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一、空壓機(jī)工作原理
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)中有著及其廣泛的應(yīng)用，在各種行業(yè)中它擔(dān)負(fù)著為工廠中所有氣動元件，各種氣動閥門提供氣源的職責(zé)。因此，空壓機(jī)運(yùn)行狀況的好壞直接影響工廠的生產(chǎn)工藝。空壓機(jī)的的種類很多（主要分為螺桿式，活塞式，其中螺桿式應(yīng)用最廣），但其供氣的控制方式都是采用加、卸載的方式。
1.活塞式空壓機(jī)工作原理
活塞式空壓機(jī)是由電動機(jī)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(jī)氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)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(yùn)動以實(shí)現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體的壓縮。
2.螺桿式空壓機(jī)工作原理
螺桿式空壓機(jī)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(shí)現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機(jī)的進(jìn)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(jī)驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
二、空壓機(jī)節(jié)能改造的必然性
由于空壓機(jī)不排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長時間運(yùn)行的可能性，所以，選型時只能按最大需求來確定電機(jī)容量，造成空壓機(jī)系統(tǒng)余量一般偏大。傳統(tǒng)空壓機(jī)都采用星三角降壓啟動，但工頻啟動時電流仍然能達(dá)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(jī)是連續(xù)運(yùn)行，由于一般空壓機(jī)的電機(jī)本身不能根據(jù)壓力需求的變動來實(shí)現(xiàn)降速，使電機(jī)輸出功率與現(xiàn)場實(shí)際壓力需求量相匹配，導(dǎo)致在用氣量少的時候仍然要空載運(yùn)行，造成巨大的電能浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空壓機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐等)幾乎所有的耗電量的15%。空壓機(jī)的節(jié)能改造勢在必行 。
另外，空壓機(jī)還存在以下幾個問題：
1、氣壓超過上限壓力時空壓機(jī)卸載及卸載后電機(jī)空轉(zhuǎn)浪費(fèi)大量的電能。
2、頻繁加卸載造成對電網(wǎng)的沖擊，同時也造成機(jī)械的磨損加大，縮短機(jī)械壽命。
3、氣量無法保持恒壓。當(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免產(chǎn)生波動，使用氣精度達(dá)不到工藝要求，影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)。
綜上所述：若能采用變頻調(diào)速技術(shù)，當(dāng)流量需要量減少時，就可以降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而較大幅度減小電動機(jī)的運(yùn)行功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
三、S350變頻恒壓控制系統(tǒng)
1、系統(tǒng)特點(diǎn)
S350變頻調(diào)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（S350有多種給定通道），可根據(jù)用氣設(shè)備的實(shí)際需要，在空壓機(jī)的最高允許工作壓力內(nèi)自由設(shè)定。裝在儲氣罐出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)?~20mA電流信號送給S350內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小控制變頻器的輸出頻率，調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力。S350內(nèi)置PID具有穩(wěn)定性高、調(diào)試簡單的特點(diǎn)。
2、節(jié)能效果
采用該系統(tǒng)改造后，壓縮機(jī)組的供氣量與系統(tǒng)所需量動態(tài)匹配，壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速會隨著系統(tǒng)用氣量的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了電機(jī)空轉(zhuǎn)以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗，電機(jī)的輸入功率大大降低，節(jié)電效果顯著。對于對空氣機(jī)來說，供氣量Q 與轉(zhuǎn)速N 成正比，氣壓F與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速N 的三次方成正比，見下表：
頻率值Hz
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50
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45
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40
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35
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30
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25
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供氣量Q%
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100
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90
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80
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70
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60
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50
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氣壓F%
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100
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81
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64
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49
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36
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25
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軸功率P%
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100
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73
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51
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34
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22
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13
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理論節(jié)電率N%
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0
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27
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49
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66
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78
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87
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一般來說，對于連續(xù)用氣的空壓機(jī)系統(tǒng)，隨用氣量的變化，電動機(jī)運(yùn)行頻率在25-50Hz 之間動態(tài)調(diào)節(jié)，除去電機(jī)及其它損耗，系統(tǒng)的節(jié)電率可達(dá)18%～35%。
3、綜合效益
①運(yùn)行成本降低：空壓機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機(jī)運(yùn)行成本的70%。通過降低能源成本30%，再加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。
②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。通過使空壓機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)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(zhì)量。
③延長壓縮機(jī)的使用壽命：變頻器有軟啟動功能，可減少起動時對壓縮機(jī)和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，延長壓縮機(jī)使用壽命。同時減少空壓機(jī)啟動對電網(wǎng)的沖擊。
四、變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)
1、空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)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，因此應(yīng)選用大啟動轉(zhuǎn)矩、過載能力強(qiáng)的矢量變頻器。S350系列的過載能力達(dá)到180%，啟動轉(zhuǎn)矩0.5HZ可輸出150%，可保證設(shè)備可靠穩(wěn)定地運(yùn)行及恒壓供氣的連續(xù)性。
以江門某廠實(shí)例：該廠使用凱撤牌空壓機(jī)、電機(jī)22KW，配S350 22KW通用矢量型變頻器。設(shè)定加速時間為15S、減速時間為6S，在0.7Mpa時仍然能正常啟動運(yùn)行（上限0.8Mpa）。
啟動壓力
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啟動電流A
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運(yùn)行電流A
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0Mpa
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36
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33
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0.6Mpa
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42
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38
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0.7Mpa
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60
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55
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2、空壓機(jī)不允許長時間低頻運(yùn)行，若空壓機(jī)轉(zhuǎn)速過低，一方面會使空壓機(jī)的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤滑條件變差、磨損加大，進(jìn)而導(dǎo)致噴油現(xiàn)像。所以，空壓機(jī)工作的下限頻率應(yīng)不低于20HZ，且減速時間應(yīng)盡量短。S350電壓波動范圍±15%、耐壓高、減速時間短，可避免因減速時間過長而產(chǎn)生的噴油現(xiàn)象。
