Biến tần Huayuan điều khiển máy nén khí tiết kiệm năng lượng

 

1. Nguyên lý làm việc của máy nén khí

Có nhiều loại máy nén khí, máy nén piston, máy nén trục vít… nhưng phương pháp điều khiển cấp khí của chúng gần như giống nhau, đó là điều khiển có tải và không tải. Lấy máy nén khí trục vít làm ví dụ, nội dung dưới đây sẽ giải thích nguyên lý hoạt động của máy nén khí.
Quá trình làm việc của máy nén trục vít có thể chia thành 4 phần: hút, làm kín và truyền dẫn, nén, xả. Động cơ chính chạy để truyền động cho một cặp rôto cái và nam được ghép lưới song song với nhau quay trong xi lanh, làm cho không khí giữa các cuộn dây rôto liên tục tạo ra sự thay đổi thể tích tuần hoàn và không khí được truyền từ phía hút sang phía đầu ra dọc theo trục rôto, toàn bộ quá trình hoàn thành.
 
Cấu tạo bên trong của đầu máy nén như sau:

Nguyên lý làm việc của toàn bộ máy nén khí trục vít như sau:

2. Các bộ phận của hệ thống máy nén khí truyền thống

Trong hệ thống điều khiển máy nén khí truyền thống, động cơ chính thường áp dụng chế độ khởi động “Y- △”, để điều khiển áp suất của máy nén khí bằng bộ truyền áp suất gắn trên đường ống thông hơi phía sau. Khi máy nén khí khởi động, trước tiên động cơ chính khởi động “Y- △”, lúc này van điện từ không mở, máy nén khí đang ở trạng thái “không tải”. Sau khi “Y- △” kết thúc, theo cài đặt thời gian trễ  của hệ thống (như 10 giây), van tải sẽ mở ra, máy nén khí được “nạp” và chạy. Nếu thiết bị phía sau yêu cầu nhiều không khí hơn trong quá trình “tải” và chạy, cảm biến áp suất phát hiện giá trị áp suất không thể đạt đến giá trị “áp suất không tải”, khi đó van điện từ nạp liên tục chạy, máy nén khí sẽ tiếp tục chạy có “tải”. Nếu thiết bị phía sau cần ít không khí hơn, cảm biến áp suất phát hiện giá trị áp suất sẽ tăng và đạt đến giá trị “áp suất không tải”, khi đó van tải của hệ thống đóng lại, máy nén khí ở trạng thái “không tải”.
Khi máy nén khí tiếp tục chạy, nhiệt độ của dầu bôi trơn sẽ tăng lên, khi nhiệt độ đạt đến một mức nhất định, các quạt sẽ bắt đầu hoạt động để giảm nhiệt độ. Sau khi làm việc một thời gian, nhiệt độ của dầu bôi trơn giảm xuống, sau đó sẽ tự động dừng lại. Nói chung, phạm vi nhiệt độ làm việc của quạt sẽ được đặt là: 75 ℃ ~ 85 ℃.

2.2 Hệ thống điều khiển của máy nén khí truyền thống không dùng biến tần có một số điểm yếu kỹ thuật rõ ràng:
 

2.2.1 Dòng khởi động tác động lớn
Mặc dù phương pháp khởi động là khởi động bước xuống “Y- △”, dòng khởi động vẫn sẽ đạt đến 3 lần so với dòng định mức, gây mất ổn định lưới điện và ảnh hưởng đến an toàn vận hành của các thiết bị điện khác.
2.2.2 Phương pháp kiểm soát cung cấp không khí “có tải” và “không tải” gây lãng phí năng lượng nghiêm trọng.
Phương pháp điều khiển “có tải” và “không tải” của máy nén khí làm cho áp suất của khí nén luôn thay đổi trong khoảng Pmin ~ Pmax, Pmin là giá trị áp suất thấp nhất có thể đảm bảo làm việc bình thường, Pmax là giá trị áp suất cao nhất. Theo nguyên lý làm việc “có tải” và “không tải” của máy nén khí, theo phương pháp điều khiển truyền thống của máy nén khí, lãng phí năng lượng chủ yếu phản ánh ở ba khía cạnh:
 a. Năng lượng tiêu hao khi áp suất khí nén vượt quá Pmin
 b. Năng lượng tiêu hao khi giảm van giảm áp
 c. Năng lượng tiêu hao để động cơ chính chạy trong trạng thái không tải khi "không tải" đang chạy.
2.2.3 Nguồn cung cấp áp suất khí không ổn định, khó đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
Trong phương pháp điều khiển truyền thống, để tránh tình trạng thiếu nguồn cung cấp không khí, áp suất cung cấp không khí sẽ được đặt cao hơn giá trị nhu cầu, điều này sẽ làm tăng chi phí và tiêu thụ năng lượng. Bên cạnh đó, trong một số trường hợp yêu cầu không khí nhỏ và tần suất không khí thấp hơn, hệ thống máy nén khí sẽ thường xuyên hoạt động “có tải” và “không tải”, điều này sẽ khó đảm bảo độ chính xác của áp suất khí.
 

3. Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển biến tần cho máy nén trục vít.

Hệ thống điều tốc biến tần của máy nén trục vít chủ yếu là điều khiển động cơ chính, và sẽ điều khiển nhỏ nhu cầu quạt nhiệt độ dầu, yêu cầu kỹ thuật chi tiết như sau:
3.1 Mômen khởi động lớn
3.2 Khởi đầu ổn định, tác động nhỏ.
3.3 Điều khiển PID bên trong, đáp ứng yêu cầu điều khiển điện áp không đổi của hệ thống
3.4 Khả năng quá tải mạnh
3.5 Hệ thống ổn định, hiệu suất EMC tốt
 

4. Ứng dụng của dòng biến tần Huayuan G1 cho máy nén trục vít

Chúng tôi cải tiến máy nén khí trục vít 30kW làm ví dụ để giới thiệu ứng dụng của Biến tần Huayuan G1 cho ngành máy nén trục vít.
4.1. Hệ thống ban đầu sử dụng “Y- △” để khởi động, sơ đồ sơ đồ điện như bên dưới sau khi cải tạo:
 

 
Ghi chú về cải tạo hệ thống Inverter biến đổi tần số:
1. Tín hiệu cảm biến áp suất: Tín hiệu cảm biến áp suất chỉ kết nối với bộ điều khiển máy nén trong hệ thống ban đầu, sau khi cải tạo, tín hiệu cảm biến áp suất được yêu cầu như tín hiệu phản hồi của điều khiển PID, vì vậy cần tín hiệu cảm biến áp suất （4 ~ 20mA） kết nối nối tiếp với bộ điều khiển và cổng đầu vào dòng điện tương tự biến tần AI1.
2. Tín hiệu khởi động Frequency Converter: Theo tiền đề vẫn giữ nguyên mạch khởi động “Y- △”, tín hiệu khởi động của biến tần được lấy từ điểm “NO” của contactor “△”, đảm bảo khởi động  biến tần sau khi kết thúc “Y- △”.
3. Nguồn cấp cho phía đầu vào của biến tần, nguồn cấp trên quạt nhiệt độ dầu, mạch phát hiện thứ tự pha trong hệ thống ban đầu: Tất cả các mạch được đề cập phải được chuyển đến phía đầu vào nguồn của biến tần sau khi biến tần kết nối với hệ thống ban đầu.

Cài đặt thông số hệ thống ：
Động cơ chính của máy nén khí tại chỗ: 30kW 380V 59A 50Hz 975r / phút, tùy theo tình hình tại chỗ, chúng tôi chọn biến tần  Huayuan G1 G1-4T0300G/0370P để đấu 1: 1
 

 

Tham số	Giá trị cài đặt	Ý nghĩa
P00,00	1	Điều khiển vectơ vòng hở
P00.01	1	Lệnh điều khiển công tắc ngoài
P00.02	6	Nguồn điều khiển tần số: PID
P00.14	27,00	Giới hạn tần số thấp
P00.17	15.0	Thời gian tăng tốc
P00.18	15.0	Thời gian giảm tốc
P02.01	30.0	Công suất định mức động cơ
P02.02	380	Điện áp định mức động cơ
P02.03	59.0	Động cơ định mức hiện tại
P02.04	50,00	Tần số định mức động cơ
P02.05	975	Tốc độ quay định mức của động cơ
P05.00	1	Chân DI1 chạy thuận
P06,00	2	RELAY1: Cảnh báo lỗi (NC)
P05.16	2	AI1: tương ứng 4mA
P10.01	40%	Giá trị cài đặt áp suất
P10.02	0	AI1 :Tín hiệu phản hồi PID 4-20mA
P10.05	40.0	Giá trị KP
P10.06	1,00	Thời gian tích phân TI
P10.08	0,00	tần số cắt ngược

 

5. kết luận

So với hệ thống máy nén trục vít tần số truyền thống, máy nén trục vít dùng biến tần có thể được khởi động ổn định mà không có dòng điện tác động, áp suất khí ổn định hơn, tiếng ồn hoạt động thấp hơn, đạt được điện áp không đổi nhờ điều khiển vòng kín PID về áp suất khí, tiết kiệm năng lượng tỷ lệ nói chung có thể lên đến 10% đến 30%. Đây là xu hướng phát triển của ngành máy nén khí trục vít, và hiện nay đang được nhắc đến và sử dụng rộng rãi.