸器2M 的常開輔助接點2M-1相聯(lián)結(jié)。所述角接觸器是空壓機原有的控制中用于主電 機星-三角啟動系統(tǒng)中的一件電氣控制元件。其作用是主電機在星型降壓啟動 后(即1M、 1S主接點接通)，經(jīng)過原智能性控制系統(tǒng)所設(shè)置的延時，啟動角 接觸器2M，使主電機全壓運行(即1M、 2M主接點接通)。本實用新型的主 電機啟動特征是，當(dāng)空壓機選擇在變頻方式狀態(tài)下時，前述的啟動過程只是完成了原有控制系統(tǒng)中啟動部分的控制回路的動作過程，并沒有導(dǎo)致主電機實質(zhì) 性的啟動。變頻運行方式下的主電機的啟動過程為合上三相斷路器500，將單刀雙 擲隔離刀開關(guān)600切換至變頻位置，合上變頻運行轉(zhuǎn)換開關(guān)101，按動空壓機 原智能操作屏上的起動鍵，主接觸器1M、星接觸器1S分別吸合，延時一段 時間后(延時時間的長短由原智能控制系統(tǒng)設(shè)置)，角接觸器2M吸合，角接 觸器2M的輔助接點2M-1提供變頻器的啟動信號，變頻器IOO啟動。停車時可先停變頻控制柜上的變頻停止轉(zhuǎn)換開關(guān)102，然后再按動空壓機 上原智能搡作屏上的停車鍵，以避免主接觸器1M、角接觸器2M帶負(fù)荷分?jǐn)唷?也可以直接按動空壓機原智能搡作屏上的停止鍵，使角接觸器2M失電。通過 2M失電，使變頻器100停車。另外，變頻器柜上還具有與變頻器100連接的 故障復(fù)位按紐112,用于出現(xiàn)故障時的復(fù)位。本空壓機變頻節(jié)能裝置主要信號的顯示通過中間繼電器103、104實現(xiàn)的， 中間繼電器103的線圈一端接變頻器的9# (R1C)端子，另一端通過單相斷 路器105接220V交流電源；中間繼電器104的線圈 一端接變頻器的10#( R2A) 端子，另一端通過單相斷路器105接220V交流電源。當(dāng)中間繼電器103線圈 受電后，其接點閉合，變頻器拒上的變頻故障信號指示燈106發(fā)光；當(dāng)中間 繼電器104線圈受電后，其接點閉合，變頻器柜上的變頻運行信號指示燈107 發(fā)光。空壓機的工作電流和電壓由電流表108和電壓表109取得。變頻器IOO 的頻率變化通過與變頻器100連接的頻率顯示儀111顯示，其中頻率顯示儀 111的14#端子連接變頻器100的12并(C0M)端子，頻率顯示儀111的16# 端子連接變頻器100的15弁(A01)端子。另外，為保障機組中的主機冷卻風(fēng)扇、原智能控制系統(tǒng)在變頻工況下能正 常工作，應(yīng)將所述元器件或電源的線路與機組的主電機(1MTR)的線路完全 分離出來。將所述線路直接接在三相斷路器的電源惻。另行安裝一只交流接觸 器700 (型號為施耐德LC1-D2401M7C)，用于控制主機冷卻風(fēng)扇002的主回 路，主機冷卻風(fēng)扇002 (2MTR)通過該交流接觸器700與380V交流電源連 接，交流接觸器700控制系統(tǒng)由原空壓機的控制系統(tǒng)提供，本實用新型只是 改變主機冷卻風(fēng)扇(2MTR)的一次回路，不涉及其二次回路。變頻器100在低頻運行時，熱量較大，為了給變頻器100降溫，再增加一個冷卻風(fēng)扇800, 該冷卻風(fēng)扇800通過單相斷路器110與220V交流電源相連。以上就是本實用新型所述的空壓機變頻節(jié)能裝置，通過上述的詳細(xì)介紹， 可以看出本實用新型的空壓機節(jié)能裝置具有如下的優(yōu)點1、 具有變頻、工頻兩種運行方式，當(dāng)變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，能通過 變頻器柜上單刀雙擲隔離刀開關(guān)迅速可靠地切換到工頻運行方式。2、 雙擲隔離刀開關(guān)杜絕了因控制系統(tǒng)誤動作導(dǎo)致工頻或變頻兩種方式的 主回路同時接通的可能性。3、 自動調(diào)節(jié)控制功能，空壓機采用變頻恒壓控制，即根據(jù)壓力調(diào)節(jié)儀自 動調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供的壓力信號調(diào)節(jié)變頻器的輸出轉(zhuǎn)速，保持轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定， 基本消除加載或卸載的運行模式。4、 完整地保留了原有的工頻星一三角降壓啟動方式，同時滿足變頻器軟 啟動的條件。
