一、空壓機工作原理
空氣壓縮機（英文為：air compressor）是氣源裝置中的主體，它是將原動機（通常是電動機）的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。在工業(yè)生產中有著極其廣泛的應用，在各種行業(yè)中它擔負著為工廠中所有氣動元件，各種氣動閥門提供氣源的職責。因此，空壓機運行狀況的好壞直接影響工廠的生產工藝?？諌簷C的種類很多（主要分為螺桿式，活塞式，其中螺桿式空壓機應用最廣），空壓機供氣的控制方式都是采用加、卸載的方式控制儲氣罐的壓力在一定的范圍內。
1.活塞式空壓機的工作原理
活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯(lián)軸器直接驅動曲軸，帶動連桿與活塞桿，使活塞在壓縮機氣缸內作往復運動，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。其中，活塞環(huán)、活塞與汽缸內壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動下，在汽缸內作往復運動以實現(xiàn)汽缸內氣體的壓縮。
2.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子(或稱螺桿)在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，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，陰轉子的槽和陽轉子的齒由主電機驅動而旋轉。
二、空壓機節(jié)能改造的必要性
由于空壓機不排除在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以，選型時只能按最大需求來確定電機容量，造成空壓機系統(tǒng)余量一般偏大。傳統(tǒng)空壓機一般采用星三角、自耦變壓器或頻敏變阻器啟動，啟動時電流仍然能達到額定電流的2~3倍，沖擊大，會影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性。且大多數(shù)空壓機是連續(xù)運行，由于一般空壓機的電機本身不能根據(jù)壓力需求的變動來實現(xiàn)降速，使電機輸出功率與現(xiàn)場實際壓力需求量相匹配，導致在用氣量少的時候仍然要空載運行，造成巨大的電能浪費。據(jù)統(tǒng)計，空壓機的耗電量占工業(yè)設備耗電量的15%。因此空壓機的節(jié)能改造勢在必行，另外，空壓機還存在以下幾個問題：
1、氣壓超過上限壓力時空壓機卸載，這時電機仍然在空轉，不僅浪費大量的電能，同時增加了電機軸承的磨損。
2、頻繁加卸載造成對電網(wǎng)的沖擊，使電網(wǎng)電壓波動較大，同時也加大了機械磨損，縮短機械壽命。
3、氣量無法保持恒壓。當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免產生波動，使用氣精度達不到工藝要求，影響生產效率及產品品質。
綜上所述：若能采用變頻調速技術，當用氣量減少時，儲氣罐壓力升高，此時壓力大于設定壓力，通過變頻器PID調節(jié)，能夠降低電動機的轉速，從而減小電動機的運行功率，實現(xiàn)節(jié)能的目的。
系統(tǒng)構成圖
三、V11變頻恒壓控制系統(tǒng)
1、系統(tǒng)特點
V11變頻調速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象。壓力值由變頻器面板給定（V11有多種給定通道），可根據(jù)用氣設備的實際需要，在空壓機的最高允許工作壓力內自由設定。與儲氣罐相連的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變?yōu)?~20mA電流信號送給V11內置PID調節(jié)器，與壓力給定值進行比較，并根據(jù)差值的大小控制變頻器的輸出頻率，調整電動機的轉速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。V11內置PID具有穩(wěn)定性高、調試簡單的特點。
2、節(jié)能效果
采用該系統(tǒng)改造后，壓縮機組的供氣量與系統(tǒng)所需量動態(tài)匹配，壓縮機電機轉速會隨著系統(tǒng)用氣量的不同而進行調節(jié)，避免了電機空轉以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗，電機的輸入功率大大降低，節(jié)電效果顯著?？諌簷C屬于恒轉矩負載，供氣量Q 與轉速N 成正比，負載轉矩不變，所以軸功率與轉速N成正比，見下表：
一般來說，對于連續(xù)用氣的空壓機系統(tǒng)，隨用氣量的變化，電動機運行頻率在25-50Hz 之間動態(tài)調節(jié)，除去電機及其它損耗，系統(tǒng)的節(jié)電率可達15%～30%。
3、綜合效益
①運行成本降低：空壓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70%。通過降低能源成本30%，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，維護和維修量也隨之降低，所以運行成本將大大降低。
