1 引言

空壓機是空氣壓縮機的簡稱，它是氣源裝置中的主體，是將原動機（通常是電動機）的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發生裝置。作為基礎工業裝備，空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業行業都有廣泛的應用。

據不完全統計，空壓機占大型工業設備（風機、水泵、鍋爐、空壓機等）耗電量的15%，面對能源日趨緊張的國際形勢，如何降低空壓機運行所消耗的能源對于響應國家節能降耗的政策以及提高企業的經濟效益都具有十分重要的現實意義。

2 傳統空壓機加、卸載供氣控制方式存在的問題

傳統空壓機工作圖

能量損耗大

傳統空壓機加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin－Pmax之間來回變化。Pmin是能夠保證用戶正常工作的最低壓力值，Pmax是設定的最高壓力值。

一般情況下，Pmax和Pmin之間關系可用下式表示：Pmin=(1-δ)Pmax，式中δ值在10－20%之間。

如果采用變頻調速技術連續調節供氣量，則可使管網壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上，即等于Pmin的數值。由此可見，加、卸載供氣控制方式浪費的能量主要在以下幾個部分：

a．壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量：

當儲氣罐中空氣壓力達到Pmin后，加、卸載供氣控制方式還要使其壓力繼續上升，直到Pmax這一過程需要電源提供空壓機能量，這是一種能量損失。

b．減壓閥減壓消耗的能量：

氣動元件的額定氣壓在Pmin左右，高于Pmin的氣體進入氣動元件前的壓力，這就需要用減壓閥將其減至接近Pmin，這同樣是一種能量損失。

c．卸載時調節方法不合理所消耗的能量：

通常情況下，當壓力達到Pmax時，空壓機通過如下方法來降壓卸載:關閉進氣閥使空壓機不需要壓縮氣體做功，但空壓機的電機還是要帶動螺桿做回轉運動，此時，空壓機做無用功，造成能量的嚴重浪費。據測算，空壓機卸載時的能耗一般約占其滿載運行時的10－15%左右。

壓力不穩，自動化程度低

傳統空壓機自動化程度低，輸出壓力的調節是靠加、卸載閥，通過調節閥的控制來實現的。調節速度慢，波動大，精度低，輸出壓力不穩定。

工頻起動沖擊電流大

主電機雖然采用Y-△減壓起動，但起動電流仍然很大，對電網沖擊大，易造成電網不穩以及威脅其他用電設備的安全運行。對于自發電工廠，數倍的額定電流沖擊，可能導致其它設備異常。

設備維護量大

空壓機工頻起動電流大，高達5－8倍額定電流，工作方式決定了加、卸載閥必然反復動作，部件易老化，工頻高速運行，軸承磨損大，設備維護量大。

工作條件惡劣、噪音大

持續工頻高速運行，超出工作壓力所需的額外壓力，反復加載、卸載，都直接導致工頻運行噪音大。

3 空壓機改造原理

變頻控制原理

根據異步電動機轉速公式：

式中，f為電源頻率，S為電動機轉差率，P為電動機的極對數。

當P和S確定后，電動機轉速與電源頻率成正比，所以改變電源頻率即可改變電機轉速n，從而實現變頻調速。

變頻節能原理

根據空壓機的運行特性可知，空壓機基本屬于恒轉矩負載，用變頻調速的方法根據供氣量大小來調節電機轉速，能使電機的輸出功率基本與轉速（供氣量）成正比關系。

當用氣量減小時，排氣口壓力上升，通過閉環反饋給變頻器，使電機轉速降低，減小了軸輸出功率；當用氣量增加時，排氣口壓力下降，通過閉環反饋給變頻器，使電機轉速升高，增加了軸輸出功率。

因此，變頻空壓機系統通過壓力閉環，可實時跟蹤供氣系統負載變化，調整空氣壓縮機電機的轉速，保證排氣口壓力恒定，使壓縮機電機工作在最經濟的運行狀態下。避免了原控制方式空壓機頻繁的加載與卸載，頻繁地起動與停機，使得從電網吸收的電能大大下降。

4 空壓機改造方案

HD30系列矢量控制變頻器可提供兩種改造方案，第一種是利用內置的通用PID調節功能，第二種則是采用我司專門為空壓機研發的HD30-H，兩種方案的差別在于：第一種方案不需選配件，而第二種則需要選配HD30-EIO擴展卡，并且較于第一種方案，第二種方案優化了恒壓控制功能及增加了區間壓力控制功能，可實現在不同壓力段以不同頻率運行，且運行頻率可根據客戶實際需求及現場工況自由設定，PID調節中的給定量與反饋量用更直觀的壓力值表示，最關鍵的是，可實現工變頻自動及手動平穩切換，切換瞬間沖擊電流峰值僅相當于額定電流的2－2.5倍。

控制方法說明

變頻調速系統以空壓機壓縮空氣的輸出壓力作為控制對象，由變頻器，壓力傳感器、電機、空壓機等組成閉環恒壓控制系統。

工作壓力值由變頻器PID調節給定通道確定，現場壓力由傳感器來檢測，轉換成0－10V電壓信號（也可轉換成電流信號）后反饋到變頻器，變頻器通過內置PID進行比較計算，從而調節其輸出頻率，達到調節電機轉速，進而調節電機輸出功率的目的。

由此可見只要調節電機的轉速，就可以調節電機軸輸出功率，也即調節了空壓機的輸入功率，使空壓機的制風量與用風量相匹配，達到恒壓供氣與節能的目的。

下面就兩種方案配線圖、參數設置及調試運行作簡要說明。

4.1方案一

控制配線圖

調試說明

運行之前需按照實際依次修改F08.00（額定功率）、F08.02（額定電流）、F08.04（額定轉速）。

功能參數設置簡表

調試說明

運行之前需按照實際依次修改F08.00（額定功率）、F08.02（額定電流）、F08.04（額定轉速）。

空壓機功能下，要使變頻器運行，需同時使A02組DI端子3號功能（系統運行指令）和F15組DI端子2號功能（變頻器正轉運行）同時有效，并且要接入變頻接觸器反饋信號和工頻接觸器反饋信號，否則運行時將會報接觸器異常，建議工變頻接觸器要實現互鎖。若不檢測接觸器反饋信號，可將A02組DI端子功能選擇的8號功能（變頻接觸器反饋信號）和9號功能（工頻接觸器反饋信號）取消，出廠時已將CN6的2、3pin短接，即默認AI2輸入信號為電流信號。

A02組DI端子功能的1號功能和2號功能分別時變頻運行指令和工頻運行指令，可實現工變頻平穩切換，而6號功能則是接入變頻器故障信號。一旦變頻器出現故障，將立即切換到工頻運行。

由于很多參數都已出廠默認，所以實際應用中需設置參數較少，操作簡單，控制效果優異。

功能參數設置簡表