变频器在CNG天然气压缩机中的应用.docx

第22卷第1期2012年3月

江汉石油科技

JIANGHANPETROLEUMSCIENCEANDTECHNOLOGY

Vol.22No.1Mar.2012

变频器在CNG天然气压缩机中的应用

何亮

(江汉石油管理局第三机械厂，湖北武汉430040)

摘要：针对天然气压缩机工作过程中，由于进气压力的改变，引起主电机电流的波动。提出用PLC的PID调节、变频器。实践结果表明，变频器的使用根治了天然气压缩机工作方式的缺陷，同时还能精准控制压缩机的输出排量，是一种具有发展前途的控制方式。

关键词：变频器；天然气压缩机；PID控制；PLC

在控制领域中，变频调速系统不仅节能而且可以提高生产设备的运行精度等优点，被公认为最理想、最有发展前途的一种调速方式。由于受资金及技术难度等原因，普及的面还是较小。我厂在八坦路加气站的天然气压缩机采用的是软启动装置来控制电机，它只是对电机的启动起到了保护作用。由于该站的进气压力波动很大，当进气压力突然变大后，电机的负载也随着增大，使电机电流变大，导致电机的温度升高，严重影响电机的使用寿命。所以我厂提出将变频器用于天然气压缩机中，对整个系统进行改造。

1变频器的工作原理及其特点

1.1变频器的工作原理

由式(1)可以看出：转速n与频率城正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速12]。当频率f在0~50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

(1)

其中n—异步电动机的转速；f—异步电动机的频率；s—电动机转差率；p—电动机极对数。1.2变频器特点

在实际应用中，变频器具有以下优点：

(1)变频器可软启动：减小启动时对设备的机械冲击，减少设备的磨损；

(2)可提高功率因素：变频器是把交流电整流为直流电，通过滤波后，再逆变为交流电，相对电网的阻抗特性为阻性；

(3)可改变转速(无级调速):转速可从0~额定转速，可取代减速箱，滑差电机；

(4)节约电能；

(5)带有各种(过流、过压、欠压、接地、短路等)保护功能：使设备运行更可靠；

(6)可多段速运行，更加贴近生产机械运行要求。任意设定加减速时间，使设备启停更平稳；

(7)带有通讯接口，适全自动化控制(PC卡、PLC),能方便实现电子网络控制和监测。

2变频器的选型及参数设定

针对原系统工况存在的问题，本厂采用施耐德的节能型变频器Altivar71,由于该系列的变频器采用硬件和软件的电流限制进行过热保护，具有断电安全功能，报警管理，外部故障管理，可定制显示图形画面，可实现菜单间的轻易转换，可以快速起动ATV71,并立即实现其全部性能，持续显示电机的运行参数等特点，易于控制。

变频器的参数设定十分重要，设定不好，既不能满足生产的需要，导致起动、制动的失败，或工作时常跳闸，严重时还会烧毁功率模块等器件。出

作者简介：何亮，男，2008年毕业于湖北工业大学机械设计制造及其自动化专业，电气设计员，主要从事CNG控制开发方面的研究。

第1期何亮：变频器在CNG天然气压缩机中的应用·47·

厂时，参数都有一个默认值，这些参数值大多数可不变动，只需根据控制需要把不合适的予以重新设定即可。在本方案中，变频器的参数：电机的功率220kw、电流397A、电压380V、转速980r/min、最大频率50Hz,正确设置以上参数之后，变频器基本上能正常工作。

3天然气压缩机变频控制系统

3.1天然气压缩机变频控制系统原理

天然气压缩机变频控制系统选用西门子S7-200系列PLC和施耐德系列节能型变频器Altivar71。

利用必备的信号采集设备和传感设备，将所需的气压、气温、油温、油压、电机电流等参数送人PLC进行处理，同时实现对压缩机的操作控制、运行显示和故障诊断及显示、提供变频器需要的频率

信息[3。

变频控制系统原理图如图1所示。通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机上得到相应的转速。那么天然气压缩机输出对应的压缩空气输出至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。变频器，压力变送器、电机、压缩机组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压