Aplicación del variador de frecuencia de compresor de aire

1. Descripción del compresor de aire
El compresor de aire es un dispositivo que convierte la energía (por lo general de un motor eléctrico) en energía cinética mediante la compresión y la presurización de aire en su cámara de compresión. Como un dispositivo básico de la industria, el compresor de aire ha sido ampliamente utilizado en casi todas las industrias ya sea de la metalurgia, la fabricación de maquinaria, la minería, la electricidad, la fabricación de textiles, petroquímica, textil, etc. Consume el 15 por ciento de la electricidad total utilizada por las grandes instalaciones comerciales, incluyendo ventiladores de corriente, bombas de agua y hornos.

Debido al principio de la estructura, la mayoría de los compresores de aire tienen defectos obvios de tecnología. Cuando la presión de salida es mayor que un cierto punto, la válvula de descarga se abre de forma automática, haciendo inactivo el motor asíncrono, desperdiciando así energía. Por otra parte, el motor se iniciará o detendrá con frecuencia. Como resultado, su tiempo de vida será mal influenciado.

El compresor de aire también genera gran intensidad e impone gran impacto en la red eléctrica si empieza con una frecuencia de alimentación. Los rodamientos en el motor sufren de desgaste serio. Además, el compresor por lo general requiere una gran cantidad de mantenimiento. En duras condiciones de trabajo, el compresor de aire hará demasiado ruido. Debido al bajo grado de automatización, la presión de salida se ajusta cambiando manualmente el grado de apertura de la válvula. Este tipo de operación cuenta con la lentitud, la baja precisión, grandes fluctuaciones e inestabilidad.

2. Introducción al sistema
El sistema eléctrico de frecuencia variable se compone de un variador de frecuencia VFD KE300, un compresor de aire, un sensor de presión y otros componentes periféricos.
a. El variador de frecuencia adopta un esquema de control vectorial abierto para satisfacer el torque de salida de frecuencias bajas y altas.

b. En el sistema, se aplica el esquema de control PID, que funciona por pasos seguidos. Cuando la demanda de aire aumente, la presión de la tubería disminuirá. Por lo tanto, el valor de la diferencia entre el punto de ajuste y el valor medido de la presión aumentará, ampliando la salida del controlador PID. Entonces la frecuencia de salida del inversor aumentará para mejorar la velocidad del motor en el compresor de aire. Como resultado, el flujo de alimentación de aire mejorará. Al finalizar, la presión de la tubería tiende a ser constante.

c. El punto de ajuste del regulador PID se configura por la señal del sensor de presión. Con forma de corriente (4 -20mA) o en forma de tensión ( 0 -10V ), la señal se conecta al puerto de entrada analógico AI en el inversor.

d. Las señales de arranque o de parada son dadas por el sistema de control central. Por su puerto de salida analógica AO, el inversor proporciona señales de salida analógicas, que están conectadas al sistema de control central para la observación de oscilación de presión en tiempo real. Las señales de fallo y de advertencia son proporcionadas por la salida de relé.

e. Los bypass de frecuencia se pueden considerar para añadir una producción continua.

En la siguiente figura se muestra el esquema de conexiones terminales como referencia.

3. Ventajas
a. Con una reducción en la velocidad de rotación, el compresor de aire ahorra una gran cantidad de energía, debido a la disminución de la potencia activa. Eso significa menos carga eléctrica y menos costo de producción.

b. En el sistema, el factor de potencia AC se mejora y la reducción de la potencia reactiva contribuye al ahorro de energía, dando como resultado, la reducción en gran medida de la pérdida de la línea de los buses de suministro de energía y la corriente secundaria de los transformadores de distorsión en talleres. La corriente reactiva ahorrada permite la instalación de nuevos dispositivos en la red eléctrica, aumentando la capacidad de resolución de transformadores de distorsión causado por la adición de nuevos dispositivos. Mientras tanto, la disminución de la corriente reactiva es capaz de reducir el aumento de temperatura de los transformadores de potencia durante el funcionamiento. En consecuencia, la vida útil de estos transformadores de potencia se verá muy extendida.

c. Se puede lograr un arranque con carga elevada estable. El variador de frecuencia baja KE300 se caracteriza por la buena respuesta de baja frecuencia y el mayor margen de potencia. Estas características pueden satisfacer por completo la demanda de torque cuando el dispositivo funciona con una frecuencia baja. Por lo tanto, el sistema es totalmente adecuado para un arranque con carga elevada.

d. La vida útil del compresor de aire está muy extendida y la reducción de la velocidad de rotación conduce a una menor abrasión de la bomba del compresor de aire. Mientras tanto, el derrame de aceite se disminuye, por lo que la contaminación del medio ambiente se verá muy aliviada.

e. La reducción del aumento de la temperatura del aceite compensa la debilidad del compresor de aire en el que la presión de trabajo se disminuye en ambientes de alta temperatura.

f. El empleo del variador de frecuencia consigue reducir el ruido significativamente, por lo tanto, el medio ambiente donde se realiza la operación puede ser más confortable. El sistema ofrece una solución eficiente para la regulación del ruido ambiental en la gestión de salud ocupacional.

g. El sistema cuenta con un arranque y parada suave. El tiempo de inicio y parada del inversor KE300 utilizado se puede ajustar al azar de 0 a 10 minutos. Eso significa una velocidad acelerada durante el arranque y velocidad desacelerada durante la parada que puede ser ajustable. El esquema de control de aceleración en forma de S y desaceleración es adoptado para un arranque y parada suave. De esta manera, se reducirá al mínimo la generación de impacto durante el arranque o la parada. Esto es en lo que otros dispositivos de accionamiento fallan.

Aviso
Para garantizar el funcionamiento normal del compresor de aire, el límite inferior de la frecuencia de trabajo del inversor debe ser mayor de 20Hz.