目前我國是世界上最大的發(fā)展中國家，自然資源的依賴程度約占60%以上，能源問題是一個嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是近幾年煤荒、電荒已嚴重制約著國民經(jīng)濟的發(fā)展，用電高峰時期許多生產(chǎn)企業(yè)和部門不得不拉閘限電。從根本上解決能源問題有兩條途徑：一是開源，二是節(jié)能。變頻節(jié)能技術(shù)就是針對工頻負載并非是所有用電設(shè)備的最佳工作頻率及負荷，因而導(dǎo)致許多設(shè)備長期處于低效率，應(yīng)用面廣、見效快、投資回收期短的高效節(jié)能新技術(shù)，目前在冶金、礦山、石油、化工、醫(yī)藥、紡織、機械、電力、建材、造紙、印刷、供水、空調(diào)等各行各業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用。

　　說到變頻器在空壓機上的應(yīng)用，我們就不得不先對空壓機工作原理作一個了解。我們以單螺桿空壓機為例說明空氣壓縮機工作原理，如下圖0所示為單螺桿空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)原理圖。螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。當螺桿在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進氣口吸入，同時也吸入機油，由于齒溝嚙合面轉(zhuǎn)動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送;在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮;當齒溝嚙合面旋轉(zhuǎn)至殼體排氣口時，較高壓力的油氣混合氣體排出機體。

　　采用變頻器可通過改變螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方式來改變排氣量，當用氣量發(fā)生變化時，變頻器改變轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)空壓機的排氣量，達到排氣壓力恒定不變，并節(jié)約能源的目的。

　　原工頻系統(tǒng)工況存在的問題：

　　1、主電機雖然星-角減壓起動，但起動時的電流仍然很大，對電網(wǎng)沖擊比較大。

　　2、主電機時常空載運行，屬非經(jīng)濟運行，電能浪費嚴重。

　　3、主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大。

　　4、主電機工頻起動設(shè)備的沖擊大，電機軸承的磨損大。

　　節(jié)能原理及效果：

　　我們知道，用調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法同樣可以調(diào)整供氣量。由于空壓機基本上屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，用變頻調(diào)速的方法調(diào)整供氣量能使電機的輸出功率基本與轉(zhuǎn)速(供氣量)成正比關(guān)系，達到很好的節(jié)電效果。

　　我們采用具有矢量控制功能的C500系列變頻器，可使電機在低速時也能提供滿足負載需要的轉(zhuǎn)矩。同時，新科瑞變頻器的自動節(jié)能模式，可使電機在滿足負載轉(zhuǎn)矩要求下以最小電流運行，達到更好的節(jié)電效果。

　　采用恒壓供氣變頻控制系統(tǒng)所帶來的效果如下：

　　1、出氣口釋放閥全部關(guān)閉，取消用出氣口釋放閥調(diào)節(jié)供氣量方式，以避免由此導(dǎo)致的電能浪費。代之以變頻器調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)整氣體流量，使電機輸出的功率與流量需求基本上成正比關(guān)系(如圖1所示)，始終使電機高效率工作，以達到明顯的節(jié)電效果。例如當用氣量是額定供氣量的50%時，節(jié)電率可達40%以上;

　　2、利用變頻器的節(jié)能模式，可使電機在輕載時以最高效率運行，減少不必要的電能損耗;

　　3、根據(jù)嚴格的EMS標準，高效的PWM變頻器使用高速低耗的IGBT，降低諧波失真和電機的電能損失。

　　4、可使電機起動、加載時的電流平緩上升，沒有任何沖擊;可使電機實現(xiàn)軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設(shè)備的使用壽命;避免因電流峰值帶來的電力公司的罰款;

　　5、采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實時監(jiān)測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量;

　　6、由于電機在高效率狀態(tài)下運行，功率因數(shù)較高，降低了無功損耗，節(jié)約了大量電能(如圖2所示)。

　　7、保存原釋放閥系統(tǒng)，在必要時可參加調(diào)節(jié)，增強系統(tǒng)的可靠性。

　　總之，采用恒壓供氣智能控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約30～40%的電力費用，延長壓縮機的使用壽命，并可實現(xiàn)"恒壓供氣"的目的，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　變頻改造方案設(shè)計原理，如圖3：

