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螺杆空压机变频节能改造原理与应用

螺杆式空压机广泛地用于工业生产中，在其控制中采用加载-卸载阀来控制空压机的供气。由于用气设备的工作周期或是生产工艺的差别，使得用气量发生波动，有时会造成空压机频繁加载、卸载。空压机卸载后电机仍然工频运转，不仅浪费电能而且增加设备的机械磨损；空压机加载过程是突然加载，也会对设备和电网造成较大的冲击。因此对空压机进行变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、在一定范围内节约电能等效果。

一、螺杆式空压机的工作原理以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理，如图1所示为单螺杆空气压缩机的结构原理图。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。

二、压缩气供气系统组成及空压机控制原理
1、压缩气供气系统组成工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管路、阀门和用气设备组成。如图2所示为压缩气供气系统组成示意图。
2、空气压缩机的控制原理在工厂的空气压缩机控制系统中，普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。图3为某品牌空气压缩机的系统原理图。

三 、螺杆式空气压缩机变频改造
空压机工频运行和变频运行的比较：空压机电机功率一般较大，启动方式多采用空载（卸载）星-三角启动，加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流，加载和卸载时对设备机械冲击较大；不光引起电源电压波动，也会使压缩气源产生较大的波动；同时这种运行方式还会加速设备的磨损，降低设备的使用年限。
对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限；同时由于电机运行频率可变，实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，使得供气系统气压维持恒定，在一定程度上节约了电能。
空压机主电路和控制电路的变频改造：以某品牌空压机为例，图4是其电路原理图。可以看出该品牌型号的空压机采用星-三角启动方式，在主电路改造时，将变频器串接进原有的电源进线中；断开原加载阀控制回路，将原加载阀控制输出改为一个时间继电器JS，时间继电器的线圈一端与220V控制电路零线接通，另一端连接到PLC的加载输出点，将加载阀的一端直接和220V控制电路零线接通，另一端通过时间继电器JS的一对常开触点与220V控制电路火线接通，通过时间继电器延长加载时间。变频器的正转信号端子FWD，通过电机主电路上的交流接触器KM1的一对常开触点，与变频器公共控制端CM接通。变频器的模拟量反馈信号C1和GND端子，与压缩气输送管路上的压力传感器相连接。图5是变频改造后的电路原理图。

空压机变频改造后，电机启动时原有的交流接触器仍然由其控制PLC按星-三角方式动作，但在交流接触器连接为星型时，交流接触器KM1的常开触点没有闭合，变频器FWD端子与CM端子没有接通，变频器不启动、无输出；当PLC控制交流接触器转换为三角形接法后，KM1的常开触点闭合，变频器FWD端子与CM端子接通，时间继电器JS处于延时状态，加载阀不动作，变频器开始空载变频启动电机。当变频器启动电机完成后，时间继电器JS动作加载阀，变频器自动变频运行。

四、 螺杆式空气压缩机变频改造注意事项在进行变频改造时应该注意，尽量保持原有设备主电路和控制电路的完整性，对其电路的改动越少越好；这有利于在变频器发生故障或是检修时，空压机可以很方便地改动回到原有的控制方式上去，这保证了空压机在变频和工频状态下都可以运行，也使得改造时可以不用重新编写PLC程序。
必须保留空压机的工频运行模式，万一变频器出出故障，可以直接切换到工频模式下运行，不至对对生产造成影响。
变频器的启动信号由角形接法交流接触器KM1控制，既在星形时变频器不启动无输出。
时间继电器JS的整定时间要大于等于变频器的启动时间，这保证变频器空载变频启动，有效避免变频器低频启动时过负荷跳闸。

