伺服节能器技术优势.doc

文件编号：20120218-6
伺服无感矢量控制节能器节能改造的技术优势
一．空压机系统能耗分析
◆ 压力分析
空压机系统加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示：
Pmax＝(1＋δ)Pmin
δ是一个百分数，其数值大致在15%～30%之间。
在加、卸载供气控制方式下的空压机，所浪费的能量主要在4个部分：
◆ 加载时的电能消耗
在压力达到最小值后，原控制方式决定其压力会继续上升直到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放更多的热量，从而导致电能损失。另一方面，高于压力最大值的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样是一个耗能过程。
◆ 卸载时电能的消耗
当压力达到压力最大值时，空压机通过如下方法来降压卸载：关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。据测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的35%。换言之，该空压机35%的时间处于空载状态，在作无用功。很明显在加卸载供气机存在很大的节能空间。控制方式下，空压机电机存在很大的节能空间。
◆ 电机启动的浪费
空压机电机均为Y-△启动，这样的起动方式对电网和电机造成了一定的电流冲击,不但增加了电机的磨损,而且浪费了电能。
起动方式
电机功率
起动电流
直接起动
小于90KW
额定电流的7倍
大于90KW
额定电流的6倍
星三角起动
转换成三角形方式
额定电流的3倍
星形起动时
额定电流的2.5倍
自耦降压器起动
降压比是0.8时
额定电流的4倍
降压比是0.6时
额定电流的2.5倍
◆ 电压浪费：
空压机电机的运行电压均在390V以上，而空压机电机设计电压为380V，空压机运行中处于加、卸载状态，电机常时间的频繁启动会造成电压的波动，不但冲击了电网，也增加了电机的温升，同时也浪费了电能。

空压机系统数据实例:
台湾复盛螺杆式空压机：（电压等级380 V）
型号：SA-90A 额定功率90KW 额定转速：1480r/min 启动方式：Y—Δ
设定加载压力：0.70Mpa 卸载压力：0.88Mpa 、 生产需求压力：不低于0.75Mpa
系统如无任何故障全天24小时运行.
二、伺服节能器在空压机节能改造中的应用
1、节能原理分析：
⑴ 调速节电：
由流体力学原理知道，在正常情况下电机的转速N与流量Q、压力H、轴功率P之间有下面的关系式：
N／N0＝Q／Q0 （N／N0）２＝H／H0　 （N／N0）3＝P／P0　（1）
式中：N－转速 N0－初转速 Q－流量 Q0 －初流量 H－扬程 H0 －初扬程 P－轴功率 P0－初轴功率
由（1）式可以看出，将管网(或储气罐)的压力信号传输给节电器，由节电器来调节空压机的转速以满足供气量的要求，与用闸阀增加阻力法相比，节能效果非常明显。例如，预计将供气量控制到原来的一半时，则把电机的转速控制到原来的一半就可实现，而此时所需要的轴功率仅为原来的1／2。也就是说，当电机的转速下降到50%时，功率则下降约50%。在工程设计中，供气系统中空压机电机的功率都是根据最大供气量或要求来选择的，但实际使用中用气量随各种因素而变化（工艺、产量等），往往比最大气量小的多。要减少气量时，通常情况下只能调节阀门的开度，这样在阀门上造成很大的能量损耗。因此，在有空压机的机械中，采用调速控制方式调节供气量，这在节能节电上是个非常有效的方法。
⑵ 软起动节电
电动机的起动电流为额定时的3~5倍，不仅损耗大，对电网冲击也大，机械磨损，振动都大，如果用桑田智能节电器控制电机起动，可以将起动电流限制到0-1倍额定电流下，这样起动耗电大大降低，既不冲击电网，又不冲击机械。
⑶ 轻载降压节电
任何利用交流感应电动机作为电力传动方式的生产机械，电动机的功率是按最大负荷期额定负荷选择的。而工作时绝大部分不能满载运行，电动机工作于满电压、满速度而负载很小，也会有很多时间轻载运行，由电机设计和运行特性可以知道，电动机只有运行在满载时才是效率最高、功率因数最佳状况,轻载时造成许多不必要的电能损耗。桑田智能节电器采用伺服技术，瞬时检测负载的运行情况，根据负载的变化，适时调整定子输出，从而提高效率。这是因为当轻载、空载时定子电流有功分量很小，而主要是励磁的无功电流，因此COS￠很低，而空载损耗中占主要成份的是定子满电压的铁损耗，丝毫没有减少，所以效率很低。如果轻载时适当降低定子电压，见电机定子感应电势公式：
U1≈E1=4.44F1N1KN1￠m
其中: N1—定子每相绕组串联匝数；KN1由于轻载、空载时定子电流很小，可以忽略定子绕组的漏阻抗压降，所以U1≈E1，当其他条件不变时，降低定子电压U1，则￠m比例下降,也即励磁无功电流IM也成比例下降，这样定子电流中的无功分量减少了，COS￠就提高了，适当控制可以接近最佳值。另外，其他条件不变，定子铁耗：PFel= pFeIN ×(U1/ UIN)2
其中：PFel—定子铁耗；pFeIN —定子额定铁耗；
UIN —定子额定端电压。
可以看出，随着U1下降，PFel以平方比例迅速下降，这样轻载、空载时占主要损耗的铁耗大量减少，使电机的运行效率大大提高，这就是轻载降压节电的道理。
⑷ 提升功率因数节电：
因桑田智能节电器内置了功率因数补偿装置，可将功率因数大幅度提高，这样可以节省很大的无功损耗，一般可节省3%左右，企业中的大容量设备后加装桑田智能节电器,可以增加不少新设备而不需扩容。
⑸ 自动调功节能：利用计算机控制技术和电感换流技术回收电网中剩余的电流及无功功率实现节能.
以上所述的这些节电功能利用微电脑技术全集成于桑田智能节电控制器一身，即：
桑田智能节电器=智能模块+动态调功器+浪涌谐波抑制器+动态功率因数补偿器+软起动器
2.产品说明-智能伺服节电系统说明：
★ 简介：空压机智能伺服节电系统是一种专门用于节能降耗的高科技产品。本产品核心部分采用国际最先进的伺服系统，采用当今世界上最先进、可编程技术和操作方法，由桑田节能独家开发，并运用在机电设备领域。根据用气量或者压力变化、自动调节，自动跟踪，从而使系统始终保持在最经济的运行状态。
空压机智能伺服节能器主要特点是：最经济的运行费用，最大的限度节能，尽可能的保护环境。这些特点正是工厂、企业所必须的。
★ 伺服控制系统主要特点：
1、节电率达15%-50% 最大可以达到50%
2、有效防止机械磨损，延长电机使用的寿命；
3、采用最第四代IGBT功率模块静音技术运行；
4、瞬时输出电压自动调整，即使输入电网存在较大的波动，输出电压也基本保持不变；
5、显示屏数字键盘，控制方式灵活、方便；
6、回升制动等功能，适应各种应用场合;
7、内置PID调节器，闭环控制系统结构简单；
8、液晶字符、显示方式随时设定，人机界面友好；
9、键盘互动切换控制，本机、远程操作自由选择；
10、保护功能完善，具备电流限幅、过压时保护。失速保护、短路、过流、过载、过压时系统均能自动转换成旁路的功效。
11、智能伺服节电器具有（旁路与节电）转换功能。并有故障报警系统。

