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深圳市四方電氣技術有限公司 供稿
摘要：本文介紹了四方TS2600螺桿空壓機單變頻電控驅動系統在螺桿空壓機上的成功應用。該方案采用一體化整合設計，將傳統變頻驅動系統的變頻器、操作面板、控制端子、變壓器、接觸器及端子等集成于一體，系統運行穩定，可最大限度為客戶節省能源，并降低維護成本。
關鍵字：TS2600；變頻；螺桿空壓機
一、引言
螺桿空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等行業有廣泛的應用，是許多工藝流程中的核心設備，其裝機容量一般取決于生產所需的最大氣量并另外增加10%~20%的余量。由于生產中用氣量的不均衡，當氣體壓力達到一定值時，空壓機一般采用卸荷空載運行或者停止空氣壓縮機這兩種方式，其中卸荷空載運行時的用電量為滿負載的30%~60%，這部分電能被白白的浪費掉，而停止空氣壓縮機運行會帶來電動機的頻繁啟停，對電網及其他設備的沖擊較大，同時空氣壓縮機的壽命也會縮短。
另調查統計，全國各類電動機耗電量約占全國發電量的70%，其中80%為異步電動機，而且大多數電動機長時間處于輕載運行狀態，特別是風機、泵類負載的電機。若在此類負載上使用變頻調速裝置，其耗電量將大幅降低。以空壓機為例，其負載特性屬恒轉矩，其節電率N%=Δn↓%，即節電率等于轉速下降的百分數（一般在20%左右，轉速也不能過低，過低會加速機械的磨損）。
因此，如何設計出節能、穩定和自動化程度高的控制方案，是空壓機使用及制造企業所面臨的首要問題。隨著電力電子技術的發展，變頻驅動技術逐步引入了空壓機領域，通過大量的應用案例及實測印證該方案具有運行壓力穩定、對電網沖擊小、運行安全、在一定范圍內節能的優點。
二、變頻螺桿空壓機的優勢分析
傳統螺桿式空壓機工頻控制的技術弱點及變頻控制的優勢：
（1）加、卸載調節供氣的控制方式嚴重浪費能源
傳統的控制方式，空壓機在加載時：從設定壓力到卸載壓力的加壓過程中，電能白白浪費掉，而經過減壓閥減壓的過程，也是在浪費能量；空壓機卸載時：關閉電磁閥使電機一直在空轉，這種調整方法同樣是極大的能力浪費，卸載時的功耗約占滿載的20%~40%。
在變頻控制方式下，變頻驅動系統通過控制電機轉速來控制氣壓，使輸出壓力始終維持在設定壓力，輸出壓力保持恒定，避免頻繁加卸載導致的電能浪費。
空壓機屬于恒轉矩負載，單就輸出功率而言，采用變頻調速節能效果遠不如風機泵類二次方負載顯著。但空壓機大多處于長時間連續運行狀態，由于設計時都是按最大需求來選擇排氣量的，在實際運行中，非滿載運行的時間的占的比例也非常高，非滿載運行過程有著巨大的節能空間。
（2）啟動電流沖擊大
傳統的空壓機主電機采用Y-△減壓起動，起動電流約為額定電流3倍，仍然很大，對電網沖擊大，易造成電網不穩以及威脅其它用電設備的運行安全。
變頻器可使電機起動、加載時的電流平緩上升，沒有任何沖擊；電機實現軟啟停，避免沖擊電流造成的危害，有利于延長設備的使用壽命；
（3）供氣壓力穩定性差
在產品生產環節，氣壓的穩定性對產品質量的影響是很大的，用戶對供氣壓力精度都有一定要求，傳統的空壓機為避免氣壓不足，供氣壓力較要求值要偏高一些，但這樣會使成本高、能耗大，同時頻繁的加卸載也很難保證氣壓溫度；
