空压机恒压变频控制性能改进研究

吴蕴宪

摘要 空压机一般采用电动机直接驱动，同时存在启动电流不稳定，机械冲击大等问题，通过增加变频器，压力变送器等控制组件，可以实现恒压供气，电动机变频启动，具有良好节能效果。

关键词：空压机；变频；变送器；节能

空气站是工业生产的必备设施，提供了最环保的动力源——压缩空气。空压机是空气站的核心设备， 一般采用电动机直接驱动。由于空压机需要考虑在满负荷运行的可能性，设计时一般是最大需求来进行设计电动机的容量，故设计容量一般偏大。在实际运行中，空载运行的时间所占的比例是非常高的。因此如果采用变频调速，可以提高运行时的工作效率，节能的潜力很大。

1.空气站工况分析

在我国工业生产中，空气站使用较多的空压机大多为螺杆式空气压缩机，螺杆式空气压缩机的工作过程主要为吸气、传输、压缩、排气四个过程，通过螺杆的运动，压缩螺杆与壳体的空间，使得空气压力升高，通过排气口输出至储气罐，再经过冷干，油气分离，传输至用气设备供使用。

在运行中，空压机通过设定加载压力和卸载压力进行运行状态切换，根据用气设备的具体工况，当用气量小于空压机的排气量时，传输空气的管网压力就会增加。当管网压力达到空压机所设定的卸载压力值时，空压机就会进入卸载状态，停止空气输出，但此时电机仍处于工频运行，无空气输出，属于非经济运行。

以图1给出的空压机数据为例，可以计算得出：空压机运行时空载比例达到32.98% ，因此，降低空压机的空载运行时间，将会大大提高空压机的有效输出。

当用气量增大，管网压力就会降低，当低于空压机设定的加载压力时，空压机就会从卸载状态切换至加载状态。在加载状态下，工频启动的瞬时电流会较大，同时机械冲击大，频繁加载、卸载会对空压机造成磨损，减少其使用寿命，同时输出的压缩空气压力也会随之波动，造成气源不稳定的现象。

2.恒压变频性能改进过程

2.1 设计方案

按图2所示进行改进后，空压站应达到以下效果：

a空压机通过变频器驱动，保持恒压供气，减少气压波动

b空压机卸载模式取消，减少空转运行时间，降低能耗

c变频器可以控制一台或多台空压机，并且能实现工频与变频运行切换

d空气站机械冲击降低，噪音降低

2.2 实施方案

根据空压站整体布局需要，可以引入空压机电源作为变频器供电电源，将变频器与空压机就近安装。在储气罐处安装压力变送器，采集空气压力参数，把储气罐压力作为控制对象，通过压力变送器将储气罐内的空气压力转换为电流信号反馈回智能控制器，与系统设定值进行比较运算，通过PID调节模式对变频器的输出频率进行控制，进而控制空压机的电机转速，实现变频运行。原有的工频运行模式可以保留，作为备用。工频和变频模式可以通过切换电路进行切换。

3.性能分析

3.1 输出压力稳定

采用变频控制系统后，可以实时监测储气罐内气体的压力，使空压机输出的压缩空气压力與设定的气压相匹配，变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变，让供气管路中的气体的压力保持相对稳定，提高了设备的运行效率和产品质量。

3.2 运行成本降低

空压机的运行成本由三项组成：设备采购成本、维护成本和能源成本。根据数据统计显示，其中能源成本占空压机运行行成本的80%以上，通过变频改造后能源成本可以降低20%左右，再加上变频起动后，启动电流小，空压机根据用气量自动调节电机转速，电机运行频率低，转速慢，机械磨损小，延长了设备使用寿命，降低了维护工作量，后期维护成本也相应降低，所以运行成本将大大降低。

3.3 系统噪音降低

电机运转频率低，机械转动噪音因此变小，通过变频调节电机转速的方式，不用反复加载、卸载，频繁加卸载，气压不稳定的噪音也得以消除。

3.4 系统稳定性增强

改造后系统可以在原系统和变频系统之间切换，增加了整套系统的抗风险能力。

4.结束语

随着我国经济的飞快发展，国家越来越关注高效低耗的技术，空压机作为传统耗电大户，也越来越受到关注。伴随变频器技术的运用和普及，对传统的空气压缩机进行恒压变频调速改造，具有显著的经济效益和社会效益，节省电能的同时也能提高了产出压缩空气的质量。

参考文献：

[1]孙鹤旭.电气传动与变频技术[M].化学工业出版社. 2011

[2]刘建民，陈建军.螺杆式空压机运行及维护技术问答[M].中国电力出版社.2011

[3]张树伟，龚彦波.TP变频器在空气压缩机中的应用[J].中国新技术新产品，2009（9）