1 引言

空壓機是空氣壓縮機的簡稱，它是氣源裝置中的主體，是將原動機（通常是電動機）的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。作為基礎(chǔ)工業(yè)裝備，空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應用。

據(jù)不完全統(tǒng)計，空壓機占大型工業(yè)設(shè)備（風機、水泵、鍋爐、空壓機等）耗電量的15%，面對能源日趨緊張的國際形勢，如何降低空壓機運行所消耗的能源對于響應國家節(jié)能降耗的政策以及提高企業(yè)的經(jīng)濟效益都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 傳統(tǒng)空壓機加、卸載供氣控制方式存在的問題

傳統(tǒng)空壓機工作圖

能量損耗大

傳統(tǒng)空壓機加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin－Pmax之間來回變化。Pmin是能夠保證用戶正常工作的最低壓力值，Pmax是設(shè)定的最高壓力值。

一般情況下，Pmax和Pmin之間關(guān)系可用下式表示：Pmin=(1-δ)Pmax，式中δ值在10－20%之間。

如果采用變頻調(diào)速技術(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量，則可使管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上，即等于Pmin的數(shù)值。由此可見，加、卸載供氣控制方式浪費的能量主要在以下幾個部分：

a．壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量：

當儲氣罐中空氣壓力達到Pmin后，加、卸載供氣控制方式還要使其壓力繼續(xù)上升，直到Pmax這一過程需要電源提供空壓機能量，這是一種能量損失。

b．減壓閥減壓消耗的能量：

氣動元件的額定氣壓在Pmin左右，高于Pmin的氣體進入氣動元件前的壓力，這就需要用減壓閥將其減至接近Pmin，這同樣是一種能量損失。

c．卸載時調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量：

通常情況下，當壓力達到Pmax時，空壓機通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進氣閥使空壓機不需要壓縮氣體做功，但空壓機的電機還是要帶動螺桿做回轉(zhuǎn)運動，此時，空壓機做無用功，造成能量的嚴重浪費。據(jù)測算，空壓機卸載時的能耗一般約占其滿載運行時的10－15%左右。

壓力不穩(wěn)，自動化程度低

傳統(tǒng)空壓機自動化程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠加、卸載閥，通過調(diào)節(jié)閥的控制來實現(xiàn)的。調(diào)節(jié)速度慢，波動大，精度低，輸出壓力不穩(wěn)定。

工頻起動沖擊電流大

主電機雖然采用Y-△減壓起動，但起動電流仍然很大，對電網(wǎng)沖擊大，易造成電網(wǎng)不穩(wěn)以及威脅其他用電設(shè)備的安全運行。對于自發(fā)電工廠，數(shù)倍的額定電流沖擊，可能導致其它設(shè)備異常。

設(shè)備維護量大

空壓機工頻起動電流大，高達5－8倍額定電流，工作方式?jīng)Q定了加、卸載閥必然反復動作，部件易老化，工頻高速運行，軸承磨損大，設(shè)備維護量大。

工作條件惡劣、噪音大

持續(xù)工頻高速運行，超出工作壓力所需的額外壓力，反復加載、卸載，都直接導致工頻運行噪音大。

3 空壓機改造原理

變頻控制原理

根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)速公式：

式中，f為電源頻率，S為電動機轉(zhuǎn)差率，P為電動機的極對數(shù)。

當P和S確定后，電動機轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，所以改變電源頻率即可改變電機轉(zhuǎn)速n，從而實現(xiàn)變頻調(diào)速。

變頻節(jié)能原理

根據(jù)空壓機的運行特性可知，空壓機基本屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，用變頻調(diào)速的方法根據(jù)供氣量大小來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，能使電機的輸出功率基本與轉(zhuǎn)速（供氣量）成正比關(guān)系。

當用氣量減小時，排氣口壓力上升，通過閉環(huán)反饋給變頻器，使電機轉(zhuǎn)速降低，減小了軸輸出功率；當用氣量增加時，排氣口壓力下降，通過閉環(huán)反饋給變頻器，使電機轉(zhuǎn)速升高，增加了軸輸出功率。

