空壓機概況
空壓機,，全名為空氣壓縮機,，是一種工礦企業(yè)中最常用的空氣動力提供設(shè)備。通常,，空壓機分為螺桿式空壓機,、活塞式空壓機等。
● 螺桿式空壓機工作原理
螺桿式空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動,，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化,，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)螺桿式空壓機的吸氣,、壓縮和排氣的全過程,。空壓機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端,，陰轉(zhuǎn)子的槽和陽轉(zhuǎn)子的齒被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn),。
● 活塞式空壓機工作原理
活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動曲軸，帶動連桿與活塞桿,，使活塞在壓縮機氣缸內(nèi)作往復(fù)運動,，完成吸入,、壓縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓,，并輸出到儲壓罐內(nèi),。其中，活塞組件,，活塞與汽缸內(nèi)壁及汽缸蓋構(gòu)成容積可變的工作腔,，在曲柄連桿帶動下，在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動以實現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體的壓縮,。
空壓機系統(tǒng)控制
空壓機主電機運行方式為星-角降壓起動后全壓運行,，供氣系統(tǒng)具體工作流程為：當(dāng)按下啟動按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動器線圈并打開斷油閥,，空壓機在卸載模式下啟動,，這時進氣閥處于關(guān)閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力,。等降壓n秒（由時間繼電器控制）后空壓機開始加載運行,，系統(tǒng)壓力開始上升。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)上限值,，即起跳壓力,，控制器使進氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣,，壓縮機空載運行,，直到系統(tǒng)壓力降到壓力開關(guān)下限值后，即回跳壓力下,，控制器使進氣閥打開,，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機打開,，油氣分離器放氣閥關(guān)閉,，壓縮機滿載運行。
空壓機系統(tǒng)節(jié)能分析
在管道供氣系統(tǒng)中,，最基本的控制對象是流量，供氣系統(tǒng)的基本任務(wù)就是要滿足用戶對流量的需求,。目前,，常見的氣體流量控制方式有加、卸載供氣控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式兩種,。
● 加,、卸載供氣控制
加、卸載供氣控制方式即為進氣閥開關(guān)控制方式,，即壓力達(dá)到上限時關(guān)閥,，壓縮機進人輕載運行；壓力抵達(dá)下限時開閥，壓縮機進入滿載運行,。
由于空壓機不能排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長時間運行的可能性,，所以只能按最大需要來決定電動機的容量，設(shè)計余量一般偏大,。工頻起動設(shè)備時的沖擊大,，電機軸承的磨損大，所以設(shè)備維護量大,。雖然都是降壓啟動,，但起動時的電流仍然很大，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運行安全,，而且大多數(shù)是連續(xù)運行,，由于一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調(diào)速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配,，電機不允許頻繁啟動,，導(dǎo)致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行，電能浪費巨大,。
　　經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,，不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使用壽命?？諌簷C的有些調(diào)節(jié)方式（如調(diào)節(jié)閥門或調(diào)節(jié)卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下,，由于電機轉(zhuǎn)速不變，電機功率下降幅度比較小,?！?br /> ● 轉(zhuǎn)速控制
即通過改變空壓機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門的開度保持不變（一般保持最大開度）,。當(dāng)空壓機轉(zhuǎn)速改變時,，供氣系統(tǒng)的揚程特性隨之改變，而管阻特性不變,。
在這種控制方式下,，通過變頻調(diào)速技術(shù)改變空壓機電機的轉(zhuǎn)速，空壓機的供氣流量可隨著用氣流量的改變而改變,，達(dá)到真正的供需平衡,，在節(jié)能的同時，也可使整個系統(tǒng)達(dá)到最佳工作效率,。變頻器基于交一直一交電源變換原理,，可根據(jù)控制對象的需要輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電壓。電動機轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比,，因此,，用變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電壓作為空壓機電動機的電源電壓,，可方便地改變空壓機的轉(zhuǎn)速。
空壓機系統(tǒng)節(jié)能原理
采用變頻器控制空壓機的轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能是一種較為科學(xué)的控制方法,。根據(jù)空壓機運行特性知：
Q1 / Q2 = n1 / n2
