引言
　　空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，種類有很多，但其供氣控制方式大多采用的是加、卸載控制方式。該供氣控制方式雖然動(dòng)作原理簡(jiǎn)單，但存在電能浪費(fèi)大，供氣壓力不穩(wěn)定，進(jìn)氣閥容易損壞等諸多問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家節(jié)能減排的要求，大多數(shù)企業(yè)都采用最新的電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備低耗高效的生產(chǎn)運(yùn)行。
　　變頻器調(diào)速技術(shù)是集自動(dòng)控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它以很好的調(diào)速、節(jié)能，可靠，高效的特性，在風(fēng)機(jī)水泵，過(guò)程控制，機(jī)械設(shè)備等各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用，并且由于具有軟啟動(dòng)性能，可以減少對(duì)電網(wǎng)，設(shè)備和電機(jī)的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備和電機(jī)的使用壽命。特別是在空壓機(jī)控制系統(tǒng)中，如果采用高質(zhì)量的變頻器，既提高了設(shè)備的調(diào)節(jié)精度，改善了空壓機(jī)的生產(chǎn)工藝，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，降低了維修維護(hù)成本，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，已經(jīng)愈來(lái)愈受到工礦企業(yè)的技術(shù)人員和管理人員的重視。

一．空壓機(jī)改造前的運(yùn)行狀況
　　某企業(yè)原有2臺(tái)132KW空壓機(jī)，設(shè)備改造之前，兩臺(tái)空壓機(jī)一用一備，總是工作在工頻狀態(tài)，起動(dòng)方式為自耦變壓器降壓起動(dòng)，壓力控制采用上下限的兩點(diǎn)式控制方式，即空壓機(jī)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)本身的油壓關(guān)閉氣閥；當(dāng)壓力下降到設(shè)定下限時(shí)，空壓機(jī)打開(kāi)進(jìn)氣閥。由于生產(chǎn)過(guò)程中用氣量的變化，空壓機(jī)也頻繁地加載和卸載?？諝鈮毫Φ淖兓秶容^大，壓力也不穩(wěn)定。這是因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)的電機(jī)本身不能調(diào)速，所以不能直接通過(guò)壓力的變化來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到所需要的空氣流量。
　　另外，由于自耦變壓器起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電機(jī)不允許頻繁工頻起動(dòng)，造成在用氣量少的時(shí)候，甚至是在一定時(shí)間內(nèi)不用氣的時(shí)候，電機(jī)仍然要長(zhǎng)時(shí)間的空載運(yùn)行，造成了電能上的巨大浪費(fèi)，給企業(yè)增加了成本。因此，該公司經(jīng)過(guò)認(rèn)真的技術(shù)研討，決定對(duì)該廠的空壓站進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

二．原空壓機(jī)系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析：
　　1．主電機(jī)雖然以自耦變壓器降壓起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，對(duì)空壓機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)都有很大的沖擊，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其用電設(shè)備的運(yùn)行安全。
　　2．采用自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，存在起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能頻繁地起動(dòng)，且故障率較高，因此自耦變壓器的維修和維護(hù)成本比較大。
　　3．空壓機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，在空載過(guò)程中不產(chǎn)生壓縮空氣，所以電動(dòng)機(jī)處在空載狀態(tài)時(shí)，會(huì)給企業(yè)造成巨大的電能浪費(fèi)。
　　4．當(dāng)壓力達(dá)到最大極限值時(shí)，空壓機(jī)關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種加載的調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。
　　5．氣壓穩(wěn)定性差和由于頻繁加、卸載導(dǎo)致執(zhí)行元件（進(jìn)氣閥、放氣閥）的頻繁動(dòng)作而加速了閥門(mén)的磨損，會(huì)增加維修工作量和維修費(fèi)用。
　　6．主電機(jī)在工頻運(yùn)行狀態(tài)下使空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)噪音很大。

