變頻器在空壓機上的應用

氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術，是實現各種生產控制、自動控制的重要手段，在汽車制造、生產自動化、機械設備、半導體及家電制造，包裝自動化方面有廣闊的應用前景。是各類工業企業的重要能源和控制設備。空壓機按壓力高低可分為低壓型（0.2Mpa～1.0Mpa）、中壓型（1.0Mpa～10Mpa）和高壓型（>10Mpa）。目前應用最多的為雙螺桿型低壓壓縮機，其基本原理為：兩個咬合的螺旋轉子以相反方向轉動，它們當中的自由空間的容積沿軸向逐漸減小，從而兩轉子間的空氣逐漸被壓縮。它可連續輸出無脈動的流量大的壓縮空氣，出口空氣溫度為60度左右，經后冷卻系統降溫去除水蒸氣和變質油霧后送到用氣單位。

一、空氣壓縮機工作過程概述

空氣壓縮機在出廠時配套的排氣壓力調節裝置，多數為關閉進氣管式壓力調節器，其工作原理是當儲氣罐（風包）內空氣壓力超過設定的壓力時，壓縮機進氣管上碟閥自動關閉，壓縮機進入空轉卸荷狀態，空氣壓縮機的排氣量和壓力，在運轉中也不是不變的，常因工況變化導致用氣量變化，所以空氣壓縮機工作時總是在重復滿載-卸荷工作方式。滿載時的工作電流接近電動機的額定電流，卸荷時的空轉電流約為30%～50%電動機額定電流，這部分電流不是做有用功，而是機械在額定轉速下的空轉損耗。

二、空氣壓縮機調速原理

根據空氣壓縮理論，壓縮機的軸功率、排氣量和軸轉速符合下列公式：N=Mr×n/9553（KW），式中：N-壓縮機的軸功率（kw），Mr-壓縮機輸入的平均軸轉矩（N.m），n-壓縮機的軸轉速（r/min），Vd1=Kr×Vh1r×n2（m3/min），Vd1—在n2轉速下的排氣量（m3/min），K—與汽缸容積、壓力、溫度和泄漏有關的系數。Vh1—一級缸容積（m3），n2—調節后的壓縮機轉速（r/min）。根據上述理論分析，在空氣壓縮機的汽缸容積不能改變的條件下，只有調節壓縮機的轉速才能改變排氣量；空氣壓縮機是恒轉矩負載，壓縮機軸功率與轉速呈正比變化。在壓縮機總排氣量大于總用氣量時，通過降低壓縮機轉速調節供風壓力，是達到壓縮機經濟運行的有效方法。在可以選用的壓縮機變極電動機、改變皮帶輪傳動比、串極調速等調速方法中，變頻調速與其他調速方法相比，具有無極調速、容易實現自動控制，不用改變設備結構和安裝量小的特點。變頻調速的優點是壓力給定方便，根據用氣量的變化隨時調整設定值，能夠實現壓力閉環運行，實現壓縮機的恒壓供應。

三、空氣壓縮機選用變頻器時的有關要求

空氣壓縮機屬于恒轉矩負載，應選用通用型變頻器，壓縮機選用變頻器托動的主要目的是按需要的用風量，合理調節供氣壓力的設定值，實現穩壓節能運行。按配套電動機額定功率選用相同容量的恒轉矩變頻器。變頻器要有內置PID調節功能和4～20Ma，或0～10V模擬信號接口；使用地點的電壓變動率要在變頻器允許輸入電壓范圍內。

空壓機變頻調速可以實現自動和手動控制模式。在自動模式下利用壓力變送器檢測輸出壓力來控制空壓機運行速度，壓力傳感器安裝在總排風管上，將檢測到的的壓力信號轉換成變頻器可以識別的模擬電壓信號或電流信號（0～5V，0～10V，4～20mA），反饋給變頻器，如果空壓系統是單臺運行可以直接使用變頻器的內置PID功能，實現壓力自動調節。在設計施工中，應保證保留工頻備用裝置，一旦變頻器出現故障，可以使用工頻系統，保證生產的繼續。對于用氣量較大、空壓設備較多的企業，還可通過利用PLC編程實現更多功能、更多設備聯動的的精確控制。

四、改造后的運行效果

壓縮機變頻改造后運行平穩，控制精度更高，工作壓力保持恒定；由變頻器控制壓縮機的自動運行是啟動和停機更加平穩。設備改造后可以實現供風壓力閉環控制，減少了壓縮機的啟停次數，減輕了操作人員的勞動強度；降低了耗電量和機械磨損，延長了設備的使用壽命。

五、空壓機變頻改造的意義

（1）節約能源。變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較，最突出的效果就是節約能源，我們可以根據用氣量大小來控制空氣壓縮機工作在最經濟的運行狀態。（2）提高壓力控制精度。變頻控制系統在自動控制狀態下通過PID算法具有精確的壓力控制能力。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉速的改變而改變，有效地提高了工況的質量。（3）延長壓縮機的使用壽命。變頻器可以在提升轉矩的情況下從較低頻率起動壓縮機，它的起動加速時間可以調整，避免了工頻直接啟動。從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統運行的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。