H1 / H2 =（ n1 / n2）2
P1 / P2 =（ n1 / n2）3
式中 Q———空壓機供給管網(wǎng)風(fēng)量,；
H———管網(wǎng)壓力；
P———電機消耗功率,；
n———空壓機轉(zhuǎn)速,。
由上式可知，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的80%,，則空壓機供給管網(wǎng)風(fēng)量降為80%,，管網(wǎng)壓力降為（80%）2，電機消耗功率則降為（80%）3,，即51.2%,，去除電機機械損耗和電機銅、鐵損耗等影響,，節(jié)能效率也接40%,，這就是調(diào)速節(jié)能的原理所在。
長期實踐證明,，在供氣系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng),，利用變頻技術(shù)改變空壓機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道中的流量，以取代閥門調(diào)節(jié)方式,，能取得明顯的節(jié)能效果,，一般節(jié)電率都在30％以上。另外,，變頻器的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點可實現(xiàn)對流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié),，同時減少啟動沖擊并延長機組及管組的使用壽命。
空壓機變頻改造方案
● 空壓機變頻改造注意事項
　　1)空壓機是大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載,，這種啟動特點就很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現(xiàn)跳過流保護的情況,，建議選用具有高啟動轉(zhuǎn)矩的無速度傳感器矢量變頻器，保證即能實現(xiàn)恒壓供氣連續(xù)性,，又保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運行,；
　　2)空壓機不允許長時間在低頻下運行，當(dāng)空壓機的轉(zhuǎn)速過低,，一方面將使空壓機的工作穩(wěn)定性變差,，另一方面也使缸體的潤滑變差，會加快磨損所以工作的下限頻率應(yīng)不低于20Hz,；
　　3)為了有效濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的電磁干擾,，建議選用輸出交流電抗器,，還可以減小電機運行噪音和升提高電動機的穩(wěn)定性,。
● 恒壓供氣節(jié)能原理
如上所述，流量是供氣系統(tǒng)的基本控制對象,，供氣流量需要隨時滿足用氣流量,。在供氣系統(tǒng)中，儲氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣需求之間的關(guān)系：
若 供氣流量 > 用氣流量 → 儲氣管氣壓上升
若 供氣流量 < 用氣流量 → 儲氣管氣壓下降
若 供氣流量 = 用氣流量 → 儲氣管氣壓不變
所以,保持管道中的氣壓恒定,，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣需求,，這就是恒壓供氣系統(tǒng)所要達(dá)到的目的。
空氣壓縮機采用變頻調(diào)速技術(shù)進行恒壓供氣控制時,，變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象,，裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)為電信號送給變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進行比較,，并根據(jù)差值
的大小按既定的PID控制模式進行運算,，產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出
電和逆變頻率，調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速,，從而使實際壓力始終維持在給定壓力,。外采用該方案后，空氣壓縮機電動機從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實現(xiàn)軟啟動,，避免了啟動時的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械沖擊,。正常情況下，空氣壓縮機在變頻器調(diào)速控制方式下工作,。變頻器一旦出現(xiàn)故障,，生產(chǎn)工藝不允許空氣壓縮機停機，因此,，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能,，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，可由工頻電源通過接觸器直接供電,，使空氣壓縮機照常工作,。
整個控制過程如下：
用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設(shè)定值與返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機電機轉(zhuǎn)速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨于穩(wěn)定特別注意，在壓力容差范圍內(nèi),，變頻器的PID不調(diào)節(jié),，即保持輸出頻率不變。
空壓機電機的電路上安裝了“市電”,、“節(jié)電”接觸器,，這樣可以“市電運行”與“節(jié)電運行”兩種工作模式選擇：市電運行模式下，變頻器不工作,，整套系統(tǒng)按原有方式手動起停,、工頻運行；節(jié)電運行模式下,，空機由變頻器直接拖動,，系統(tǒng)根據(jù)用氣量的變化,，自動調(diào)節(jié)空壓機的電機轉(zhuǎn)速使得儲氣罐始終保持恒定壓力的氣壓輸出。
總結(jié)
將變頻調(diào)速技術(shù)引入空氣壓縮機領(lǐng)域,，是近幾年來各空壓機廠家研究的重要課題,。各大牌專業(yè)空壓機供應(yīng)商都推出了自己變頻空壓機產(chǎn)品，并迅速在其高端市場具有很不錯的表現(xiàn),。但目前,，大量的工頻空壓機的應(yīng)用非常普遍，因此,，空壓機的改造市場非常巨大,。衷心希望此空壓機變頻改造方案能給廣大系統(tǒng)集成商、空壓機最終用戶,、電氣自動化愛好者以幫助,，或者是為其提供一種新的思路。