三．空壓機(jī)變頻改造實(shí)施方案
　　系統(tǒng)參數(shù)：
　　額定功率  132 kW
　　額定電壓  380V
　　額定電流  250A
　　額定轉(zhuǎn)速  l485 rpm
　　變頻器  西班牙PE電氣公司的SD700系列變頻器，型號(hào)是SD7025052
　　本系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，通過(guò)變頻器的控制面板設(shè)定空氣壓力定值，在儲(chǔ)氣裝置上安裝一個(gè)壓力傳感器。將空氣壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20mA的電流信號(hào)，反饋到變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將該電流值與壓力定值進(jìn)行比較運(yùn)算，然后輸出控制信號(hào)，變頻器再根據(jù)此信號(hào)輸出頻率，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使空氣壓力保持穩(wěn)定；在用氣量小的時(shí)候，變頻器將減少頻率輸出，直至電機(jī)停止運(yùn)行，這樣空壓機(jī)始終保持在節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)。 另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來(lái)起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，避免了在頻繁起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流對(duì)空壓機(jī)，電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊。同時(shí)，該方案可保留原有的控制系統(tǒng)，增加工頻與變頻切換功能，做到工頻/變頻互鎖切換，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，利用原工頻系統(tǒng)運(yùn)行。變頻器的接線圖參考如下：

 
四．變頻器節(jié)能改造后的效益分析
1．延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命
　　變頻器從低頻起動(dòng)壓縮機(jī)，由于起動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整，從而減少起動(dòng)時(shí)對(duì)壓縮機(jī)的機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)了壓縮機(jī)的使用壽命，減少了維修量。
2．減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊
　　變頻控制能夠減少起動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)，適合較為頻繁地起動(dòng)，可以將起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)和其它設(shè)備造成的影響減少到最小。
3．降低了空壓機(jī)的噪音
　　空壓機(jī)改造工程安裝完畢后，運(yùn)行穩(wěn)定，空壓機(jī)振動(dòng)和噪聲大減低。
5．提高壓力控制精度
　　變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力，使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出與用戶生產(chǎn)所需的用氣量相匹配，壓力波動(dòng)很小，改善了生產(chǎn)工藝，確保了供氣量的穩(wěn)定。
6．節(jié)約電能
　　根據(jù)用氣量需求來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度，且在不用氣的生產(chǎn)間歇，停止壓縮機(jī)電機(jī)運(yùn)行，使得壓縮機(jī)始終處于最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，避免了改造前壓縮機(jī)頻繁加載，卸載以及長(zhǎng)期空轉(zhuǎn)造成的電能浪費(fèi)，節(jié)約了企業(yè)的生產(chǎn)成本。實(shí)際運(yùn)行后的節(jié)電分析如下：
　　改造前，空壓機(jī)加載運(yùn)行時(shí)的電流245A，卸載時(shí)運(yùn)行電流105A。全天實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間累計(jì)達(dá)14小時(shí)，生產(chǎn)間歇和換班時(shí)間累計(jì)大約10小時(shí)；改造后，生產(chǎn)狀態(tài)下，空壓機(jī)頻率基本上在35～42Hz，運(yùn)行電流平均125A；在生產(chǎn)間歇和換班情況下，空壓機(jī)可以停止運(yùn)行，基本上無(wú)空轉(zhuǎn)運(yùn)行情況。
　　用電量分析：全年按300天計(jì)算，
　　改造前:
　　加載運(yùn)行時(shí)W1=1.732xIxUxT1/1000 =1.732x245x380x14/1000 =2257 kWh
　　卸載運(yùn)行時(shí)W2=1.732xIxUxT2/1000 =1.732x105x380x10/1000 =691 kWh
　　全天耗電W=W1+W2=2948 kWh
　　改造后：
　　壓力可調(diào)節(jié)時(shí)W=1.732xIxUxT/1000 =1.732x125x380x14/1000 =1152 kWh
　　因此，每天可以節(jié)電△W=2948-1152=1796 kWh，每度電按0.5元來(lái)計(jì)算，全天節(jié)省電費(fèi)898元，全年按300天生產(chǎn)計(jì)算，全年可以節(jié)電269400元。整個(gè)系統(tǒng)的全部改造費(fèi)用是15萬(wàn)元，預(yù)計(jì)7個(gè)月即可以收回成本；而在接下來(lái)的每一年里，可以直接給企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益將近26萬(wàn)元左右。

