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G120变频器在美国寿力(亚洲)公司VS系列可变速螺杆式真空泵上的应用SIEMENSG120Inverter'sapplicationforvariablespeedRotaryScrewVacuumSystems张晓农摘要:本文介绍了螺杆式真空泵的工作原理、可变速螺杆式真空泵的基本技术要求,论述了西门子G120变频器在美国寿力(亚洲)公司(SULLAIRASIALTD.
)可变速螺杆式真空泵上的应用实例.
测试结果表明,G120变频器完全可以满足客户的控制要求.
关键词:螺杆式真空泵,PID控制器,变频器KeyWords:RotaryScrewVacuumSystems,TechnologyPIDController,Inverter1.
前言真空泵是用某种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置.
它可以定义为:利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备.
它可广泛用于塑料机械、农药化工、染料化工、砖瓦机械、低温设备、造纸机械、医药化工、食品机械、工业电炉、电子行业、真空设备、石油化工、冶金、矿山和地基处理等领域.
螺杆式真空泵是一种应用较为普遍的真空泵,长期以来,大部分传统螺杆式真空泵自身存在着以下几个缺点:1.
当用户需求减少,真空度超过设定要求时,螺杆式真空泵的电机仍然以额定转速运转,属非经济运行,浪费大量电能.
2.
调节精度低,真空度难以保持恒定.
3.
主电机虽然以星三角降压起动,但起动时的电流仍然很大,影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全.
4.
主电机工频起动对设备的冲击大,机械磨损大,影响设备机械寿命.
鉴于上述问题,加之客户对节能高效、真空度要求恒定的真空泵设备的需求不断增加,近些年来一些厂商纷纷采用变频技术开发新型可变速真空泵设备以满足市场的需求.
美国寿力公司(SULLAIRCORPORATION)是全球最大的螺杆式空压机的专业制造厂商之一,其亚洲总部美国寿力亚洲公司(SULLAIRASIALTD.
)于1994年在深圳成立,在深圳建有工厂,产品包括固定式螺杆空气压缩机、移动式螺杆空气压缩机、螺杆真空泵、空气干燥机、精密过滤器、气动工具等.
根据市场的需求,该客户拟采用SIEMENS变频器开发一款可变速螺杆式真空泵.
2.
螺杆式真空泵的工作原理与螺杆式真空泵机组总体结构2.
1螺杆式真空泵的工作原理如1图所示,螺杆式真空泵内装有一对平行的螺旋状的螺杆(1和2),其中一件转子的旋转方向为右旋,另一件为左旋.
两个转子在泵体(9)内通过一对齿轮(3)保持同步反向旋转.
转子与转子之间、转子与泵体之间没有磨擦且保持一定的间隙,两个转子与泵体之间形成了密封腔(4),密封腔的个数等于转子的螺旋圈数.
当两个转子在按图中方向旋转时,与吸气口(5)相连的密封腔的空间逐渐变大,气体被吸入并被传送到排气侧,排气侧的密封腔(6)空间在旋转过程中逐渐变小,气体被压缩到排气口(7).
长时间运转时需向泵体及端盖的夹套(8)内通入适量的冷却水以对泵进行冷却.
因压缩热主要在排气侧(6)产生,为了充分冷却转子,在多数工况下可以将适量的空气或其它合适的气体通过掺气口(10)导入泵腔内.
利用电动机驱动这一对螺杆,使其在泵体中连续不断地作同步高速旋转,产生吸气和排气作用,进而对被抽容器进行抽气,可以在容器内形成一定程度的真空.
图1螺杆式真空泵系统流程图如图2所示.
图22.
2螺杆式真空泵机组总体结构螺杆式真空泵机组主要由主机-电机系统、进气系统、油气分离器系统、冷却水路系统、油路系统、电控系统等组成.
寿力(亚洲)公司VS32-VSD真空泵机组总体布置图如图3所示.
图33.
可变速螺杆式真空泵的控制要求及SIEMENS变频器选型3.
1可变速螺杆式真空泵的控制要求美国寿力亚洲公司对于可变速螺杆式真空泵的控制提出如下技术要求:a.
真空度的控制精度为正负3mmHG.
b.
客户端抽气量急速变化时,驱动主电机的变频器不能出现故障,不能产生震荡.
系统的动态响应要快,但超调量要小.
c.