◆ 恒压供气节能具体改造方案
针对原有供气控制方式存在的诸多问题，在原有的主电路中串接公司自主研发生产的空压机专用智能节电器, 它采用了交流变频技术和谐波抑制能量回馈系统的智能控制技术，通过自动监测波形、电压、电流等参数，调节整个系统的功率平衡，并且通过吸收、抑制谐波消除无用功损耗，以达到减少系统电耗的目的。原理图如下图;

◆改造后效益：
⑴、空压机自动运行在最佳的节电状态。
⑵、由于启动电流小，机械冲击及震动大大减小了，因此空压机使用寿命延长，降低了维修成本。
⑶、空压机系统得到了良好的短路、过载、缺相、接地保护。
⑷、空压机系统实现了软启、软停、启动电流小，电网冲击大大减小，功率因素高（0.95以上）,改善了供电品质。
⑸、节电系统根据用气量的变化智能调节电机功率与供气量所需功率匹配，节约大量的电能。

◆系统节电率预测：
根据经验值，相关数据进行评审及计算，空压机节能改造后预测节电为:15-50%
伺服节电器使用寿命超过15年。
三.桑田伺服节能控制系统与同行节能器的比较：

1. 桑田伺服智能节能器是采用伺服控制模式，其它厂家采用单纯的变频控制；

2. 桑田在线可编程控制：在线控制程序是由桑田公司自行研发的空压机专用程

序，已将有关空压机的运行特性参数设置在伺服节能系统内，在空压机运行

中自动选择运行模式。其它同行均采用固有程序，不能实现在线编程；

3. 实行多层次多方位取样，编码，PID闭环检测是桑田公司独家技术应用。

4. 伺服节能器采用了扭矩和速度成正比控制方式，简称第三代最新产品。是目

前最先进的技术。变频节能器仅采用V/F控制方式，简称第一或第二代产品；

5. 伺服节能器主机温升低，运行稳定，他有自动低速补偿控制让电机保持最小

电流运行，延长主机使用寿命。变频器主机不稳定，温升高，易损坏主机；

6. 伺服控制技术的应用明显降低主机噪音，而变频技术降噪不明显；

7. 伺服控制技术能自动调节负载输出功率，实现瞬时控制。变频节能器将不具

有此功能；

8. 伺服节能器大大提升节电率到15-50%，而变频节能器节电率仅在8-20之间；

9. 伺服节能器可检测主机内部参数并随时修正，其它节能器将不具有此功能；

四．伺服节能器施工要求
1、节电设备要求安装相应环境符合安装条件。不要求特别的环境条件，适应性强。
2、节电设备采用固定底座，落地安装的安装方式。占地空间小。
3、节电设备的输入线取自原电源母线侧，独立供电，节电设备的输出线并接到原分支线路上。可以旁路，方便维修，完全不影响原主机设备。
4、节电设备的接地线与原配电控制柜的接地线连接，确保原配电柜的接地线可靠接地。
6、现场勘察、定位： 测量、确定配电柜的具体安装位置，根据现场的状况和要求确定安装方式，确定电缆的长度，确定辅助材料的数量。使用辅助材料少，施工时间短。

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