1 引言
空压机在工矿企业中应用十分普遍，其配套电动机容量一般都较大，而且大多数是常年连续运行，但是其负载却是一直变化的，故节能潜力很大。
在设计选用空压机电动机容量时，通常是按空压机满负荷长时间运行来选择的，故设计容量一般都偏大，在实际运行中轻载运行的时间所占的比例是非常高的，采用变频调速，可大大提高转载运行时工作效率。有些空压机调节方式(调节阀门开度和改变叶片角度等)即使在需求量较小的情况下，电动机的运行功率减少也不多，空压机运行在低效状态。如采用变频调速，根据需要来调节电动机的转速，使之在高效状态下减少电动机的运行功率，可在满足生产要求的条件下达到节能的目的。从运行质量的角度看，空压机系统大多不能根据负载的轻重连续地进行调整。而采用变频调速后，则可以十分方便地进行连续调节，能保持压力、流量等参数的稳定，从而大大提高压缩机工作效率及性能。

2 在空压机的使用中，有四大问题是用户一直盼望解决的
(1) 如何有效提高供气质量;
(2) 如何延长空压机的寿命;
(3) 如何降低工作环境噪音;
(4) 如何节约高额的电费开支。

3 设备现场情况
某公司有空压机四台:功率分别为60kw、37kw、30kw、22kw;制气量分别为10.3m3/h、6.3m3/h、 5.2m3/h、3.5m3/h。空压机出口有气压罐，互相连通到总气管上。气压罐上装有自动放气阀，在气压过高时可自动开启放气阀以保证安全。该公司现有4台螺杆式空气压缩机气管联接方式为并联，储气罐上的压力为7kg，现运行一台60kw的空气压缩就能满足生产需要，由于企业扩大再生产，运行1台机已经不能满足生产需要，运行2台就有可能供大于需求的气量，使压缩机工作在低效率状态下，造成能源白白的浪费;而且自动化程度不高,需人工频繁启动，这时考虑变频节能系统很有必要，根据以上情况分析，我们设计安装一套75kw变频恒压供气控制的节能系统就可以满足供气要求。变频系统设有自动、手动运行状态选择。

4 原操作系统缺点
(1) 由于空压机组的卸载和加载是控制进气阀的开、关，当压力到达上限时关闭进气阀，当压力低于上限时开阀，效率低，冲击电流大，设备能耗大,功率因数低，无功损耗大;
(2) 系统排气压力太高，管径的配置达不到压缩机气体的流速要求，造成管路压降偏高，减荷能耗大;
(3) 机组频繁加减负荷，冲击电流大，启动能耗高，对设备和电网冲击大。电磁阀动作频繁，损坏率高;
(4) 供气压力偏低时，不能满足工艺要求;供气压力偏高时，电耗高;但为满足工艺要求势必要供气压力偏高，从而造成供气成本高，能耗高;
(5) 由于运行转速高，以及进气阀门启闭频繁，造成机房噪音大;
(6) 每台空压机的启停需人工频繁操作，由于自动化程度不高，需投入大量的人工。

5 变频恒压供气系统功能
(1) 通过对4台空压机进行自动变频调速控制，能够稳定总管网的气压，达到恒压供气之目的，实时监控总管网出口气压，确保机组正常运行;
(2) 把4台空压机全部纳入变频自动控制系统，进行自动切换，循环工作;
(3) 根据总管压力，系统自动判断开停空压机的数量和大小，并自动开停机;
(4) 全部机组实现软启动，降低启动电流和对电网及机械的冲击，延长主设备的使用寿命;
(5) 具备自动和手动双功能，故障情况下仍能够手动操作供气，保持供气不间断;
(6) 供气压力可根据实际情况由用户随时进行参数修改，操作简单;
(7) 降低电耗，节约供气成本;
(8) 通过调节开、停机组数量和变频调速器的转速，达到调节总管网气压的目的，稳定供气压力;
(9) 根据供气量自动选择开大机组还是开小机组，以保证设备节能高效运行;
(10) 4台机组均为自动软启动工作;
(11) 以“先入先出”为准则，对4台机组进行优化组合，循环投切;通过对变频机组负荷的实时计算，确定各机组的开、停时间，使各机组高效区段工作并磨损均匀;
(12) 在软件控制下，机组能够实现变频、工频无扰动切换;
(13) 每台机组具备自动和手动双功能，故障情况下仍能够手动操作供气，保持供气不间断;
(14) 恒压供气确保管网不受压力变化的冲击，延长管网的使用寿命，降低维修成本。