5、 所選的施耐德變頻器還使裝置具有，快速響應(yīng)功能、故障復(fù)位功能以 及過流、過壓、過熱、欠壓、缺相保護(hù)功能。但是，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來 說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實 質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權(quán)利要 求范圍。
權(quán)利要求1、一種空壓機變頻節(jié)能裝置，其特征在于包括變頻器，壓力傳感器，壓力調(diào)節(jié)儀，壓力給定電位儀；所述變頻器的主電路輸入端連接工頻電源，主電路輸出端連接空壓機原啟動單元；所述壓力給定電位儀連接在變頻器上，所述壓力傳感器與壓力調(diào)節(jié)儀連接，壓力調(diào)節(jié)儀再分別與變頻器和壓力給定電位儀連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的空壓機變頻節(jié)能裝置，其特征在于所述變頻 器的主電路輸出端和空壓機原啟動單元之間通過單刀雙擲隔離刀開關(guān)連接，所 述單刀雙擲隔離刀開關(guān)電源側(cè)的兩個合閘位置分別連接工頻電源和變頻器的 主電路輸出端，單刀雙擲隔離刀開關(guān)負(fù)荷側(cè)連接空壓機原啟動單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空壓機變頻節(jié)能裝置，其特征在于所述 變頻器主電路輸入端和工頻電源之間通過三相斷路器連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空壓機變頻節(jié)能裝置，其特征在于所述變頻 器還通過變頻運行轉(zhuǎn)換開關(guān)與空壓機原啟動單元中的角接觸器的常開輔助接 點連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空壓機變頻節(jié)能裝置，其特征在于還包括有 主機冷卻風(fēng)扇，所述主機冷卻風(fēng)扇通過交流接觸器與工頻電源連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空壓機變頻節(jié)能裝置，其特征在于還包括有 變頻器冷卻風(fēng)扇，所述該變頻器冷卻風(fēng)扇通過單相斷路器與220V電源連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空壓機變頻節(jié)能裝置，其特征在于所述變頻 器還連接有兩個中間繼電器、以及變頻故障信號指示燈和變頻運行信號指示 燈，所述兩個中間繼電器通過單相斷路器與電源連接。
專利摘要本實用新型涉及一種空壓機變頻節(jié)能裝置，包括變頻器，壓力傳感器，壓力調(diào)節(jié)儀，壓力給定電位儀；所述變頻器的主電路輸入端連接工頻電源，主電路輸出端連接空壓機原啟動單元；所述壓力給定電位儀連接在變頻器上，所述壓力傳感器與壓力調(diào)節(jié)儀連接，壓力調(diào)節(jié)儀再分別與變頻器和壓力給定電位儀連接。另外，在變頻器的主電路輸出端和空壓機原啟動單元之間還設(shè)有單刀雙擲隔離刀開關(guān)。因此，本實用新型的空壓機變頻節(jié)能裝置能根據(jù)壓力信號自動調(diào)節(jié)空壓機主電機的工作頻率，使主電機轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而變化，從而具有降低空壓機的能耗的并可以保障系統(tǒng)安全運行的優(yōu)點。
文檔編號F04B49/06GK201083194SQ20072007464
公開日2008年7月9日 申請日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者艾德躍 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司