　　由變頻器，壓力變送器、電機、螺旋轉(zhuǎn)子組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，進行恒壓控制。

　　反饋壓力與設(shè)定壓力進行比較運算，實時控制變頻器的輸出步，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力上。

　　根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，空壓機變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：

　　1、電機變頻運行狀態(tài)保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。

　　2、根據(jù)空壓機的工況要求，系統(tǒng)應(yīng)保障電動機具有恒轉(zhuǎn)矩運行特性一。

　　3、為了防止非正弦波干擾空壓機系統(tǒng)其它設(shè)備的正常工作，變頻器輸入端應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施。

　　4、在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運行時，應(yīng)保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。

　　5、考慮到系統(tǒng)以后擴展問題，變頻器應(yīng)滿足將來工況擴展的要求。

　　變頻器的選型：

　　根據(jù)上述原則，我們新科瑞公司生產(chǎn)的C500系列通用型變頻器能夠滿足上述工況要求。

　　1、C500變頻器的頻率精度：數(shù)字設(shè)定為±0.01%;模擬設(shè)定為±0.2%?？墒箟毫Σ▌臃秶鷿M足設(shè)計要求。

　　2、系統(tǒng)設(shè)計了閉環(huán)與開環(huán)兩套控制回路。

　　3、C500型變頻器適用恒轉(zhuǎn)矩特性負載，該變頻器還具有轉(zhuǎn)矩補償和提升的功能。

　　4、在該變頻器上端加裝輸入電抗器，有效的抑制了變頻器對電網(wǎng)的干擾。

　　5、在該變頻器下端加裝輸出電抗器，保障了低頻運行時電機溫度噪音不超過允許范圍。

　　新科瑞C500系列變頻器應(yīng)用于空壓機的參數(shù)設(shè)定：

　　代碼參數(shù)名稱參數(shù)設(shè)置說明

　　F0.00控制方式0無速度傳感器矢量控制

　　F0.01運行命令通道選擇1端子控制

　　F0.02頻率源A選擇6PID控制

　　F0.09運行頻率下限25

　　F0.11加速時間30　根據(jù)現(xiàn)場調(diào)整

　　F0.12減速時間50　根據(jù)現(xiàn)場調(diào)整

　　F2.01電機額定功率根據(jù)現(xiàn)場電機名牌設(shè)置

　　F2.02電機額定頻率

　　F2.03電機額定轉(zhuǎn)速

　　F2.04電機額定電壓

　　F2.05電機額定電流

　　F4.12振蕩抑制增益

　　F5.11AI1下限2電流4-20mA對應(yīng)電壓，4mA對應(yīng)2V，20mA對應(yīng)10V

　　F9.01鍵盤設(shè)定壓力　根據(jù)現(xiàn)場需求設(shè)定

　　F9.05積分時間　2根據(jù)現(xiàn)場壓力環(huán)境進行微調(diào)

　　使用電流傳感器：

　　1. 需要調(diào)整控制板J4端子跳線跳I腳上，I電流標示。

　　2. 需要調(diào)整F5.11設(shè)定最小值為2.

　　3. 需要注意壓力傳感器信號接法(如圖3)

　　變頻改造后的現(xiàn)場圖片：

　　空壓機變頻改造后的效益：

　　1、節(jié)約能源

　　變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)控制的壓縮機比較，能源節(jié)約是最有實際意義的，根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機工況是經(jīng)濟的運行狀。

　　2、運行成本降低

　　傳統(tǒng)壓縮機的運行成本由三組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過能源成本降低44.3%，再加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。

　　3、提高壓力控制精度

　　變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。

　　4、延長壓縮機的使用壽命

　　變頻器從0HZ起動壓縮機，它的起動加速時間可以調(diào)整，從而減少起動時對壓縮機的電氣部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

　　5、降低了空壓機的噪音

　　根據(jù)壓縮機的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機運轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機運行時的噪音?，F(xiàn)場測定表明，噪音與原系統(tǒng)比較下降約3至7分貝。