1 概述

我廠空壓站共有1#、2#、3# 英格索蘭螺桿式空壓機(56 m3/min，300 kW /臺)3臺，其工作原理是當空氣壓力超過設定的壓力時，壓縮機進氣管上碟閥自動關閉，壓縮機進入空轉卸荷狀態，當儲氣罐內的空氣壓力低于設定壓力時，壓縮機進氣管碟閥自動開啟，壓縮機又進入到滿載工作狀態。空氣壓縮機的排氣量和壓力，在運轉中是變化的，常因工況變化導致用氣量變化，所以空氣壓縮機工作時總是在重復滿載原卸荷工作方式。滿載時的工作電流接近電動機的額定電流，卸荷時的空轉電流為30豫耀50豫電動機額定電流，這部分電流不是做有用功，而是機械在額定轉速下的空轉損耗。另外，原有運行方式為星-角降壓起動后全壓運行，存在著浪費電能的現象，且無法實現自動控制。因此，對空壓機控制系統加裝了IR5000 控制系統進行技術改造，IR5000 內的變頻器根據儲氣罐壓力自動調節運行頻率，達到節能的目的。

2 IR5000控制系統

2.1 系統介紹

IR5000 是壓縮機技術和變頻控制技術相結合的產品，由英格索蘭提供壓縮機技術及機械原理，流體及應力特性，系統中使用的變頻器是丹佛斯依靠這些原理及特性開發出的專為英格索蘭螺桿壓縮機設計的專用變頻器。IR5000 是英格索蘭擁有知識產權的高效節能系統，它不同于市場上通用的變頻器，所以對壓縮機進行改造，不是單純的只加一套變頻系統，而是壓縮機技術+變頻控制技術的改造。

IR5000 高效節能控制系統與空壓機原有的Intellisys 控制器實現一體化控制，會根據實際的用氣量實時調整空壓機的轉速，以維持空氣系統恒定的壓力。它主要有兩種模式：

1)Setup1，IR5000 以最低頻率運行，空壓機處于卸載狀態;

2)Setup2，IR5000 調節轉速以維持恒定壓力，空壓機處于加載模式。

在使用IR5000 時，空壓機依然根據起跳壓力、回跳壓力來控制空壓機的加卸載，同時，IR5000 會調整轉速，盡量維持系統壓力能夠穩定在壓力帶的范圍之內。當系統壓力高于IR5000 的目標壓力，IR5000 會降低空壓機的轉速以減少供氣量，從而使系統壓力緩慢下降，當系統壓力降至目標壓力附近，IR5000 會增加空壓機的電機轉速以增加供氣量。

2.2 IR5000工作流程

IR5000工作流程如圖1 所示。

2.3 IR5000與一般控制系統的區別

1)開發了消除螺桿壓縮機的共振點跳躍點;

2)開發了對于啟動壓縮機時需要的大扭矩;

3)開發了啟動壓縮機時潤滑油路自循環所建立壓力的需求時間;

4)開發了變頻系統對壓縮機信號干擾的消除系統;

5)開發了全系列螺桿壓縮機(5耀355 kW)的高效節能控制系統;

6)開發了能夠消除由于壓縮機故障引起的噴油故障;

7)開發了通過檢測現場用氣點壓力而調節壓縮機組成系統的供氣量;

8)開發了壓縮機和變頻器故障點互相保護設備的控制系統;

9)開發了壓縮機啟動時低速潤滑軸承的功能;

10)開發了保護電機發熱的功能。

2.4 IR5000系統運行優點

1)根據不同的工況和用氣情況調節空壓機轉速，節能效果一般可達到25%耀30%;

2)實現軟起，減少了起動瞬間對電機電氣元件的沖擊，延長了電機和接觸器的壽命;

3)減少空壓機頻繁加卸載，由于卸載次數的減少，噪聲也相應減少;

4)同時監視多個參數，具有完善的保護措施，使空氣壓縮系統更加穩定可靠，減少了停機時間，降低了生產的損失;

5)空壓機與IR5000一體化控制涉及到空壓機的運行工藝條件、空壓機防振動、防嘔油、以及電機溫度保護、壓力特性曲線等，同時與空壓機原有Intellisys 控制器緊密集成。

3 IR5000系統中變頻器的選型及設置

空壓機的的型號是M300-2S，電機額定電流為548 A，最大運行電流630.2 A(因為空壓機本身過載系數是1.15)。考慮當變頻器滿負荷運行(50 Hz)時，如果輸入電壓有所下降(假設0.5%)而造成電機電流上升，則空壓機實際最大運行電流可達630.2伊1.05=661.71 A，所以選用的變頻器型號為FC302-P-355-T5，額定電流745 A。

變頻參數設置如表1所列。

4 IR5000控制系統圖

IR5000 控制系統圖如圖2 所示。

5 運行分析

2009 年3月底開始對空壓機控制系統進行改造，4 月1 號正式運行，在運行過程中，發現IR5000控制系統電盤溫度過高，每個IR5000 控制柜包括左右兩個柜體，即接觸器柜體和變頻器柜體，接觸器柜體空氣開關以及空開到接觸器的銅排經測溫度達到85益，變頻器柜體溫度也達到了70益，而控制柜內空氣斷路器和銅排的選型是嚴格按照國家標準進行的。經過現場測量和判斷，接觸器單元發熱是因為柜內無足夠空氣流通，造成柜內熱氣無法排出而引起的;變頻器柜體發熱是由于冷卻空調功率為4 kW，而變頻器發熱功率約為7 kW，很明顯，冷卻空調不能滿足變頻器柜體散熱，且由于現場控制間環境溫度較高，為了保證系統的長期使用，做了如下調整：

1)將變頻器柜體原冷卻空調拆下，頂部開孔，加裝軸流風機，將柜內熱氣排出，后門下方開孔并加裝濾隔柵，保證柜內空氣流動;

2)經計算冷卻空調可以滿足接觸器柜體，把拆下的冷卻空調安裝在接觸器柜體后面;

3)在電盤間加裝軸流風機、制冷空調，保證室內溫度在40益以下。

設備運行45 天，變頻器大部分時間運行在40 Hz 上，電流500 A 左右，用氣量小的時候，IR5000 先自動降低壓縮機運行頻率，最低頻率達到26 Hz，只有在26 Hz，用氣量還大的時候，才通過卸載來調節用氣量，節約了電能。

6 結語

采用了IR5000 控制系統，實現了設備的自動控制，為后期的能源自控項目聯控、群控的實施以及采集空壓機內部參數創造了條件。這次對空壓機的改造完全達到了預期的效果。