【中国空气压缩机】引言：在目前的许多空压机运行中，有很大一部分时间是在非满负荷情况中进行的，这样一来，通过传统的控制就会产生能量浪费，从而造成效率低下。但现在已经有了新一代的空压机产品，由于它通过调速控制器，使得有机会在非满负荷运行的时候可以节省能源，提高效率。这种空压机都有一个内置式调速控制器VSD以作为整个机器装备的一部分。本文中将主要介绍空压机使用调速控制器(尤其是变频器)的基本情况，并详细阐述了空压机使用内置式调速控制器后的节能功效。1空压机调速控制的功效使用调速控制器的空压机其独特之处就在于输出的空气量可以通过变化空压机的主机速度来进行大小调节。空压机主机的电机由调速控制器来控制，常用的调速控制器有变频调速器或调速电机控制器等(以下通常都指变频调速)。它不同于传统的机器是通过压力的加载和卸载来实现的，因此有更高的效率。当然在部分空气压力负载时使用变频调速还有其他几个功效:(1)取消了齿轮箱和传动皮带当电动机的速度变化时，就不需要一个齿轮箱或皮带传动，从而可以降低机械能量的损耗。(2)可以更精确地控制压力当需要有一个更加精确的压力控制时，采用变频调速就可以保证。在一个单独安装的空压机中，变频调速器就可以连续运转，而出来的空气压力基本可以保持在误差在0.2BAR这样窄幅内。跟传统的加载和卸载ON/OFF控制来说，可以节省大约2%的能量，可传统的控制压力误差却在0.5BAR左右，精度自然低了。(3)降低耗气量负载平均压力低时，使用变频调速可以降低设备的漏气和降低耗气量，在7.0BAR时典型的耗气量可以降低2%左右。变频调速用在控制具有可变压力的负载设备是非常理想的，而且空压机能提供满容量的供气。但是在需要提供满负载运行时(即在额定值运行时)变频调速就不具有优势，反而耗电更多，其增加的部分主要是用于变频器本身的耗电。2空压机变频调速控制的有点精确的压力控制不仅可以降低能耗，而且可以保证提高产品的质量和降低浪费(从而间接节能)。在传统的空压机控制中，它对空气压力的需求基本是不变的(始终处于ON，且转速恒定)，调节靠加载和卸载ON/OFF控制;但在变频空压机中，则通过转速控制来达到压力需求，其速度随时可以根据工况改变。在传统的空压机中，为了保护电机，通常对起停次数都有所规定，如200kW以上的高压电机一般一小时起停不宜超过4次。而变频空压机则完全不一样，它是软起软停，无电流冲击，基本可以做到频繁启动(也就是说对次数没有限制)。在管道压力饱和或外界无压力需求时，变频空压机可以处于轻松实现“休息”状态，这主要归因于变频器的零频功能。零频功能主要指变频器根据外界信号源判断运行频率是否在“零频运行阈值”内，同时根据“零频回差”的设定来控制起停的频繁程度。有了这个功能，就可以实现休眠过程，实现节能运行。变频器可靠的线路设计和软件功能能为变频空压机带来以下优点:(1)实现空压机的软启动，无峰值电流，启动平稳;(2)大幅度降低压缩机系统的噪声;(3)自动控制,简便高效,可靠和自保护,无需专人看护;(4)运转平稳，延长压缩机系统寿命，减少维护量;(5)保证供气压力恒定，提高供气质量;(6)大量节约电能。3空压机单机和多机的变频控制变频空压机单机应用一般是针对独立式单台空压机而言，当用户的供气需求量不需要长时间工作在z*大输出状态时，变频单机控制能很好地节能。在空压机多机应用中，传统的控制压力或出气量的方法是将多台空压机全部运行，并通过加载和卸载来调节，z*终达到压力或出气量的控制要求。显然，所有的空压机都是在全速运行，所耗电严重且控制频繁，尤其是在加一台太多但减一台又太少的情况下。因此，对于多机进行变频控制是非常理想的。如图4所示，如果空气压力要求或出气量不高，只需要一台空压机工作即可，这时变频空压机便通过调节电机转速来达到要求;当变频空压机电机的频率达到50Hz其出气量仍无法满足要求时，便要求加入1台常规(即工频供电)空压机(如空压机1)进行运行，变频空压机则通过速度调节来满足要求;当变频空压机电机的频率再次达到50Hz仍无法满足要求时，则需要加入2台常规空压机(如空压机1和2)来进行运行，变频空压机则通过速度调节来满足出气量或压力要求。