摘要：目前我國是世界上*大的發(fā)展中國家，自然資源的依賴程度約占60%以上，能源問題是一個嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是近幾年煤荒、電荒已嚴重制約著國民經濟的發(fā)展，用電高峰時期許多生產企業(yè)和部門不得不拉閘限電。從根本上解決能源問題有兩條途徑：一是開源，二是節(jié)能。變頻節(jié)能技術就是針對工頻負載并非是所有用電設備的*佳工作頻率及負荷，因而導致許多設備長期處于低效率，應用面廣、見效快、投資回收期短的高效節(jié)能新技術，目前在冶金、礦山、石油、化工、醫(yī)藥、紡織、機械、電力、建材、造紙、印刷、供水、空調等各行各業(yè)已得到廣泛的應用。

空壓機工作原理簡述：

　　以單螺桿空壓機為例說明空氣壓縮機工作原理，如下圖所示為單螺桿空氣壓縮機的結構原理圖。螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。當螺桿在殼體內轉動時，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進氣口吸入，同時也吸入機油，由于齒溝嚙合面轉動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮；當齒溝嚙合面旋轉至殼體排氣口時，較高壓力的油氣混合氣體排出機體。

    采用變頻器可通過改變螺桿轉子轉速的方式來改變排氣量，當用氣量發(fā)生變化時，變頻器改變轉速的方式調節(jié)空壓機的排氣量，達到排氣壓力恒定不變，并節(jié)約能源的目的。

原系統(tǒng)工況存在的問題：

    1、主電機雖然星-角減壓起動，但起動時的電流仍然很大。

2、主電機時?？蛰d運行，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。

    3、主電機工頻運行致使空壓機運行時噪音很大。

    4、主電機工頻起動設備的沖擊大，電機軸承的磨損大。

節(jié)能原理及效果：

    我們知道，用調整電機轉速的方法同樣可以調整供氣量。由于空壓機基本上屬于恒轉矩負載，用變頻調速的方法調整供氣量能使電機的輸出功率基本與轉速（供氣量）成正比關系，達到很好的節(jié)電效果。兩種調節(jié)方法用電情況如下圖所示。

     我們采用具有矢量控制功能的AM300系列變頻器，可使電機在低速時也能提供滿足負載需要的轉矩。同時，AMB變頻器的自動節(jié)能模式，可使電機在滿足負載轉矩要求下以*小電流運行，達到更好的節(jié)電效果。

采用恒壓供氣變頻控制系統(tǒng)所帶來的效果如下：

（1）、出氣口釋放閥全部關閉，取消用出氣口釋放閥調節(jié)供氣量方式，以避免由此導致的電能浪費。代之以變頻器調整電機的轉速來調整氣體流量，使電機輸出的功率與流量需求基本上成正比關系（如圖1所示），始終使電機高效率工作，以達到明顯的節(jié)電效果。例如當用氣量是額定供氣量的50%時，節(jié)電率可達40%以上；

    （2）、利用變頻器的節(jié)能模式，可使電機在輕載時以*高效率運行，減少不必要的電能損耗；

    （3）、根據嚴格的EMS標準，高效的PWM變頻器使用高速低耗的IGBT，降低諧波失真和電機的電能損失。

    （4）、可使電機起動、加載時的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機實現軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設備的使用壽命；避免因電流峰值帶來的電力公司的罰款；

    （5）、采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實時監(jiān)測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產效率和產品質量；

    （6）、由于電機在高效率狀態(tài)下運行，功率因數較高，降低了無功損耗，節(jié)約了大量電能（如圖2所示）。

    （7）、保存原釋放閥系統(tǒng)，在必要時可參加調節(jié)，增強系統(tǒng)的可靠性。   

    總之，采用恒壓供氣智能控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約30～40%的電力費用，延長壓縮機的使用壽命，并可實現"恒壓供氣"的目的，提高生產效率和產品質量。

變頻改造方案設計原則：

如圖所示：

    其中KM1、KM3為工變頻切換接觸器，控制器選用普勒特，變頻器選用安邦信AM300系列。變頻器與控制器的鏈接：R485通訊，開關量控制變頻器啟停，模擬信號控制變頻器速度，變頻器故障信號反饋等。

    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(tǒng)應滿足以下要求：

　　1、電機變頻運行狀態(tài)保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。

　　2、系統(tǒng)應具有變頻和工頻兩套控制回路。

　　3、系統(tǒng)具有開環(huán)和閉環(huán)兩套控制回路。

　　4、根據空壓機的工況要求，系統(tǒng)應保障電動機具有恒轉矩運行特性一。

5、為了防止非正弦波干擾空壓機控制器，變頻器輸入端應有抑制電磁干擾的有效措施。

　　6、在用電氣量小的情況下，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。

　  7、考慮到系統(tǒng)以后擴展問題，變頻器應滿足將來工況擴展的要求。

變頻器的選型：

　　根據上述原則，經過多方調研、比較，*后我們選擇安邦信公司生的AM300系列通用型變頻器，使該系統(tǒng)能夠滿足上述工況要求。

　　1、AM300變頻器的頻率精度：數字設定為±0.01%；模擬設定為±0.2%。可使壓力波動范圍滿足設計要求。

　　2、系統(tǒng)設計了變頻和工頻兩套主回路。

　　3、系統(tǒng)設計了閉環(huán)與開環(huán)兩套控制回路。

　　4、AM300型變頻器適用恒轉矩特性負載，該變頻器還具有轉矩補償和提升的功能。

　　5、在該變頻器上端加裝輸入電抗器，有效的抑制了變頻器對電網的干擾。

　　6、在該變頻器下端加裝輸出電抗器，保障了低頻運行時電機溫度噪音不超過允許范圍。

改造方案原理：

　　由變頻器，壓力變送器、電機、螺旋轉子組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動調節(jié)電機轉速，使儲氣罐內空氣壓力穩(wěn)定在設定范圍內，進行恒壓控制。

　　反饋壓力與設定壓力進行比較運算，實時控制變頻器的輸出步，從而調節(jié)電機轉速，使儲氣罐內空氣壓力穩(wěn)定在設定壓力上。http://www.anbangxin.com

空壓機變頻改造后的效益：

　　1、節(jié)約能源

　　變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)控制的壓縮機比較，能源節(jié)約是*有實際意義的，根據空氣量需求來供給的壓縮機工況是經濟的運行狀。

　　2、運行成本降低

　　傳統(tǒng)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運行成本的77%。通過能源成本降低44.3%，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar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，從而減少起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(tǒng)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、低了空壓機的噪音

　　根據壓縮機的工況要求，變頻調速改造后，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?，F場測定表明，噪音與原系統(tǒng)比較下降約3至7分貝。