变频器在空压机上的应用

气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段，在汽车制造、生产自动化、机械设备、半导体及家电制造，包装自动化方面有广阔的应用前景。是各类工业企业的重要能源和控制设备。空压机按压力高低可分为低压型（0.2Mpa～1.0Mpa）、中压型（1.0Mpa～10Mpa）和高压型（>10Mpa）。目前应用最多的为双螺杆型低压压缩机，其基本原理为：两个咬合的螺旋转子以相反方向转动，它们当中的自由空间的容积沿轴向逐渐减小，从而两转子间的空气逐渐被压缩。它可连续输出无脉动的流量大的压缩空气，出口空气温度为60度左右，经后冷却系统降温去除水蒸气和变质油雾后送到用气单位。

一、空气压缩机工作过程概述

空气压缩机在出厂时配套的排气压力调节装置，多数为关闭进气管式压力调节器，其工作原理是当储气罐（风包）内空气压力超过设定的压力时，压缩机进气管上碟阀自动关闭，压缩机进入空转卸荷状态，空气压缩机的排气量和压力，在运转中也不是不变的，常因工况变化导致用气量变化，所以空气压缩机工作时总是在重复满载-卸荷工作方式。满载时的工作电流接近电动机的额定电流，卸荷时的空转电流约为30%～50%电动机额定电流，这部分电流不是做有用功，而是机械在额定转速下的空转损耗。

二、空气压缩机调速原理

根据空气压缩理论，压缩机的轴功率、排气量和轴转速符合下列公式：N=Mr×n/9553（KW），式中：N-压缩机的轴功率（kw），Mr-压缩机输入的平均轴转矩（N.m），n-压缩机的轴转速（r/min），Vd1=Kr×Vh1r×n2（m3/min），Vd1—在n2转速下的排气量（m3/min），K—与汽缸容积、压力、温度和泄漏有关的系数。Vh1—一级缸容积（m3），n2—调节后的压缩机转速（r/min）。根据上述理论分析，在空气压缩机的汽缸容积不能改变的条件下，只有调节压缩机的转速才能改变排气量；空气压缩机是恒转矩负载，压缩机轴功率与转速呈正比变化。在压缩机总排气量大于总用气量时，通过降低压缩机转速调节供风压力，是达到压缩机经济运行的有效方法。在可以选用的压缩机变极电动机、改变皮带轮传动比、串极调速等调速方法中，变频调速与其他调速方法相比，具有无极调速、容易实现自动控制，不用改变设备结构和安装量小的特点。变频调速的优点是压力给定方便，根据用气量的变化随时调整设定值，能够实现压力闭环运行，实现压缩机的恒压供应。

三、空气压缩机选用变频器时的有关要求

空气压缩机属于恒转矩负载，应选用通用型变频器，压缩机选用变频器托动的主要目的是按需要的用风量，合理调节供气压力的设定值，实现稳压节能运行。按配套电动机额定功率选用相同容量的恒转矩变频器。变频器要有内置PID调节功能和4～20Ma，或0～10V模拟信号接口；使用地点的电压变动率要在变频器允许输入电压范围内。

空压机变频调速可以实现自动和手动控制模式。在自动模式下利用压力变送器检测输出压力来控制空压机运行速度，压力传感器安装在总排风管上，将检测到的的压力信号转换成变频器可以识别的模拟电压信号或电流信号（0～5V，0～10V，4～20mA），反馈给变频器，如果空压系统是单台运行可以直接使用变频器的内置PID功能，实现压力自动调节。在设计施工中，应保证保留工频备用装置，一旦变频器出现故障，可以使用工频系统，保证生产的继续。对于用气量较大、空压设备较多的企业，还可通过利用PLC编程实现更多功能、更多设备联动的的精确控制。

四、改造后的运行效果

压缩机变频改造后运行平稳，控制精度更高，工作压力保持恒定；由变频器控制压缩机的自动运行是启动和停机更加平稳。设备改造后可以实现供风压力闭环控制，减少了压缩机的启停次数，减轻了操作人员的劳动强度；降低了耗电量和机械磨损，延长了设备的使用寿命。

五、空压机变频改造的意义

（1）节约能源。变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，最突出的效果就是节约能源，我们可以根据用气量大小来控制空气压缩机工作在最经济的运行状态。（2）提高压力控制精度。变频控制系统在自动控制状态下通过PID算法具有精确的压力控制能力。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变，有效地提高了工况的质量。（3）延长压缩机的使用寿命。变频器可以在提升转矩的情况下从较低频率起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，避免了工频直接启动。从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统运行的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。