變頻器可以閉環實時監測供氣管路中氣體的壓力，PID調節器比較當前壓力與設定壓力差值比較，保證輸出壓力始終維持在設定壓力，輸出壓力保持恒定，提高生產效率和產品質量。
三、TS2600螺桿空壓機單變頻電控驅動系統介紹
圖1 TS2600螺桿空壓機單變頻電控驅動系統
TS2600系列螺桿空壓機單變頻電控驅動系統，是四方電氣在最新的開放式驅動技術平臺基礎上，為空壓機行業定制開發的高性能變頻電控系統，集成了空壓機設備控制與應用中的所有需求及變頻驅動功能。系統使用高性能重載型矢量變頻單元，配置變頻空壓機控制適配卡及控制面板，具有安裝調試簡易、集成度高、系統可靠性高、性價比高等優勢，代表了空壓機變頻驅動領域的領先水平。
圖2 系統簡易接線參考圖示
四、TS2600螺桿空壓機單變頻電控驅動系統方案優勢
（1）高整合一體化設計
集成空開、接觸器、繼電器等空壓機行業所應用的電氣控制元器件，無須另外布線及增加電氣元件，減少安裝時材料、人工等成本。
（2）120%重載長期穩定運行
針對空壓機行業這一特性，TS系列配置重載型變頻控制單元；長期過載能力為額定值的120%，更加符合空壓機實際的工作狀況。
（3）適合空壓機特性的四級PID設定
合理的設定三段過程壓力和持續時間，避免氣壓超調，兼顧氣壓快速響應調整，從而精準的控制氣壓。
（4）油溫控制系統
系統包含有油溫控制系統，根據反饋溫度和設置的啟停溫度值，控制油冷風機的啟停，保持系統油溫正常，當油溫異常時，系統會自動停機報警，保護系統安全。
（5）LCD專用操作控制面板、時鐘顯示、多級密碼保護
LCD專用操作控制面板可直接設置變頻單元的相關參數、壓力、溫度控制參數，實時監控空壓機運行狀態，最多可記錄八組故障記錄，方便診斷空壓機各項運行數據。
（6）安裝、調試、維護方便
TS電控柜省去了常用的變壓器、繼電器等二次回路電氣設備，以及銅排、線纜、端子等輔材，既減少了安裝工時，提高了生產效率，降低了裝配故障率，也使得調試時間大大減少；
（7）其他特色功能：
Ø 壓力、溫度等信號通過液晶界面一體化設置、檢測；
Ø 空濾、油濾芯更換周期，保養時間等獨立設定；
Ø 系統提供多級密碼保護，可防止非法操作導致系統故障；
Ø 操作面板監控所有的運行參數，豐富的預警、保護功能；
Ø 提供一路獨立485通訊接口，作為遠程監控(可參考遠程監控方案部分)及控制使用或作為多臺空壓機組網（TS系列）使用；
Ø 具有實時時鐘功能，可顯示當前時間并記錄故障發生時間，方便維護及查詢；
Ø 具有自動休眠功能，有利于節能，降低設備磨損。
五、結束語
變頻螺桿空壓機市場正在不斷擴大，到2015年，我國的空壓機市場容量將超過300億元，國內的變頻螺桿機正在經歷普及的過程，變螺桿機雖然初始投資大，但是回報率高。隨著政府的節能減排力度的加大，客戶節能意識的提高，可以預見，變頻螺桿空壓機的成長性高、未來市場容量龐大。
在競爭激勵的空壓機市場中，企業能否有效的提高生產效率、工藝、節能降耗從而降低生產成本，已經成了企業能否生存發展的重要因素。TS2600系列螺桿空壓機單變頻電控驅動系統自推向市場以來，一體化整合設計極大的提高廠家的生產效率，高性能重載型矢量變頻驅動系統既保證了空壓機系統運行穩定，也最大限度為客戶節省能源和降低維護成本，獲得了配套廠商和終端用戶的一致好評。
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