变频器的下限运行频率一般要设在35赫兹或以上，如果赫兹数太低，可能会造成油气分离器无法有效分离油气，造成空压机漏油现象。但要根据实际情况具体来考虑设定下限频率值，因为不同的空压机其机械配合磨损和效率不尽相同，其不漏油的下限频率也不一定相同。
管路上的压力传感器的安装位置要尽量靠近空压机，不要安装在过滤器或是阀门以后，同时切记压力传感器和空压机之间的管路上不能安装任何阀门元件，防止过滤器堵塞或是阀门关闭后，空压机不停机并发生爆炸危险。还应该保留空压机原来的压力停机保护开关。
使用变频器下限频率延时停机休眠功能。
按生产工艺要求，变频改造后，适当降低压缩气供气系统的供气压力，将原来的高压变流量供气改变为变频恒压变流量供气方式。

螺杆空压机的工作原理以及变频空压机的优点

目前空压机上都采用两点式控制(上、下限控制)或启停式控制(小型空气压缩机)，也就是当压缩气体气缸内压力达到设定值上限时，空压机通过本身气压或油压关闭进气阀，小型空气压缩机则停机。当压力下降到设定值下限时，空压机打开进气阀，小型空压机则又启动。传统的控制方式容易对电网造成冲击，对空压机本身也有一定的损害，当用气量频繁波动时，尤其明显。

　　正常工作情况下，空气被压缩到储气罐。空压机各点的检测(包括压缩空气温度、压力，螺杆温度、冷却水压力和温度以及油压、油温等等)和整体控制由主控制单板机控制。当空压机出口压力达到设定值上限时，通过油压分路阀关闭进气口，同时打开内循环管路，作自循环运行。此时用气单位继续用气。当压力下降到设定值下限时，油压分路阀关闭循环管路，打开空气进口，空气又由过滤器经压缩到储气罐中。在静态，原起动方式(Y-△)，及加载、卸载时对电网供配电设备及螺杆都会造成极大的冲击。尤其是能源的严重浪费。主电机转速下降，轴功率将下降很多。节能潜力相当大。

　　变频节能的效果是十分显著的，特别是调节范围大的系统及设备，通过实际应用可以直观的看出在流量变化时只要对转速(频率)稍作改变就会使轴功率有更大程度上的改变，就因有此特点使得变频调速(节能)方式成为一种趋势并且不断深入的应用于各行业及其各种调整领域。

空压机使用场合一般有如下特点：配置容量比实际气量大、气量消耗不稳定、气压要求稳定、噪音要尽可能低(尤其夜间)。变频式空压机是根据用气量的大小自动改变主机转速，来反应系统压力的变化，并保持稳定的系统压力;当系统消耗风量降低时;此时压缩机提供的压缩空气量会大于系统消耗量，变频式压缩机会减低转速，同时输出压缩空气量，来保持稳定的系统压力值。若当系统消耗风量增加时，此时压缩机提供的压缩空气量会小于系统消耗量，变频式压缩机转速会相对增加，同时输出压缩空气量，来保持稳定的系统压力值。 
此种运转方式，可让变频式压缩机直接且快速的反应系统压力变化，并且提供系统消耗所需的风量变化，经由此种运转模式，变频式压缩机可在输出风量与能源消耗之间维持佳的运转效率。

   优点一：变频空压机你可远程控制

　　采用先进的控制、监视和通讯系统，通过互联网，用户可方便地在世界各地及时获得供应商的技术援助。

　　优点二：变频空压机随意设定压力并保持恒定供压

　　1、在设定所需压力下机组会始终保持±0.1bar压力的恒压供气;

　　2、满意用户在3～14bar的范围内任意设定压力，而不需要调换齿轮或皮带;

　　(注：购机时应确定高压力值);

　　3、当用气量小时压力保持不变而转速自动降低，满意仅够用的气量。

　　4、当用气量大时压力保持不变而转速自动补偿，确保供气需要;

　　优点三：高效省电

　　1、有了变转速控制技术，压缩机的排气量可以和用户的用气量完美地结合起来，完全避免了卸载功率的损耗;

　　2、在间断性用气的状态下，通过软启动的零负荷作用，避免了电流和扭矩的峰值，因而机组可以无限次的起停。真正做到0～无级变速，大限度控制无用功的产生;

　　3、免去多出2bar的压力负担，让空压机机组直接节能14%，因为每降低1bar的工作压力，可节省7%的能量损耗。

控制原理