反之，当压力或出气量太富余时，则要求减去相应的常规空压机。空压机多机变频控制的作用有以下几点:(1)节能的目的可以达到,为用户节约高额的电费开支;(2)避免频繁加载、卸载，延长空压机的寿命;(3)变频静音，可以降低工作环境噪音;(4)保证供气压力平稳。4空压机变频控制的应用案例在原厂生产的变频空压机进行测试,其结果给出了变频空压机的能量消耗与出气量的关联性。为了得到相应的数据，模拟了传统的同规格空压机在出气量从0cfm到500cfm连续变化的工况下的耗电功率，同时与变频空压机进行比较。当出气量下降时节能效果z*好。在额定出气量在50%的情况下,变频空压机将功率降低了9.4kW(是额定功率的9%左右)。但是在满载情况下,变频空压机将耗电超过4%(为变频器本身的损耗)。在这里可以看出，当空压机长期工作在满载情况下时没必要安装变频。5结束语实践证明，相对于传统的空压机而言，购买先进的变频速度控制的新型空压机产品在购买成本上付出的多余部分将在使用一到两年后从电能节省中获得相应回报。上面的模拟空压机应用测试就是一个典型的例子。当然，节省电能的具体数量或金额则不一而足，必须依据用户现场才能进行估算。影响变频空压机节能功效的几个主要因素有:(1)空压机实际运行时间;(2)配套变频系统成本价位;(3)针对相同机型的空压机而言，变频配置与传统的售价比例(如DENAIR-DVA变频售价比90kW相同普通机型多15%);(4)空压机运行在部分负载工况的比例;(5)空压机运行在满载工况的比例。另外，也可以采用折中的办法:即为标准的空压机单独购买一台变频器进行改造。在某些场合，这种方法还是有诱惑力。当然，在这种情况下，费用虽然相对低一点，但要浪费传统机型的齿轮箱和其他部件，而且厂家不能保证在变频低速由于润滑不适合不会造成的相应故障。而且随着变频空压机的逐步普及，这种方法的成本将不再低下，甚至还会更高。综上所述，在很多空压机长时间运行在部分负载的情况下使用变频内置式空压机具有明显的节能效果，对很多行业用户具有极强的吸引力。同时,在使用或配置变频空压机时必须考虑以下几点:在空压机多机安装中，为了达到z*大程度的节能效果，装有变频的一台空压机必须处于始终运行中，并通过它来调节压力;在空压机运行在中低负载的工况占所有工况的比例比较高时，安装变频空压机具有良好的节能回报率;购买变频空压机比对空压机进行变频改装更具有现实意义。

变频式空压机是用压力感测器即时感应系统中实际气压和用气量。通过电器控制和变频控制的精确配合，在不改变空压机马达转矩(即拖动负载的能力)的前提下来即时控制马达转速(即输出功率)，经由改变压缩机转速，来响应系统压力的变化，并保持稳定的系统压力(设定值)，以实现高品质压空气的按需输出。当系统消耗风量降低时，此时压缩机提供的压缩空气大于系统消耗量，变频式压缩机会降低转速，同时减少输出压缩空气风量;反之则提高马达运转速增加压缩空气风量，以保持稳定的系统压力值。它和风机电机水泵节电一样，根据负载变化，控制输入的电压频率，跟变频器原理相同。1、变频空压机的压力设定可以是一点，即可以将满足生产设备要求的最低压力作为设定压力，变频空压机将根据管网压力上下波动的趋势，调节空压机转速的快慢，甚至消除了空压机的卸载运行，节约了电能。2、由于变频空压机使得管网上下压力稳定，可以降低甚至消除压力的波动，从而使系统中所有运行的空压机都在一个满足生产要求的较低的压力下运行，减少了压力向上波动造成的功率损失。3、由于空压机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性，所以，只能按更大需求来决定电动机的容量，故设计容量一般偏大。在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例是非常高的。故采用变频调速，可大大提高运行时的工作效率。因此，节能潜力很大。4、有些调节方式(如调节阀门开度和改变叶片的角度等)，即使在需求量较小的情况下，也不能减小电动机的运行功率。