螺杆主机不允许长时间在低频下运行,所以电机转速工作下限应不低于某一频率.
d.
螺杆主机刚开始运行时,电机应先以某一固定速度运行,以建立一定的油压,6秒后电机再以实际需要的频率运行.
e.
螺杆主机禁止反转.
3.
2SIEMENS变频器选型3.
2.
1可变速螺杆式真空泵电机参数本次测试的VS32系列可变速螺杆式真空泵电机参数如下:电压380V电流312.
2A功率150kw频率80Hz转速2385rpm3.
2.
2变频器的选型螺杆真空泵负载属于恒转矩负载,当真空度恒定时,在一定范围内,无论用气量是多是少,电机的电流基本上是恒定的.
当真空度突然↓电机转速快速↑时,电机电流会产生↑的突变.
因此,在变频器选型时应按照重载类负载选择.
根据客户的控制要求,结合可变速螺杆真空泵的实际工况与控制要求,变频器的选型如下:CU单元CU240E-26SL3244-0BB12-1BA1功率单元PM240160KW重载6SL3224-0XE41-6UA0操作面板BOP-26SL3255-0AA00-4CA1选择的G120变频器如图4所示.
图44.
G120变频器的调试及主要问题的处理4.
1可变速螺杆式真空泵抽气量调节过程由G120变频器驱动的可变速螺杆式真空泵调节抽气量的过程如图5所示:用气量真空度实际值控制器真空度设定值G120变频电动机螺杆主机真空容器绝压传感器真空度实际值图5当用户的用气量需求发生变化时,在变频器的控制下,电机的转速发生改变,使得可变速螺杆式真空泵的抽气量发生变化,进而达到供需平衡.
具体调节过程如下:用气量↑→真空度实际值↓→G120PID调节器输出↑→电机转速↑→螺杆真空泵的抽气量↑→真空度实际值↑直至回到设定值.
反之,用气量↓→真空度实际值↑→G120PID调节器输出↓→电机转速↓→螺杆真空泵的抽气量↓→真空度实际值↓直至回到设定值.
4.
2G120的调试4.
2.
1.
PID参数值的设定变频器控制螺杆式真空泵,调试的重点是PID参数值的整定.
参数的整定,既要使系统响应快速,又要确保超调量小,还要保证变频器不报故障.
经过现场反复摸索测试,最后得出如图6所示的PID参数值:图64.
2.
2电机启动电流的限制如图7所示,变频器启动时,电流峰值为360A,为电机额定电流312A的1.
15倍,也远小于变频器最大输出电流483A.
图74.
2.
3F30011故障为了模拟用气量的快速增加,将真空泵进气阀门快速打开时,如图8所示,电机转速及电流会快速上升,变频器直流母线电压剧烈波动,导致变频器出现F30011故障.
图8经过对故障的分析及反复试验,最后问题得以解决.
采用的方法如下:当电机电流上升到400A时,延迟3秒,然后将变频器的控制模式由PID调节转为以固定频率运行,此固定频率为45HZ.
当电流值低于400A时,变频器恢复至PID调节模式,此方法避免了电流及直流母线电压的大幅度快速波动,F30011故障不再出现.
4.
2.
4真空泵反转问题技术要求不允许螺杆式真空泵反向运行.
在调试中发现,当电机速度降为零后,真空泵会反方向旋转2-3周.
将脉冲删除延迟时间参数P1228设为3秒,反转问题得到解决.
4.
2.
5系统的平稳切换VS32可变速螺杆式真空泵工艺规定,机组启动时,电机应以规定频率45HZ运转6秒后,再加速至相应频率运行.
因此,PID调节器在变频器刚启动是处于非激活状态,6秒后变频器接收真空泵控制器发来的PID使能信号,将控制模式切换至PID调节模式.
所以,PID调节器输出信号初始值参数P2302对于系统的平稳切换可起到一定的作用,调试中应予以关注.
5.
结束语VS32-VSD可变速螺杆式真空泵是美国寿力亚洲公司第一款采用SIEMENSG120变频器作为驱动装置的真空泵,如图9和图10所示.
图9图10VS32-VSD可变速螺杆式真空泵的调试工作已经完成,客户对设备的性能测试工作也已经结束.
测试结果表明,西门子G120变频器完全可以满足可VS32-VSD变速螺杆式真空泵的控制要求,达到了预期效果.