Схемы управления компрессором

При выборе компонентов для системы сжатого воздуха подразумевается, что система будет эксплуатироваться не один год. Если подсчитать, сколько денег тратится на изначальную стоимость компрессорного оборудования, его сервисное обслуживание и электроэнергию для производства сжатого воздуха, то выясняется, что за десятилетний цикл эксплуатации оборудования, стоимость покупки оборудования и его сервисного обслуживания просто теряется на фоне стоимости электроэнергии. Таким образом, первое на что нужно обратить внимание – это энергоэффективность оборудования, то есть отношение количества производимого сжатого воздуха к затраченной электроэнергии.

Существенное влияние на затраты электроэнергии оказывает выбранная схема управления компрессором. Компрессор обычно подбирают таким образом, чтобы его производительность была равна или незначительно превышала максимально возможный поток сжатого воздуха к потребителям. На практике однако, это редкий случай, чтобы все потребители работали под полную загрузку и, следовательно, необходимо регулировать производительность компрессора. Времена, когда избыток сжатого воздуха сбрасывался в атмосферу, к счастью давно позади. Сегодня существуют способы производить воздуха ровно столько, сколько необходимо, что минимизирует затраты электроэнергии.

На сегодняшний день наиболее часто используются три схемы управления: нагрузка-останов, нагрузка-разгрузка-останов, частотное регулирование. В данном выпуске мы попробуем разобраться, когда и почему следует применить тот или иной метод регулирования винтовых компрессоров.

Любой из методов управления компрессором основан на измерении давления в сети. Для любого оборудования-потребителя сжатого воздуха, имеется параметр минимального давления для работы (далее «оптимальное»). По хорошему, для наименьших затрат следует держать давление на уровне, едва-едва превышающим это минимальное давление. Но на практике, часто приходится поддерживать рабочее давление, значительно превышающее «оптимальное». Что под этим подразумевается?

Схема нагрузка-останов значит, что компрессор работает на полную мощность, когда давление в сети ниже заданного (обычно этот параметр выбирается несколько выше оптимального давления) и отключается, подняв давление до заданной величины. До какой же величины должен компрессор накачивать давление? С одной стороны давление должно поддерживаться на минимальном уровне, что обеспечивает минимизацию энергозатрат, с другой стороны количество пусков электропривода компрессора должно быть ограничено. Необходимо помнить, что каждый пуск компрессора дает «всплеск» потребления тока и эти токи могут превышать номинальный до 10 раз, нагрев кабеля, вызванный таким током, превышает в 100! раз тепловыделения в установившемся режиме. Количество пусков оборудования будет зависеть от разности давлений и объема пневмосети. Количество пусков можно уменьшить увеличением разности давлений и увеличением суммарного объема пневмосети, например, поставить ресивер – накопитель сжатого воздуха.

В чем преимущество схемы нагрузка-останов? Во-первых такая схема очень проста в исполнении. Во-вторых когда нет необходимости в сжатом воздухе – электропривод отключен, то есть нет холостого хода и потерь, связанных с ним. Отсюда становится ясно, что такая схема управления годится для маломощных компрессоров, где токи невелики.

Для более мощных электроприводов применяется схема нагрузка-разгрузка-останов. При таком управлении, компрессор, накачав давление до заданной отметки, переходит в режим холостого хода, в котором электропривод вращается, но воздух в пневмосеть не качает. Если же в течение заданного промежутка времени, давление не успевает опуститься до точки включения, то компрессор отключается.

Данный вид управления хорош тем, что убирается необходимость частого запуска мощного оборудования и применяется для управления машинами, мощностью более 5 кВт. В режиме холостого хода, компрессор потребляет до 20% мощности номинального режима. 20% не очень высокая цифра, учитывая, что подразумевается что машина не должна работать в холостом режиме долго. Однако и здесь есть подводные камни. Дело в том, что 20% - это мощность в установившемся режиме холостого хода, а в установившийся режим компрессор выходит не ранее, чем через 1 минуту. В течение этой 1 минуты происходит сброс давления из маслосепаратора, для обеспечения возможности следующего запуска оборудования. В результате, среднее потребление в режиме холостого хода вырастает с 20 до 50 и даже 70%, что возможно при частых сменах режима работы компрессора. Таким образом, при плохо спроектированной системе, такое управление может «конкурировать» с методом управления методом сброса избытка сжатого воздуха в атмосферу. Как же решить такую проблему? Самый простой, вероятно, способ – это установить большой ресивер, который позволит накапливать большой запас воздуха и следовательно, увеличить время между сменой режима работы компрессора.

К сожалению далеко не всегда такое простое решение осуществимо. И появляется множество проблем, связанных с ресиверами: оформление паспортов, регистрация в органах Госгортехнадзора, место для их установки. И тут мы подходим т третьему типу управления – электропривод с частотным регулятором. При частотном управлении электропривод питается не напрямую от сети, а от частотного преобразователя, который может менять частоту электрического напряжения в широком диапазоне. На выходе компрессора устанавливается датчик давления, который передаёт сигналы о изменения давления на регулятор, увеличивая частоту вращения электропривода компрессора при падении давления и соответственно, уменьшая, при росте. Такой режим позволяет избавиться от потерь холостого хода и добиться существенной экономии. Кроме того, рабочее давление может поддерживаться на уровне оптимального с точностью 0,1 бар. Несмотря на все преимущества частотного регулирования, это не значит, что можно выбирать такой способ управления всегда и везде. Выбор любой системы должен быть обоснован. Когда применение компрессора с частотным регулированием наиболее целесообразно, можно почитать во второй части статьи, которую вы найдете здесь.