如何避免与VFD旋转螺杆空压机|压缩空气的控制间隙manbetx王者荣耀

由Tim Dugan，P.E.，压缩工程公司

空气压缩机需要匹配有效和高效的负载。如果空压机的变化范围不能与系统的变化相匹配，就会导致不稳定和/或效率低下。本文讨论了不匹配时的问题，称为“控制间隙”，以及如何避免这种问题。

主VFD控制基础知识

在讨论控制间隙(我在前一篇文章中写过)之前，重要的是记住一些关于将固定速度和变频驱动(VFD)螺杆式空气压缩机结合起来的基础知识。文章可于(//www.ghtac.com/technology/compressor-controls/master-controls-multiple-air-compressor-systems-vfd-compressors．总之，为了正确控制一组带VFD装饰空气压缩机的螺杆空气压缩机：

确保所有空压机的传感位置一致。
设置空气压缩机以接受远程命令。
选择合适的控制算法。“目标”算法是最好的。
测试，调整和测量。

有几种控制算法可以用于控制多台空压机。最好的系统与VFD修剪空气压缩机是一个目标算法，如果它是一个适当大小的单位。我建议将VFD空压机的尺寸定在基础负载空压机尺寸的1.5倍，而不详细讨论控制间隙问题。VFD空压机的转速控制是设置在中间，或称“目标”，而空压机的底载则是“支架”它。他们操作一个或多个压力窗口，完全包围了VFD单元。参见图1。压力是任意的;压力上的差异才是重要的。

图1所示。合适尺寸VFD空压机的目标算法。

近距离观察控制差距问题

既然你已经知道了在系统中设定VFD空压机控制压力的正确方法，下面我们来讨论一下螺杆式空压机的问题。当你有正确的压力设置，但空气压缩机的相对大小使它无法控制这些设置时，会发生什么?

这个问题就是我们所说的控制缺口，它更确切地定义为供需之间的不匹配，当需求在一个范围内时，没有稳定的一套空气压缩机是可能的。对于VFD/定速混合空压机，VFD空压机无法在基本负载空压机的稳定速度范围内控制压力，无论是满载还是卸载。这是由于VFD空压机相对于其他空压机的尺寸不合适，以及/或控制设置不当造成的。

请注意，我表示“不正确的”VFD空压机。如果载荷空气压缩机与VFD空气压缩机的尺寸相同，那将发生什么，这是典型的场景？这是什么问题？

为了解释，让我们召唤每个空气压缩机X的容量。假设VFD具有慷慨的70％调节，匹配需求从0.3 x到1.0 x的需求。假设需求从vfd的容量低于它，从0.9 x到1.1 x。VFD将转到最大速度，压力会下降。载荷空气压缩机将启动和载荷。供应量是两个空气压缩机的总和，或2.0 x。记住需求是1.1 x。

压力会迅速上升，VFD会试图旋转回来适应（但仍然以最小速度，0.3 x）旋转空气。假设存储足够且VFD响应速度快足足够的电源将下降到1.3 x，并且需要1.1 x的时间压力在VFD控制范围的顶端。压力将继续上升。然后，载荷空气压缩机必须卸载。现在供应是0.3 x，需求仍然1.1 x，因此压力会很快降落。VFD将尝试旋转并捕捉需求。即使存储足够大，VFD足够快，压力仍然低于其设定值，因为需求仍然超过供应，1.1 x需求与1.0 x电源。载荷空气压缩机将再次加载。

这个循环会不断重复，直到需求低于VFD的能力或高于基本负载加上最低VFD速度能力。在中间，这个“死区”或“无人区”是控制差距问题发生的地方。

有一种方法可以围绕控制间隙进行调整。当然，最好的方法是使VFD的速度范围超过基本负载空压机的尺寸(cfm)，如我上面推荐的1.5倍。同时，使用目标定位算法。它将保持VFD在其速度范围内始终来回移动。

还有另一种选择，仅仅把VFD在“修剪”或2号位置的“级联”控制。不幸的是，如果需求经常低于1.0 X，这就不是一种高效和有效的模式，而在大多数小型到中型的工厂中是这样的。