采用了变频调速后，当需求量较小的情况下，可降低电动机的转速，减小电动机的运行功率，从而进一步实现节能。5、单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重连续地调节。而采用了变频调速后，则可以十分方便地进行连续调节，能保持压力、流量、温度等参数的温度，从而大大提高空压机的工作性能。空压机节能一般厂家在设计空压机的装机容量时，都是按照厂里的更大生产工况来考虑的，而普通情况下，由于各种原因，只能用到产能的60%-80%。这个因素是节能空压机之一;空压机的加卸载是空压机运行工况的一个重要性能，加载时间和卸载时间是空压机运行的重要参数，加载过程是负载需求较大情况，此时监测电机运行数据并记录，卸载过程是负载需求较小的情况，此时监测电机运行数据并记录。从数据比较可以看出，加卸载有着不同的电能量消耗，而加卸载是由于出口供气压力波动产生的，调节电机转速取消加卸载过程，达到恒压供气的目的，如果一台空压机的加载率达到或者超过了80%，那么它的节能空间是很小的，没有改进的必要，这个因素也是节能改造空间之一。空压机的加卸载是空压机运行工况的一个重要性能，加载时间和卸载时间是空压机运行的重要参数，加载过程是负载需求较大情况，此时监测电机运行数据并记录，卸载过程是负载需求较小的情况，此时监测电机运行数据并记录。从数据比较可以看出，加卸载有着不同的电能量消耗，而加卸载是由于出口供气压力波动产生的，调节电机转速取消加卸载过程，达到恒压供气的目的，如果一台空压机的加载率达到或者超过了80%，那么它的节能空间是很小的，没有改进的必要，这个因素也是节能改造空间之一。一变频节能技术改造的关键点Ø 变频器的性能正弦变频器经过长达数年的变频技术研究和变频结构技术开发，在变频矢量技术方面已经取得成功并在多个领域得到良好的应用效果，如今的正弦变频器已拥有四个系列多种领域专用产品，由于空压机是恒转矩负载特性，所以我们选用性能和性价比都很优良的G系列产品。Ø 整体设计的控制变频技术改造整体控制要考虑到设备运用的安全，保留原来的工频电气回路，实现工变频无忧切换。同时在保护回路上考虑各种工况下的可靠性。Ø 设备油路系统和冷却循环系统设备油路系统和冷却循环系统的改进是空压机变频改造成功的要点，根据不同的设备状况和ATLAS COPCO系列油路系统情况做必要的硬件改进，保证在低速运行状态设备的运行长期稳定。变频节能改造应用优化分析节能改造设计要求根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求。二 空压机变频改造后系统应满足以下要求：1.电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.2bar。2.系统应具有变频和工频两套控制回路。3.根据空压机的工控要求，系统应保障电动机具有恒转矩运行特性。4.为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输出端应有抑制电磁干扰的有效措施。5.在用电气量小的情况下，变频器处在低频运行时，保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。6.考虑到系统以后扩展问题，变频器满足将来工控扩展的要求。7.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。三 空压机变频节能改造的优点1. 节能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控是经济的运行状况。节省电费约20%以上，约半年即可回收投入的资金。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±0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量。4. [...]