6 变频恒压供气的优点
(1) 根据现场工况的不同，平均节能率在10%~30%;
(2) 先进的设置、监控及调节功能改善了空气压缩运行特性;
(3) 系统具有各种保护措施(过流、过压、过载、过热、电机相间和对地短路等)，且变频器具有自检测功能，使系统的运转率和安全可靠性大大提高;
(4) 系统工频与节能可随意转换，改造后系统工作压力稳定，供气质量大大提高，减少了人工，提高了工作效率;
(5) 使空压机零速平滑起动，提高生产安全性;延长空压机使用寿命;降低工作环境噪音。

7 控制原理框图
空气压缩机变频调速控制原理框图如附图所示。

附图 空气压缩机变频调速控制原理框图


8 系统工作原理
由压力传感器从贮气罐取出压力反馈信号，送至微电脑控制器内部pid调节器与预置的压力给定信号相比较，经微电脑控制器cpu处理后的综合信号接至变频器，从而决定电动机的工作频率和转速。此种控制方式在保证压缩空气的压力始终保持恒定的前提下，在轻载时降低电动机转速，保持高效率运转实现节能。
假如气压要在0.55mpa～0.7mpa之间,这样,我们可以设定要0.60mpa压力。当启动微电脑控制器后，会使第一台电机起动(软件自动检测使停机时间最长那台作为第一台机)，这时气压会上升，若电机已运行到最高速后，压力还未到0.60mpa，则会自动使第二台起动。直到压力达到0.60mpa时，第二台电机会停留在某转速上(不会是最高速)。当生产上用气不多，而使压力超过0.60mpa时，变频运行那台电机会逐渐减慢，以使气压保持在0.60mpa上，当电机慢到一定程度，气压还高于0.60mpa时，微电脑控制器会使第一台电机停掉，同时，第二台电机会马上由低速上升到最高速(50hz)，若压力还高于0.60mpa，则第二台电机会逐渐减速，直到压力稳定在0.60mpa为止。如此往复，使系统压力维持在0.60mpa上。由于变频系统总能使空压机工作在合适的转速上，输出合适的轴功率，所以没有使空压机浪费能量，故在达到稳压的同时，也达到了节能的目的。

9 在改造空气压缩机过程中应注意的问题
(1) 由于空气压缩机的转动惯量大，在选用变频器时应根据具体的工况条件和现场的运行电流情况确定选配的变频器容量。
（2) 应考虑压力传感器安装的位置，要求应在满足生产需要的前提下，最大限度的节能。压力传感器应采用4～20ma标准信号为佳，信号线要用双芯屏蔽线。
（3) 在变频器的控制系统中应设有开环和闭环两种控制模式，以便于调试和特殊情况下使用。
（4) 在螺杆式空气压缩机的调试中应严格注意电机的转向;开机前，必须检查电机是否按规定方向旋转，严禁电机反向运转，避免造成主机重大损失。
（5) 由于空气压缩机不允许长期工作在低频状态下，在低频下运行不但稳定性变差，而且容易出现喘振;另一方面也使缸体的润滑变差，会加快磨损，故应设定合理的、有效的、安全的工作频率下限。具体的设定要根据不同的工况，不同的使用条件和要求，耐心细致的调整。

10 结束语
实践证明，变频调速器在控制具有多变压力及多机并联运行供气工业空气压缩机是非常理想的;随着变频调速技术的日益成熟，变频器的应用领域将更加广泛。