螺杆式空气压缩机变频改造

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doi：10.3969/j.issn.1006-8554.2013.07.0851 空压机变频改造原理分析1.1 空压机(以螺杆式为例)的工作原理螺杆式空压机的工作原理：空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，高效的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小舒适耗量，在气缸壁上形成的-层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。

1.2 空压机系统节能分析在管道供气系统中，最基本的控制对象是流量，供气系统的基本任务就是要满足用户对流量的需求。目前，常见的气体流量控制方式有加、卸载供气控制方式和转速控制方式两种。

1)加、卸载供气控制。加、卸载供气控制方式即为进气阀开关控制方式，即压力达到上限时关阀，压缩机进人轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进人满载运行。

由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需要来决定电动机的容量，设计余量-般偏大。工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护量大。虽然都是降压启动，但启动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全，而且大多数是连续运行，由于-般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大。

2)转速控制。即通过改变空压机的转速来调节流量，而阀门的开度保持不变(-般保持最大开度)。当空压机转速改变时，供气系统的扬程特性随之改变，而管阻特性不变。

在这种控制方式下 ，通过变频调速技术改变空压机电机的转速，空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变，达到真正的供需平衡，在节能的同时，也可使整个系统达到最佳工作效率。变频器基于交 -直 -交电源变换原理，可根据控制对象的需要输出频率连续可调的交流电压。电动机转速与电源频率成正比，因此，用变频器输出频率可调的交流电压作为空压机电动机的电源电压，可方便地改变空压机的转速。

1.3 空压机系统节能原理采用变频器控制空压机的转速以达到节能是-种较为科学的控制方法。根据空压机运行特性知：ql/q2nl/n2H1/H2(nl/n2)2P1/P2(nl/n2)3式中 p--空压机供给管网风量；- 管网压力；P--电机消耗功率；n--空压机转速。

由上式可知，当电机转速降至额定转速的80%，则空压机供给管网风量降为80%，管网压力降为(8o%) ，电机消耗功率则降136为(80%) ，即51.2%。去除电机机械损耗和电机铜、铁损耗等影响，节能效率也接近40%，这就是调速节能的原理所在。

1.4 空压机 系统节能效益1)节约能源。变频器控制压缩机与传统制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的运持状。

2)运行成本的降低。传统空压机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机成本的 70%。通过能源成本降低 30%以上 ，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

3)降低了空压机的噪音。根据压缩机的工况要求，变频调整改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降低了空压机运行时的噪音，据以往现抄验测定表明，噪音与原系统 比较下降约 3～7 dB。

2 空压机变频改造方案2.1 空压机变频改造注意事项1)空压机是大转动惯量负载 ，这种启动特点就很容易引起 V/F控制方式的变频器在启动时出现跳过流保护的情况，建议选用具有高启动转矩的无速度传感器矢量变频器，保证即能实现恒压供气连续性，又保证设备可靠稳定的运行。

2)为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量 ，减小因高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出交流电抗器，还可以减小电机运行噪音和温升，提高电动机的稳定性。

3)系统设计具备变频和工频两套控制回路，确保变频在出现异常跳保护时，不影响生产。

2.2 恒压供气节能原理如上所述 ，流量是供气系统的基本控制对象，供气流量需要随时满足用气流量。在供气系统中，储气管中的气压能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系：若供气流量>用气流量-储气管气压上升；若供气流量<用气流量-储气管气压下降；若供气流量 用气流量-储气管气压不变。

所以，保持管道中的气压恒定，就可保证该处供气能力恰好满足用气需求，这就是恒压供气系统所要达到的目的。

1)空压机变频控制闭环系统原理。变频调速系统将管网压力作为控制对象，装在储气管出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为电信号送给变频器内部的PID调节器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大写既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆变频率，调整电动机的转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。

2)空压机变频电气的原理≌压机电机的电路上安装了市电”、节电”接触器，这样可以有市电运行”与节电运行”两种工作模式选择：市电运行模式下，变频器不工作，整套系统按原有方式手动起停、工频运行；节电运行模式下，空压机由变频器直接拖动，系统根据用气量的变化，自动调节空压机的电机转速，使得储气罐始终保持恒定压力的气压输出。