IR5000控制系统在螺杆式空压机上的应用

1 概述

我厂空压站共有1#、2#、3# 英格索兰螺杆式空压机(56 m3/min，300 kW /台)3台，其工作原理是当空气压力超过设定的压力时，压缩机进气管上碟阀自动关闭，压缩机进入空转卸荷状态，当储气罐内的空气压力低于设定压力时，压缩机进气管碟阀自动开启，压缩机又进入到满载工作状态。空气压缩机的排气量和压力，在运转中是变化的，常因工况变化导致用气量变化，所以空气压缩机工作时总是在重复满载原卸荷工作方式。满载时的工作电流接近电动机的额定电流，卸荷时的空转电流为30豫耀50豫电动机额定电流，这部分电流不是做有用功，而是机械在额定转速下的空转损耗。另外，原有运行方式为星-角降压起动后全压运行，存在着浪费电能的现象，且无法实现自动控制。因此，对空压机控制系统加装了IR5000 控制系统进行技术改造，IR5000 内的变频器根据储气罐压力自动调节运行频率，达到节能的目的。

2 IR5000控制系统

2.1 系统介绍

IR5000 是压缩机技术和变频控制技术相结合的产品，由英格索兰提供压缩机技术及机械原理，流体及应力特性，系统中使用的变频器是丹佛斯依靠这些原理及特性开发出的专为英格索兰螺杆压缩机设计的专用变频器。IR5000 是英格索兰拥有知识产权的高效节能系统，它不同于市场上通用的变频器，所以对压缩机进行改造，不是单纯的只加一套变频系统，而是压缩机技术+变频控制技术的改造。

IR5000 高效节能控制系统与空压机原有的Intellisys 控制器实现一体化控制，会根据实际的用气量实时调整空压机的转速，以维持空气系统恒定的压力。它主要有两种模式：

1)Setup1，IR5000 以最低频率运行，空压机处于卸载状态;

2)Setup2，IR5000 调节转速以维持恒定压力，空压机处于加载模式。

在使用IR5000 时，空压机依然根据起跳压力、回跳压力来控制空压机的加卸载，同时，IR5000 会调整转速，尽量维持系统压力能够稳定在压力带的范围之内。当系统压力高于IR5000 的目标压力，IR5000 会降低空压机的转速以减少供气量，从而使系统压力缓慢下降，当系统压力降至目标压力附近，IR5000 会增加空压机的电机转速以增加供气量。

2.2 IR5000工作流程

IR5000工作流程如图1 所示。

2.3 IR5000与一般控制系统的区别

1)开发了消除螺杆压缩机的共振点跳跃点;

2)开发了对于启动压缩机时需要的大扭矩;

3)开发了启动压缩机时润滑油路自循环所建立压力的需求时间;

4)开发了变频系统对压缩机信号干扰的消除系统;

5)开发了全系列螺杆压缩机(5耀355 kW)的高效节能控制系统;

6)开发了能够消除由于压缩机故障引起的喷油故障;

7)开发了通过检测现场用气点压力而调节压缩机组成系统的供气量;

8)开发了压缩机和变频器故障点互相保护设备的控制系统;

9)开发了压缩机启动时低速润滑轴承的功能;

10)开发了保护电机发热的功能。

2.4 IR5000系统运行优点

1)根据不同的工况和用气情况调节空压机转速，节能效果一般可达到25%耀30%;

2)实现软起，减少了起动瞬间对电机电气元件的冲击，延长了电机和接触器的寿命;

3)减少空压机频繁加卸载，由于卸载次数的减少，噪声也相应减少;

4)同时监视多个参数，具有完善的保护措施，使空气压缩系统更加稳定可靠，减少了停机时间，降低了生产的损失;

5)空压机与IR5000一体化控制涉及到空压机的运行工艺条件、空压机防振动、防呕油、以及电机温度保护、压力特性曲线等，同时与空压机原有Intellisys 控制器紧密集成。

3 IR5000系统中变频器的选型及设置

空压机的的型号是M300-2S，电机额定电流为548 A，最大运行电流630.2 A(因为空压机本身过载系数是1.15)。考虑当变频器满负荷运行(50 Hz)时，如果输入电压有所下降(假设0.5%)而造成电机电流上升，则空压机实际最大运行电流可达630.2伊1.05=661.71 A，所以选用的变频器型号为FC302-P-355-T5，额定电流745 A。

变频参数设置如表1所列。

4 IR5000控制系统图

IR5000 控制系统图如图2 所示。

5 运行分析

2009 年3月底开始对空压机控制系统进行改造，4 月1 号正式运行，在运行过程中，发现IR5000控制系统电盘温度过高，每个IR5000 控制柜包括左右两个柜体，即接触器柜体和变频器柜体，接触器柜体空气开关以及空开到接触器的铜排经测温度达到85益，变频器柜体温度也达到了70益，而控制柜内空气断路器和铜排的选型是严格按照国家标准进行的。经过现场测量和判断，接触器单元发热是因为柜内无足够空气流通，造成柜内热气无法排出而引起的;变频器柜体发热是由于冷却空调功率为4 kW，而变频器发热功率约为7 kW，很明显，冷却空调不能满足变频器柜体散热，且由于现场控制间环境温度较高，为了保证系统的长期使用，做了如下调整：

1)将变频器柜体原冷却空调拆下，顶部开孔，加装轴流风机，将柜内热气排出，后门下方开孔并加装滤隔栅，保证柜内空气流动;

2)经计算冷却空调可以满足接触器柜体，把拆下的冷却空调安装在接触器柜体后面;

3)在电盘间加装轴流风机、制冷空调，保证室内温度在40益以下。

设备运行45 天，变频器大部分时间运行在40 Hz 上，电流500 A 左右，用气量小的时候，IR5000 先自动降低压缩机运行频率，最低频率达到26 Hz，只有在26 Hz，用气量还大的时候，才通过卸载来调节用气量，节约了电能。

6 结语

采用了IR5000 控制系统，实现了设备的自动控制，为后期的能源自控项目联控、群控的实施以及采集空压机内部参数创造了条件。这次对空压机的改造完全达到了预期的效果。