五．SD700變頻器的特點(diǎn)
1．全面的諧波抑制
　　為了有效降低電網(wǎng)中高次諧波分量，減小高次諧波和電磁干擾對(duì)其他設(shè)備（比如現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表）的影響，所使用的大功率變頻器必須滿足工業(yè)場(chǎng)合下EMC電磁兼容性的要求，即將電磁干擾和諧波控制在一定范圍內(nèi)，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行。
　　PE公司的SD700系列變頻器采用了內(nèi)置的交流進(jìn)線電抗器，內(nèi)置的EMC濾波器，內(nèi)置的dv/dt輸出濾波器，全面有效地抑制了諧波和電磁干擾的影響，變頻器柜體采用帶絕緣層的2mm厚的鍍鋅鋼板，完全符合EMC工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。下圖所示為PE公司380V，132KW變頻器的內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

2．高過(guò)載能力
　　空壓機(jī)是大慣量負(fù)載，這種負(fù)載特點(diǎn)很容易引起變頻器起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過(guò)流自保護(hù)的情況，這樣有必要選擇大一級(jí)變頻器，并在允許的條件下調(diào)節(jié)加減時(shí)間來(lái)滿足生產(chǎn)要求。SD700系列變頻器的過(guò)載能力達(dá)到額定值的150%，持續(xù)時(shí)間達(dá)到60秒，可以充分滿足大慣量的重載場(chǎng)合的應(yīng)用。
2．全面的保護(hù)功能
　　SD700具有全面的電機(jī)和變頻器的保護(hù)功能，對(duì)電機(jī)過(guò)載，電機(jī)三相不平衡，過(guò)電流，過(guò)電壓，溫度過(guò)熱等故障可以起到全面的保護(hù)作用，并且具有故障預(yù)防控制功能，避免和減少不必要的故障停機(jī)，確保設(shè)備的正常生產(chǎn)。
3．適合惡劣環(huán)境
　　SD700全系列變頻器的線路板均采用了絕緣涂層，包括線路板上每一個(gè)元器件的管腳和焊盤(pán)都帶有絕緣涂層，完全可以適應(yīng)潮濕和導(dǎo)電粉塵等惡劣的環(huán)境要求。
5．50攝氏度高溫運(yùn)行不降容
　　采用了高效的散熱片，即使在50攝氏度高溫環(huán)境下重載滿負(fù)荷地運(yùn)行，也不會(huì)降低變頻器的驅(qū)動(dòng)能力。
6．適應(yīng)較大的電壓波動(dòng)
　　輸入電壓波動(dòng)范圍可達(dá)-20% 至+10%，欠壓持續(xù)時(shí)間可達(dá)60秒，適應(yīng)一定范圍和一定時(shí)間內(nèi)電源電壓的波動(dòng)。
7．維護(hù)快速簡(jiǎn)單
　　PE公司SD700系列變頻器全功率段采用的都是同一種控制板，電源板和IGBT驅(qū)動(dòng)板；獨(dú)特的“同平面存取”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速簡(jiǎn)單的維護(hù)與更換工作，加上PE公司SD700系列變頻器的三年質(zhì)保，完全可以實(shí)現(xiàn)維護(hù)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠的運(yùn)行要求。

六． 結(jié)束語(yǔ)
　　采用了SD700系列變頻器改造后的節(jié)能控制系統(tǒng)，在空氣壓縮機(jī)上得到了良好的應(yīng)用，它一方面實(shí)現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，降低了維修維護(hù)成本，另一方面提高了設(shè)備的壓力調(diào)節(jié)精度，改善了空壓機(jī)的生產(chǎn)工藝，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率得到顯著地提高。因此，變頻節(jié)能控制方式在空壓機(jī)的應(yīng)用得到了企業(yè)技術(shù)人員和管理人員的廣泛認(rèn)可。