因此，變頻空壓機系統(tǒng)通過壓力閉環(huán)，可實時跟蹤供氣系統(tǒng)負載變化，調(diào)整空氣壓縮機電機的轉(zhuǎn)速，保證排氣口壓力恒定，使壓縮機電機工作在最經(jīng)濟的運行狀態(tài)下。避免了原控制方式空壓機頻繁的加載與卸載，頻繁地起動與停機，使得從電網(wǎng)吸收的電能大大下降。

4 空壓機改造方案

HD30系列矢量控制變頻器可提供兩種改造方案，第一種是利用內(nèi)置的通用PID調(diào)節(jié)功能，第二種則是采用我司專門為空壓機研發(fā)的HD30-H，兩種方案的差別在于：第一種方案不需選配件，而第二種則需要選配HD30-EIO擴展卡，并且較于第一種方案，第二種方案優(yōu)化了恒壓控制功能及增加了區(qū)間壓力控制功能，可實現(xiàn)在不同壓力段以不同頻率運行，且運行頻率可根據(jù)客戶實際需求及現(xiàn)場工況自由設(shè)定，PID調(diào)節(jié)中的給定量與反饋量用更直觀的壓力值表示，最關(guān)鍵的是，可實現(xiàn)工變頻自動及手動平穩(wěn)切換，切換瞬間沖擊電流峰值僅相當于額定電流的2－2.5倍。

控制方法說明

變頻調(diào)速系統(tǒng)以空壓機壓縮空氣的輸出壓力作為控制對象，由變頻器，壓力傳感器、電機、空壓機等組成閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng)。

工作壓力值由變頻器PID調(diào)節(jié)給定通道確定，現(xiàn)場壓力由傳感器來檢測，轉(zhuǎn)換成0－10V電壓信號（也可轉(zhuǎn)換成電流信號）后反饋到變頻器，變頻器通過內(nèi)置PID進行比較計算，從而調(diào)節(jié)其輸出頻率，達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)電機輸出功率的目的。

由此可見只要調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，就可以調(diào)節(jié)電機軸輸出功率，也即調(diào)節(jié)了空壓機的輸入功率，使空壓機的制風量與用風量相匹配，達到恒壓供氣與節(jié)能的目的。

下面就兩種方案配線圖、參數(shù)設(shè)置及調(diào)試運行作簡要說明。

4.1方案一

控制配線圖

調(diào)試說明

運行之前需按照實際依次修改F08.00（額定功率）、F08.02（額定電流）、F08.04（額定轉(zhuǎn)速）。

功能參數(shù)設(shè)置簡表

調(diào)試說明

運行之前需按照實際依次修改F08.00（額定功率）、F08.02（額定電流）、F08.04（額定轉(zhuǎn)速）。

空壓機功能下，要使變頻器運行，需同時使A02組DI端子3號功能（系統(tǒng)運行指令）和F15組DI端子2號功能（變頻器正轉(zhuǎn)運行）同時有效，并且要接入變頻接觸器反饋信號和工頻接觸器反饋信號，否則運行時將會報接觸器異常，建議工變頻接觸器要實現(xiàn)互鎖。若不檢測接觸器反饋信號，可將A02組DI端子功能選擇的8號功能（變頻接觸器反饋信號）和9號功能（工頻接觸器反饋信號）取消，出廠時已將CN6的2、3pin短接，即默認AI2輸入信號為電流信號。

A02組DI端子功能的1號功能和2號功能分別時變頻運行指令和工頻運行指令，可實現(xiàn)工變頻平穩(wěn)切換，而6號功能則是接入變頻器故障信號。一旦變頻器出現(xiàn)故障，將立即切換到工頻運行。

由于很多參數(shù)都已出廠默認，所以實際應用中需設(shè)置參數(shù)較少，操作簡單，控制效果優(yōu)異。

功能參數(shù)設(shè)置簡表