②提高供氣質量：變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。通過使空壓機的空氣壓力輸出與用戶所需的氣量相匹配，可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力保持恒定，有效地提高了供氣的質量。
③延長壓縮機的使用壽命：變頻器有軟啟動功能，可減少啟動時對壓縮機機械部件的沖擊，增強系統(tǒng)可靠性，延長壓縮機使用壽命。同時減少空壓機啟動對電網(wǎng)的沖擊。
四、變頻系統(tǒng)設計中注意事項
1、空壓機是大轉動慣量負載，很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現(xiàn)過電流，在電機轉速過低時（如頻率小于30Hz）如果V/F曲線調得不好，空壓機的震動會加大，噪音也會加大。因此應選用大啟動轉矩、過載能力強的矢量變頻器。V11系列的過載能力達到180%，啟動轉矩0.5HZ可輸出100%轉矩，可保證設備運行時穩(wěn)定可靠、噪音小、供氣壓力連續(xù)穩(wěn)定。
2、空壓機不允許長時間低頻運行，若空壓機轉速過低，一方面會使空壓機的工作穩(wěn)定性變差，噪音加大，另一方面也使缸體的潤滑條件變差、磨損加大，進而導致噴油現(xiàn)象。所以，空壓機工作的下限頻率應不低于25Hz(25Hz以下運行時，電機散熱條件變差，電機發(fā)熱嚴重，電機溫升過高，容易造成電機絕緣降低，降低電機的使用壽命)，且減速時間應盡量短。V11電壓波動范圍±15%且耐壓高、可設置較短的減速時間短，從而避免因減速時間過長而產生的噴油現(xiàn)象。
3、在滿足生產工藝的要求下，壓力設定越低越好。因為空壓機工作壓力越高，空壓機工作時的背壓越高，壓縮比越大，所需電動機軸功率就越大，耗電量就越多。
4、供氣管網(wǎng)應沒有漏氣現(xiàn)象，以避免由此導致的電能浪費。
五、V11空壓機改造功能參數(shù)表：
應用實例1：佛山中幫無紡使用美國壽力牌空壓機，電機功率為280KW，配V11 280KW矢量型變頻器。設定加速時間為12S、減速時間為5S，設定壓力0.72MPa。壓力穩(wěn)定在0.71~0.73MPa。運行數(shù)據(jù)如下：
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啟動壓力
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設定壓力
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啟動電流A
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運行電流A
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0Mpa
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0.72
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460
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420
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0.6Mpa
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0.72
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490
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450
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0.7Mpa
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0.72
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560
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490
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應用實例2：廣州花都同昌紙品有限公司有4臺30KW的空壓機，采用廣州市珠峰電氣有限公司生產的空壓機專用控制器 ACI KYK3/KB。該控制器由微電腦控制，能夠實現(xiàn)智能化運行，包括空壓機排氣溫度自動控制，空壓機各種故障檢測及實時顯示、故障保護停機?？諌簷C專用控制器由控制模塊，顯示屏組成。該控制器配合高性能V11矢量變頻器能夠有效的控制空壓機的穩(wěn)定運行，即使在25Hz時噪音也很小，不僅能節(jié)約電能，還能降低空壓機機械磨損，提高軸承的使用壽命，減少維修費用，降低運行成本，綜合效益明顯?？刂圃砗唸D圖如下：
通過改造后，運行電流、電機功耗降低（節(jié)電18%），維修周期延長（原來半年左右就要維修1次，自2011年3月改造至2012年2月一直在穩(wěn)定運行），綜合成本下降。
六 結束語
珠峰ACI空壓機節(jié)電系統(tǒng)作為珠峰電氣目前推進的項目，已經成立空壓機事業(yè)部，變頻技術已經成熟成功的應用在了工業(yè)生產中，而伺服空壓機作為未來的重點項目，也已經在珠峰電氣的應用項目中提上了日程。
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