控制差距的解决方案

让我们终于找到解决办法!这里有一些建议。

右尺寸VFD空气压缩机：第一和最佳解决方案是使用更大的VFD空压机或较小的碱基负载空气压缩机。请注意，并不总是需要新的更大的VFD空压机！如果您的预算有限，并且您无法获得新的VFD空气压缩机，请查看固体，可靠的0.5 x至0.7 x大小的空气压缩机，并安装它。也许它已经在系统中。然后，让自动化决定如何运行系统。
适当的储存:我建议您使用大于5加仑/scfm的最大定速空压机来运行，以使5 psi的上升时间大于9秒。检查你的OEM是否有足够的时间让VFD反应，而不大于/小于2.5 psi。如果需要更多的时间，相应增加存储。
适当调节VFD:设置并测试，使其能够控制压力在定速空压机压力范围的一半以内。在固定压力范围的比例控制将使其更可预测，消除过/欠冲。
更好的自动化:使用适当的算法，适当地调整和委托。这就是目标算法。但是，永远不要启动两台机器而不是一台，因为VFD响应很慢。你可能需要忍受一段很短的时间，系统运行在顶部压力之上，低压之下。主控制器的算法应该是透明的。你需要知道它是一个真正的“目标”音序器，而不是一个“级联”音序器，否则你将不得不重新调整系统以一个固定的速度打开/关闭，然后两个，然后打开。例如，如果不能更换VFD空压机，则编程算法在100马力之前使用50马力(hp)，并在50马力和100马力之间切换，而不是增加100马力。然后系统的“震动”将是一半。

复古调试研究揭示了控制差距问题

案例研究说明了这个问题。在这种情况下，通过添加75 HP VFD空压机提高了实际的75 HP空气压缩机系统，然后落入了比以前更差的效率条件，所有这些都是由于控制不当。然而，在复古委托后，管理控制差距。这是2012年的实际项目。

七年后，我进行了一次审计，发现了不可避免的结果。需求上升，需要第二台空压机。它只是在手动控制中打开，没有进行控制调整或增加自动化。其结果是:

VFD空压机的工作压力范围从150到200 scfm，波动范围从114到129 psig超过10 psi。
同时，定速空压机在较窄的压力范围(116 ~ 122 psig)内从0 ~ 170 scfm调节。
重叠的范围导致两个空压机总是并联运行。即使在流量为120 scfm时，两台空压机仍在运行，消耗75 kW。这是非常低效的，如图2所示。

图2.

图2。改进前的总功率与流量曲线。

解决控制差距问题

对于这个项目，我可以建议更大的VFD空气压缩机或小型载荷空气压缩机和目标序列仪，但空气压缩机是相当新的，而且公用事业的激励已经支付了VFD。我想仍然使用这些空气压缩机。为了围绕这种控制差距，根问题必须解决：

VFD比例范围(压力)太大。如果没有一个巨大的压力范围，它就不可能被图1所示的目标包围。
没有自动化，以协调VFD空气压缩机和固定速度空气压缩机的设定值。
在不添加新的空气压缩机的情况下，必须解决控制间隙。

根据我的规格，供应商修改了VFD比例范围的设置，使之尽可能紧。我喜欢纯粹的比例需求，这让它很容易预测。接下来，他们提供了一个主控制器来管理VFD的设定值和控制固定速度单元。最后，他们调整了控制，包括局部调制控制，以高于自动控制的范围。

控制间隙在约320和430℃之间。请参见图3.我们能够调整系统在控制差距中稳定：

安装了控制变频调速设定值、变频空压机负载和卸载点以及定速空压机负载和卸载点的自动化装置。
用于VFD与压力的比例控制（可预测压力1（“P1”）和速度1和速度2的压力2（“P2”）。
将VFD空气压缩机比例范围设置为紧密。对于这个单位，这是七个psi。
VFD空压机卸载压力仅略高于最低转速压力P2。
将定速空压机设定值设置在整个VFD空压机范围之外，包括其卸载点。见图4。

当需求低于320 SCFM时，上述设置将修剪VFD。然而，它还将通过高于此处的VFD修剪将固定速度载入固定速度，从而在320和420 SCFM之间产生潜在的控制差距，其中VFD空气压缩机无法旋转足够远。请参见图3.尽管控制差距小，但我们能够将系统委托，只有四分钟的最大负载卸载循环，并且卸载损耗很低。

但是，如果没有数据收集和调整，那么这种很容易就可以了。我们在“控制差距”问题周围调整。In general, to avoid control gap with a small VFD air compressor, you need to completely capture the VFDs control range within the base-load air compressor’s range as illustrated in Figure 4. Then the VFD will unload before the base-load air compressor does.