一、空壓機工作原理工況簡述

空壓機工作原理是由一對相互平行齒合的陰陽轉子（或稱螺桿）在氣缸內轉動。使轉子與齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的空積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送到輸出側，實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉子的槽和陽轉子齒被主電機驅動而旋轉，常見大中型空壓機為螺桿式或活塞式壓縮機。工作時由一臺電動機帶動螺桿或活塞向氣罐充氣，當氣罐壓力升至設定的*高壓力時離合片動作，電機自動卸載，電機空轉，螺桿或活塞停止壓縮空氣。壓縮機的這種工作方式帶來了下列問題：

1、氣壓*高時電機卸載空轉造成電能的大量的浪費。

2、出口壓力隨著用氣量的大小而出現正弦波式的變化，影響氣動設備的性能及工作效率。

3、工作時，壓縮機頻繁的加卸載使設備的檢修時間加長，使用壽命縮短。

4、大功率壓縮機電機的頻繁加卸載造成對電網的沖擊。

根據以上空壓機的工作特點，我們選用AC60空壓機專用一體化變頻調速器對空壓機進行節電改造。

二、變頻改造設計要求：

針對空壓機系統壓力控制方式不能跟隨負荷變化而調節系統運行參數和能量供應，造成系統效率降低、能源浪費大、機械磨損嚴重等問題，以變頻調速控制，對空壓機的壓力系統和實行變頻恒壓節能控制，大大降低系統能耗。

根據貴單位提供的能耗數據及現場采集數據,根據空壓機現行壓力值0.6Mpa-0.8Mpa，采用計算機技術和變頻技術實現恒壓控制，使壓力恒定，同時優化主機運行環境，大幅度降低能源消耗,以節省電費開支。

根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，空壓機變頻改造后系統應滿足以下要求：
1)    主電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不超過±0.02Mpa；
2)    系統應具有變頻和工頻兩套控制回路，確保變頻出現異常跳保護時，不影響生產；
3)    在用氣量小的情況下，變頻器處在低頻運行時，應保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。

AC60 空壓機一體化專用變頻器型性能優良，可靠性高，內置PID調節器，各項參數可靈活設置，能很好地滿足控制要求。壓力傳感器選用美國產MSP-100型，該型傳感器安裝簡便，線性好，信號變送精度高。

該系統以壓力為控制對象，壓力值由變頻器面板設定，可根據用氣設備的實際需要，在空壓機的*高允許工作壓力內自由設定，調整便捷。壓力傳感器對供氣管網壓力實時檢測，并通過變送器轉換，輸出標準的4-20mA的信號，送至變頻器反饋，根據系統用氣量的要求實時調整壓縮機電機的轉速，保證管網壓力的恒定。對空壓機實現自動軟啟軟停，當車間供氣量不足或富余時，控制系統對空壓機實現自動啟停閉環控制，實現所需即所供，大大降低系統能耗。

                      圖1    空氣壓縮機原理圖

空壓機變頻節能原理
    變頻調速技術近年來發展迅速，并在許多領域發揮了重要的作用。空壓機變頻節能系統原理圖如圖2
 

采用該系統改造后，壓縮機組的供氣量與系統所需量動態匹配，壓縮機電機轉速會隨著系統用氣量的不同而進行調節，避免了電機空轉以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗，電機的輸入功率大大降低，節電效果顯著。對于對空氣機來說，供氣量Q與轉速N成正比，氣壓F與轉速N的二次方成正比，而軸功率與轉速N的三次方成正比，見下表：

 

一般來說，對于連續用氣的空壓機系統，隨用氣量的變化，電動機運行頻率在25-50Hz之間動態調節，系統的節電率可達20%-35%。

另外系統改造所帶來的間接效益也不可低估。首先，壓縮機電動機實現了軟啟停，軟加減速，對電網的沖擊大大減少；其次壓縮機氣缸內氣閥片不再反復地開啟和關閉，增加了設備的壽命，減少了系統維護時間；再次系統管網氣壓穩定，提高了氣動設備的效率。

整個控制過程如下：
用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設定值與返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機電機轉速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨于穩定

（四）、注意事項：

1、螺桿機組不能反向運轉。

2、將加載壓力（mpa）調到與設定壓力相等，（因變頻器設有下限頻率）這樣防止在卸載狀態下變頻器加速作無用功。

四、空壓機變頻改造的效益

1.節約能源

變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較，能源節約是*有實際意義的。

2.運行成本的降低

傳統壓縮機的運行成本由三項組成：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成本的70%。通過降低能源成本30%以上，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，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

變頻控制系統具有**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，所以它可以使管網的系統壓力變化保持在要求范圍內，有效地提高了工況的質量。

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整，從而減少啟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和其它設備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到*低程度。

5.降低了空壓機的噪音

根據壓縮機的工況要求，變頻調整改造后，電機運轉速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機運行時的噪音，據以往現場經驗測定表明，噪音與原系統比較下降約5至15分貝。