空压机变频控制方案

空压机变频控制方案
一、引言
随着社会的发展和科技的进步，高效低耗的生产已愈来愈受到人们的关注，节能降耗，降低生产成本已迫在眉睫。

而且随着电力电子技术的发展，变频器在调速领域中的应用越来越广泛。

它作为一种较为成熟的高科技产品，具有性能稳定，操作方便，节能效果明显等优点，越来越受到国内外工程技术人员和管理人员的关注和重视。

二、空压机工作原理及工况简述（以螺杆机为例）
工作原理是由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动。

使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。

空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽也随阳转子齿被主电机驱动而旋转。

空压机运行方式为星三角减压起动后全压运行，具体操作程序为：按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。

等降压2秒后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。

若一台气压不够启动第二台，再不够启动第三台。

如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力，控制器使气阀关闭，油气分离放气，压缩机空载运行，直到系统压力跌到压力开关下限值后，即回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。

三、原系统工况存在的问题
1. 主电机虽然星三角减压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。

2. 主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费严重。

3. 主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。

4. 主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作时对机械量大。

四、变频改造方案
（一）改造方案原理
由变频器，压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。

反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制变频器的输出步，从而调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。

（二）实施方案
采用变频器的PID自动调节功能来控制出口压力，使其恒压。

系统改造时，在保留原工频系统情况下，增加变频系统，做到了工频/变频互锁切换。

通过外部控制电路，使空压机起停操作步骤仍然如前，操作简单，安全可靠。

系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力罐上加装一个压力传感器，将压力信号转换成4-20mA的电信号，送到变频器内部的PID调节器，调节器将信号与压力设定值进行比较运算后输出控制信号，变频器根据该信号输出频率，改变电动机的转速，调节供气压力，保持压力的恒定，使空压机始终处于节电运行状态。

（三）方案设计
（1）出气口释放阀全部关闭，取消用出气口释放阀调节供气量方式，以避免由此导致的电能浪费。

代之以变频器调整电机的转速来调整气体流量，使电机输出的功率与流量需求基本上成正比关系，始终使电机高效率工作，以达到明显的节电效果。

例如当用气量是额定供气量的50%时，节电率可达40%以上；
（2）利用变频器的节能模式，可使电机在轻载时以最高效率运行，减少不必要的电能损耗；
（3）根据严格的EMS标准，高效的PWM变频器使用高速低耗的IGBT，降低谐波失真和电机的电能损失。

（4）可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；可使电机实现软停，避免反生电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；避免因电流峰值带来的电力公司的罚款；
（5）采用变频控制系统后，可以实时监测供气管路中气体的压力，使供气管路中的气体的压力保持恒定，提高生产效率和产品质量；
（6）由于电机在高效率状态下运行，功率因数较高，降低了无功损耗，节约了大量电能。

（7）保存原释放阀系统，在必要时可参加调节，增强系统的可靠性。

（四）系统功能图
五、根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，空压机变频改造后系统有如下功能：
1. 电机变频运行状态保持储气罐出口稳定，压力波动范围不能超过±0.02Mpa；
2. 系统应具有变频和工频两套控制回路；
3. 系统具有开环和闭环两套控制回路；
4. 一台变频器能控制多台空压机组；
5. 根据空压机的工况要求，系统应保障电动机具有恒转矩运行特性；
6. 为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施；
7. 在用电气量小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围；
六、变频器的选型
根据上述原则我们选择EMERSON EV2000系列通用型变频器。

1、EV2000变频器的频率精度：数字设定为±0.01%；模拟设定为±0.2%。

可使压力波动范围满足设计要求。

2、系统设计了变频和工频两套主回路。

3、系统设计了闭环与开环两套控制回路。

4、使用转换开关可使变频器任意控制多台空压机组中的一台。

5、EV2000型变频器适用恒转矩特性负载，该变频器还具有转矩补偿和提升的功能。

6、在该变频器上端加装输入电抗器，有效的抑制了变频器对电网的干扰。

7、在该变频器下端加装输出电抗器，保障了低频运行时电机温度噪音不超过允许范围。

EV2000系列技术参数：
七、系统调试
调试工作分成两部分：
第一、先根据工艺要求、电机参数、负载特性预调变频器参数。

第二、系统联动调试。

在完成变频器设定参数及空载运行后，进行系统联动调试。

调试的主要步骤：
1. 将变频器接入系统。

2. 进行工频旁路的运行。

3. 进行变频回路的运行，其中包括开环与闭环控制两部分调试：
开环：些时主要观察变频器频率上升的情况，设备的运行声音是否正常，空压机的压力上升是否稳定，压力变送器显示是否正常，设备停机是否正常等。

如一切正常，则可进行闭环的调试。

闭环：主要依据变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降相匹配，不要产生压力振荡，还要注意观察机械共振点，将共振点附近的频率跳过去。

八、空压机变频改造后的效益
1、节约能源变频
变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的运行状。

2、运行成本降低
传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。

其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。

通过能源成本降低44.3%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

3、提高压力控制精度
变频控制系统具有精确的压力控制能力。

使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。

变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。

由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在3pisg 变化范围，也就是0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。

4、延长压缩机的使用寿命
变频器从0HZ起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。

此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

5、降低了空压机的噪音
变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音。

现场测定表明，噪音与原系统比较下降约3至7分贝。