空压机变频技术分析

摘要：变频式空压机以其运行稳定、节能高效的优势广泛的使用在电气工程中，冶金行业作为高能耗的行业，投资成本高，空压机功率大。因此，本文从空压机变频技术原理进行分析，并对空压机的耗能进行了解析。

关键词：空压机;变频技术;分析

引言

由于变频螺杆空压机利用了变频器的无级调速特点，通过控制器或变频器内部的PID 调节器，能对压力实现快速调节控制;比工频运行的上下限开关控制相比，气压稳定性成指数级的提高，更节能。尽管螺杆空压机采取了不同的节能运行模式，但由于变频器是根据实际用气量实时调整电动机转速的，用气量低的时候还可以让空压机自动休眠，这样就大大减少了能源的损失。需要注意的是，系统控制方式的不同对节能效果有很大影响。起动无冲击，由于变频器本身是一个软起动装置，起动电流最大在额定电流的两倍左右，与工频起动一般在额定电流的6倍以上相比，起动冲击很小。这种冲击不仅是对电网的，也有对整个机械系统电气保护系统的冲击，也大大减少。噪声低，由于稳定运行时运行频率小于工频，机械噪声下降，机械磨损小。对储气罐容量要求小。

1.技术原理分析

1.1空压机使用简介

空压机主要有螺杆式和往复活塞式两种。由于结构原理的原因，大部分空压机都存在明显的技术弱点。当输出压力大于一定值时，自动打开泄载阀，使异步电动机空转，严重浪费能源;异步电动机频繁的启动、停止，影响电机的使用寿命，压机工频启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大;自动化程度低，输出压力的调节靠人工调节阀的开度来实现，调节速度慢，不稳定，精度低。

1.1.1变频螺杆空压机的控制原理

变频器控制空压机系统流程图如图所示，变频式空压机是根据用气量的大小自动改变主机转速，及时反映系统压力的变化，并保持稳定的系统压力;当系统消耗气量降低时;此时压缩机提供的压缩空气量会大于系统消耗量，变频式压缩机会降低转速，同时输出压缩空气量，来保持稳定的系统压力值。若当系统消耗气量增加时，此时压缩机提供的压缩空气量会小于系统消耗量，变频式压缩机转速会相对增加，同时输出压缩空气量来保持稳定的系统压力值。 此种运转方式，可让变频式压缩机直接且快速反映系统压力变化，并且提供系统消耗所需的风量变化，经由此种运转模式，变频式压缩机可在输出风量与能源消耗之间维持最佳的运转效率。可以把管网压力作为控制对象，压力变送器 YB 将储气罐的压力 p 转变为电信号送给 PID 智能调节器，与压力设定值 p0作比较，并根据差值的大小按既定的 PID 控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器，通过变频器控制电动机的工作频率与转速，从而使实际压力p始终接近设定压力p0。另外，空压机电动机从静止到旋转工作可由变频器来起动，实现了软起动，避免了起动冲击电流和起动给空压机带来的机械冲击。

图：变频式控制空压机系统流程图

1.2变频器及其智能控制单元原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。空压机的基本运行方式是加载、减载。减载时电机空转，能源白白的浪费，如果利用变频器通过改变电机频率来调节转速，进而控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路压力的目的，具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理如下：通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机上得到相应的转速。那么空压机输出对应的压缩空气至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。

2.空压机能耗分析

加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在pmin～pmax之间来回变化。pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，pmax、pmin之间关系可以用下式来表示

pmax=（1+δ）pmin

（ 1）

δ是一个百分数，其数值大致在 10%～25%之间。而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气的工作压力上，即pmin附近。

由此可知，在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机，所浪费的能量主要在两个部分。

（1）压缩空气压力超过pmin所消耗的能量在压力达到pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升（直到pmax）。这一过程中必将会向外界释放更多的热量，从而导致能量损失。另一个能耗方面，高于pmin的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压至接近pmin，这一过程同样是耗能过程。

（2）卸载时调节方法不合理所消耗的能量通常情况下，当压力达到 pmax时，空压机通过如下方法来降压卸载：关闭进气阀使电动机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。关闭进气阀使电动机空转虽然可以使空压机不需要再压缩气体做功，但空压机在空转中还是要带动螺杆做回转运动，换言之，该空压机10% 的时间处于空载状态，在做无用功。很明显在加卸载供气控制方式下。电动机存在很大的节能空间。

3.结语

通过本文分析，冶金行业能耗大、投资成本高、空压机功率高，提高空压机变频技术的利用和技术完善，可以提升电气设备的运行效率，同时环保节能，提高对变频式空压机的控制，可以延长电气的使用寿命，减少维修率，工作精确，提高冶金行业的生产力，创造更多的经济效益。

参考文献：

[1]张还.空压机组电气控制系统的设计[J].自动化仪表，2010（04）

[2]刘温波.空压机在线分析系统的应用[J].自动化应用，2010（05）