一、概述
 

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。

二、空压机变频改造原理

    螺杆式空压机基本运行方式是加载、减载方式。减载时电机空转,能源白白的浪费，如果利用变频器通过改变电机频率来调节转速，变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理如下:通过压力变送器测 得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机 上得到相应的转速。那么空压机输出对应的压缩空气输出至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。变频器，压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制变频器的输出频率，从而调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。

系统改造时保留原工频系统不变，增加变频系统，无须再培训再操作系统，当空压机控制系统运行，变频系统自动进入运行状态。本系统采用压力闭环调节方式，通 过变频器的控制面板设定空气压力定值，在储气罐上安装个压力传感器。将空气压力信号转换为 0 ～ 5 V 的电信号，反馈到变频器内部的 PID 调节器，调节器将信号与压力定值进行比较运算，然后输出控制信号，变频器再根据此信号输出频率，调节电动机的转速，使空气压力保持稳定，这样空压机始终保 持在节电运行状态。实现原理如下图所示：

迪奈美动力最近去某客户空压机站进行交流和拜访后，发现该客户空压机启动比较频繁，工作效率比较低，从而增加了运行成本，增加了空压机的能源消耗，降低了空压机的使用寿命。因此对于该用户的空压机进行变频改造是一个迫在眉睫的工作。针对该厂空压机的运行状况迪奈美动力工程师专门设计了一套空压机变频改造方案，具体项目背景，实施措施及经济效益详见如下：

三、空压机变频节能改造方案

　  空压机加载时变频器50HZ运行，卸载时37HZ运行。在主电路改造时，将变频器串接进原有的电源进线中，控制电路是将空压机内原控制电源摘开接到变频器输入电源侧。 
　　空压机变频改造后，电机启动时空压机原有的交流接触器仍然由PLC按星-三角方式动作，但在交流接触器连接为星型时，角形交流接触器的常开触点没有闭合，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，将三角形接法的交流接触器闲置常开触点，闭合后的开关量信号送到变频器，开始空载变频启动电机至50HZ运行。当压力达到设定值时卸载继电器动作，此时将开关量信号送到变频器多功能端子输入端，此时变频器按37HZ运行。在考虑变频器发生故障或检修时，空压机能按原有的工频控制方式运行，在主回路设计了工频回路、使设备可在变频与工频间自由切换，这样在改造时可不用重新编写PLC程序。改造后的设备最大限度的保留原空压机的所有功能，使改造简单易行，改造后的设备运行稳定可靠。 

四、迪奈美动力空压机变频改造案例

　4.1项目背景：

该客户空压站3台200KW螺杆式空压机变频节能改造的实际案例，其原始数据如下: 
　a.一号空压站：空压机电动机功率200KW 电压380V长期连续工作制。 
　　空压机人机界面显示：运行时间15927小时，加载时间7959小时，卸载时间，15927-7959=7968小时，电机启动次数 25477次。 
　　卸载占空比：7968小时/15927小时=50% 
　　现场实际测试：加载时电流350A；卸载时电流170A。 
　　b.二号空压站：两台空压机电动机功率200KW 电压380V长期连续工作制 一用一备； 
　　空压机人机界面显示：运行时间，一号机3042小时，二号机 6503小时，合计总运行时间：3042+6503=9545小时。
　　加载时间：一号机895小时，二号机 2007小时，合计总加载时间 895+2007=2902小时。 
　　卸载时间：一号机3042-895=2147小时，二号机 6503-2007=4496小时，合计总卸载时间2147+4496=6643小时。
　　一号机电机启动次数 9964次，二号机电机启动次数 21640次。一、二号机电机总启动次数9964+21640=31604次。
　　卸载占空比：6643小时/9545小时=70% 
　　现场实际测试：加载时电流390A；卸载时电流190A 。 

4.2项目实施措施
　　变频器选用迪奈美SD300—220KW通用变频器为例： 
　　其中F0.02加速时间调试时是关键，时间设置不对，在启动过程或启动后运行很短时间即保护停机，此时变频器液晶显示器显示故障代码A.OCE加速过流或A.OCC稳速过流，这时很多人都将加速时间加长，再起机不行再加长，可是无论时间加长到多少都还是过流，后经分析确认空压机是恒转矩负载，启动时电动机需要一定的冲力才能克服启动力矩，重新设置加速时间由长往短一秒一秒的试，当加速时间设置为10秒时启动和运行过程一切正常。当然对于不同厂家和功率的空压机在变频改造时加速时间不一定都是10秒正好，但是调试过程中如果在启动过程或启动后运行很短时间即过流保护，加速时间加长不见效时，时间往短设是一个很好的选择。

五、变频改造后节能效果及经济效益
　　

变频改造后：该客户一号空压站设备卸载电流65A，直接节电约30 %；二号空压站设备卸载电流70A，直接节电约40 %。同时降低了无功损耗与维护费用；减少了机械磨损；提高了功率因数和设备整体使用寿命，由此产生的间接经济效益不另行计算。 

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