变频器在空气压缩机上的应用

杨海燕

（开封技师学院，开封 475000）

空气压缩机是一种利用电动机将空气压缩在压缩腔内并使其具有一定压力的设备。由于结构原理等因素，空气压缩机存在一些技术缺陷，当输出压力大于一定值时，泄载阀门自动打开，使电动机发生空转，电能浪费严重。空气压缩机系统中电费成本约占86%,因此对空压机的节能改造是非常必要的，这样不仅能够降低生产成本，还可以降低设备维护费用。

1 变频器

变频器是将50Hz的交流电源转换成任意电压和频率的一种电气设备，变频器主要由逆变、整流、检测单元、驱动单元、制动单元和微处理单元等部分组成。变换环节主要采用交-直-交的变频器。变频器的负载不能接单相电动机，只能接三相电动机。变频器依靠IGBT的通断实现输出电源的电压和频率调节，使电动机能够变速运行、根据需要调节功率从而达到节能降耗的目的，另外，变频器还有显示、通信、制动和保护功能。

2 空气压缩机变频调速原理

空气压缩机轻载运行时采用的控制方式是压力达到上限值时关闭阀门；空气压缩机满负荷运行时采用的控制方式是压力达到下限值时打开阀门。这种频繁变换负荷过程，不仅使供气压力不稳定，而且空气压缩机经常处于轻载运行状态，会造成很大的能源浪费。由空气压缩机的工作原理可知，电动机的转速与功率成正比，二者的关系可以用式（1）表示：

因此，要想减少空压机实际消耗的功率，人们可以通过调节转速来实现。

3 改变负荷时空气压缩机存在的问题

3.1 浪费能量

空气压缩机浪费能量的主要表现有：压缩空气压力超过最小压力时产生的能量消耗；减压阀减压时产生的能量消耗；改变负荷时调节方法不恰当产生的能量消耗。

3.2 其他损失

经常调节进气阀门，使进气阀门造成严重磨损；供气压力不稳定，产品质量会受到影响。

4 变频调速的设计

电器和变频控制的有效配合，可以使空气压缩机在不改变电动机转矩的条件下调节电动机的转速，从而达到调节系统压力的目的，并能够按照需要输出压缩空气。当空气压缩机提供的压缩空气大于系统的消耗量时，空气压缩机电动机会降低转速，使压缩空气输出风量减少；当空气压缩机提供的压缩空气小于系统的消耗量时，空气压缩机电动机会增加转速，使压缩空气输出风量增加，从而使系统压力保持稳定不变。采用变频调速的空气压缩机在进行恒压供气控制时，系统原理框图如图1所示。

图1 系统原理框图

采用变频调速的空气压缩机系统原理如图2所示。

图2 电路原理

5 变频器的安装与调试

5.1 安装

变频器要有接地措施，变频器的接地端应与其他接地端分隔开，并且要按照就近接地原则；安装变频器时要考虑周围环境温度的影响；在变频器的输入侧应接电抗器，输出侧不能连接滤波器和电容器；控制线与主配线要保持一定的距离并且要求分开布线；控制回路端子的连接线应使用双绞线或屏蔽线。

5.2 调试

调试主要包括三个步骤。一是将变频器接入系统。变频器的电源端子经接触器和空气断路器与电源连接。变频器的保护功能动作时，继电器的常闭触点控制接触器电路，使接触器断开，从而切断变频器主电路的电源。变频器的输出端子经热继电器接至三相电动机上。二是进行工频控制运行。三是进行变频控制运行。

开环：主要检查压力变送器显示的数值是否正常，运行中的电气设备声音是否正常，变频器频率的变化是否满足要求，空气压缩机的压力变化是否稳定，电气设备启动、停止是否正常等。

闭环：开环调试结束后可以进行闭环调试。主要检查机械共振点的位置，要跳过机械共振点附近的频率。查看空气压缩机空气压力的变化与变频器频率的变化速度是否相一致，避免产生压力振荡，对PID参数进行整定。

6 变频调速后的效果

6.1 节约能源使运行成本降低

能源成本在空气压缩机的运行成本中占86%，采用变频器变频调速后，当系统状态发生变化时，可根据变化情况实时调节空气压缩机电动机的转速，从而调节电动机的运行功率，大大降低了能源成本，提高了生产效率。变频调速能够使空气压缩机平稳启动，减少了对电气设备的机械部件磨损，从而大大降低运行成本。

6.2 提高压力控制精度

系统采用变频调速控制能精确控制压力，提高了产品质量。

6.3 全面改善压缩机的运行性能

变频器启动空气压缩机的时间可以调整，使系统的可

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[2]李良仁.变频调速技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

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