3、在滿足生產(chǎn)工藝的要求下，壓力設(shè)定越低越好。因?yàn)榭諌簷C(jī)的壓力越高，所需電動機(jī)軸功率就越大，耗電量就越多。
4、出氣口釋放閥全部關(guān)閉，取消用出氣口釋放閥調(diào)節(jié)供氣量的方式，以避免由此導(dǎo)致的電能浪費(fèi)。
五、S350空壓機(jī)改造功能參數(shù)表：
功能碼
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功能說明
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設(shè)定值
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功能備注
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F0.00
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控制模式選擇
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0
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矢量控制
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F0.01
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啟停信號選擇
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1
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端子啟停
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F0.03
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主頻率源選擇
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8
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PID
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F0.11
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上限頻率設(shè)定
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50
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HZ
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F0.14
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下限頻率設(shè)定
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20
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HZ
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F0.15
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下限頻率作用
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1
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根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定
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F0.18
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加速時間
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依機(jī)型設(shè)定
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F0.19
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減速時間
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依機(jī)型設(shè)定
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F2.01
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電機(jī)額定功率
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保留
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根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)定
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F2.02
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電機(jī)額定頻率
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保留
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F2.03
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電機(jī)額定轉(zhuǎn)速
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保留
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F2.04
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電機(jī)額定電壓
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保留
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F2.05
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電機(jī)額定電流
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保留
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F2.11
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電機(jī)參數(shù)辨識
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1
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完整調(diào)諧
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F4.10
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節(jié)能運(yùn)行
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1
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自動節(jié)能運(yùn)行
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F5.00
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MI1端子功能選擇
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1
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正轉(zhuǎn)運(yùn)行（FWD)
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F5.18
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CI下限對值
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0.0-20ma
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根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定
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F5.19
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CI下限對應(yīng)設(shè)定
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0.0-100%
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F5.20
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CI上限值
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0.0-20ma
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F5.21
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CI上限對應(yīng)設(shè)定
|
0.0-100%
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F5.22
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CI輸入濾波時間
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0.00s-10.00s
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F9.00
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PID給定源選擇
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0
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鍵盤給定
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F9.01
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鍵盤預(yù)置PID給定
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0.0-100%
|
根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定
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F9.02
|
PID反饋源選擇
|
1
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模擬通道CI反饋
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F9.03
|
PID輸出特性
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0
|
根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定
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F9.04
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比例增益
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0.0-100
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F9.05
|
積分時間
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0.01s-10.00s
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F9.06
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微分時間
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0.00s-10.00s
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F9.07
|
采樣周期
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0.01s-10.00s
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F9.08
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PID控制偏差極限
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0.00s-10.00s
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