變頻器在空氣壓縮機上的應用

楊海燕

（開封技師學院，開封 475000）

空氣壓縮機是一種利用電動機將空氣壓縮在壓縮腔內并使其具有一定壓力的設備。由于結構原理等因素，空氣壓縮機存在一些技術缺陷，當輸出壓力大于一定值時，泄載閥門自動打開，使電動機發生空轉，電能浪費嚴重。空氣壓縮機系統中電費成本約占86%,因此對空壓機的節能改造是非常必要的，這樣不僅能夠降低生產成本，還可以降低設備維護費用。

1 變頻器

變頻器是將50Hz的交流電源轉換成任意電壓和頻率的一種電氣設備，變頻器主要由逆變、整流、檢測單元、驅動單元、制動單元和微處理單元等部分組成。變換環節主要采用交-直-交的變頻器。變頻器的負載不能接單相電動機，只能接三相電動機。變頻器依靠IGBT的通斷實現輸出電源的電壓和頻率調節，使電動機能夠變速運行、根據需要調節功率從而達到節能降耗的目的，另外，變頻器還有顯示、通信、制動和保護功能。

2 空氣壓縮機變頻調速原理

空氣壓縮機輕載運行時采用的控制方式是壓力達到上限值時關閉閥門；空氣壓縮機滿負荷運行時采用的控制方式是壓力達到下限值時打開閥門。這種頻繁變換負荷過程，不僅使供氣壓力不穩定，而且空氣壓縮機經常處于輕載運行狀態，會造成很大的能源浪費。由空氣壓縮機的工作原理可知，電動機的轉速與功率成正比，二者的關系可以用式（1）表示：

因此，要想減少空壓機實際消耗的功率，人們可以通過調節轉速來實現。

3 改變負荷時空氣壓縮機存在的問題

3.1 浪費能量

空氣壓縮機浪費能量的主要表現有：壓縮空氣壓力超過最小壓力時產生的能量消耗；減壓閥減壓時產生的能量消耗；改變負荷時調節方法不恰當產生的能量消耗。

3.2 其他損失

經常調節進氣閥門，使進氣閥門造成嚴重磨損；供氣壓力不穩定，產品質量會受到影響。

4 變頻調速的設計

電器和變頻控制的有效配合，可以使空氣壓縮機在不改變電動機轉矩的條件下調節電動機的轉速，從而達到調節系統壓力的目的，并能夠按照需要輸出壓縮空氣。當空氣壓縮機提供的壓縮空氣大于系統的消耗量時，空氣壓縮機電動機會降低轉速，使壓縮空氣輸出風量減少；當空氣壓縮機提供的壓縮空氣小于系統的消耗量時，空氣壓縮機電動機會增加轉速，使壓縮空氣輸出風量增加，從而使系統壓力保持穩定不變。采用變頻調速的空氣壓縮機在進行恒壓供氣控制時，系統原理框圖如圖1所示。

圖1 系統原理框圖

采用變頻調速的空氣壓縮機系統原理如圖2所示。

圖2 電路原理

5 變頻器的安裝與調試

5.1 安裝

變頻器要有接地措施，變頻器的接地端應與其他接地端分隔開，并且要按照就近接地原則；安裝變頻器時要考慮周圍環境溫度的影響；在變頻器的輸入側應接電抗器，輸出側不能連接濾波器和電容器；控制線與主配線要保持一定的距離并且要求分開布線；控制回路端子的連接線應使用雙絞線或屏蔽線。

5.2 調試

調試主要包括三個步驟。一是將變頻器接入系統。變頻器的電源端子經接觸器和空氣斷路器與電源連接。變頻器的保護功能動作時，繼電器的常閉觸點控制接觸器電路，使接觸器斷開，從而切斷變頻器主電路的電源。變頻器的輸出端子經熱繼電器接至三相電動機上。二是進行工頻控制運行。三是進行變頻控制運行。

開環：主要檢查壓力變送器顯示的數值是否正常，運行中的電氣設備聲音是否正常，變頻器頻率的變化是否滿足要求，空氣壓縮機的壓力變化是否穩定，電氣設備啟動、停止是否正常等。

閉環：開環調試結束后可以進行閉環調試。主要檢查機械共振點的位置，要跳過機械共振點附近的頻率。查看空氣壓縮機空氣壓力的變化與變頻器頻率的變化速度是否相一致，避免產生壓力振蕩，對PID參數進行整定。

6 變頻調速后的效果

6.1 節約能源使運行成本降低

能源成本在空氣壓縮機的運行成本中占86%，采用變頻器變頻調速后，當系統狀態發生變化時，可根據變化情況實時調節空氣壓縮機電動機的轉速，從而調節電動機的運行功率，大大降低了能源成本，提高了生產效率。變頻調速能夠使空氣壓縮機平穩啟動，減少了對電氣設備的機械部件磨損，從而大大降低運行成本。

6.2 提高壓力控制精度

系統采用變頻調速控制能精確控制壓力，提高了產品質量。

6.3 全面改善壓縮機的運行性能

變頻器啟動空氣壓縮機的時間可以調整，使系統的可

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