空压机的变频节能改造方案
一、 系统工况介绍
（一） 空压机的工作原理
空压机是由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿横之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由输入侧输送至输出侧，实现螺杆或空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽也嘴阳转子的齿被主电机驱动而旋转。
（二） 空压机的系统控制
空压机主电机运行方式为星一角降压启动原全压运行。具体操作程序为：按下启动按钮，控制系统接过启动线圈并断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气发处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气的分离器内的压力。等降压n秒（由时间继电器控制）后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上限止，即起跳压力，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，压缩机空载运行，直到系统压力降到压力开关下限值后，即回跳压力，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。
（三） 原系统工频状况下存在的问题
1、 主电机虽然是星—角降压启动，但启动的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其他用电设备的安全。
2、 电机常空载运行属非经济运行，电能浪费极大。
3、 电机工频运行至使空压机运时噪声很大。
4、 电机工频启动设备的冲击很大，电机轴承的磨损很大，所以设备维护工作量大，成本高。
二、 空压机的系统节能分析
在管道供气系统中，最基本的控制对象是流量，供气系统的基本任务，就是要满足用气流量的要求，目前，常见的气体流量控制方式有：加载、卸载供气控制方式或转速控制方式两种。
1、 加载、卸载供气控制
加载卸载供气控制方式即进气阀开关控制方式。即压力达到上限，上限开关关闭，压缩机进入轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进入满载运行。
由于空压机不能排除在满负荷下长期运行的可能性，所以只能按照最大需要来决定电动机的容量，设计余量一般偏大。由于一般空压机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费严重。
经常卸载或加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力延长雅座机的使用寿命。空压机的有些调节方式（如调节气门或调节卸载的方式）即使在需要流量较小的情况下，电机功率下降的幅度比较小。
2、 转速控制
即通过改变空压机的转速来调节流量（压力），而阀门开度保持不变（一般保持最大开度），当空压机转速改变时，供气系统的扬程特性随之改变，而管阻特性不变。
在这种控制方式下，通过变频技术改变空压机的转速，空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变，达到真正的供需平衡，在节能的同时，也可使整个系统达到最佳工作效率。变频器基于交—直—交电源变换原理，可根据控制对象的需要输出频率连续可调的交流电压。电动机的转速与电源频率成正比。因此用变频器输出频率可调的交流电压作为空压机电动机的电源电压，可方便的改变空压机的转速。
三、 空压机系统的节能原理
采用变频技术控制空压机的转速以达到节能，是一种较为科学的控制方法。根据空压机的运行特性如：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
式中Q1—空压机供给管网风量
H—管网压力
P—电机消耗功率
N—空压机转速
由上式可知，当电机转速降至额定转速的80%，则空压机供给管网的风量降为80%，管网压力降为（80%）2，电机消耗功率则为（80%）3，即51.2%,去除电机机械损耗或电机铜铁损耗等影响,节能效率也接近40%,这就是变频调速节能的原理所在。
长期实践证明，在供气系统接入变频节能系统，利用变频技术改变空压机转速来调节管网中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的效果，一般节电率都在30%以上。另外，变频器的软启动功能及平滑调速的特点，可实现对流量的平稳调节，同时减少启动冲击并延长机组及管组的使用寿命。
四、恒压供气控制方案的设计
由变频器、压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统，使出气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。反馈压力与设定压力进行PI比较运算，实时控制变频输出使出气罐压力稳定在设定压力上。
在供气系统中，出气罐中的气压能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系：
若供气流量>用气流量——储气罐压力上升
若供气流量<用气流量——储气罐压力下降
若供气流量=用气流量——储气罐压力不变
所以，保持管道中气压恒定，就可以保证该处供气能力恰好满足用气需求，这就是恒压供气系统所要达到的目的。
空压机采用变频调速技术进行恒压供气控制原理框图：
变频调速系统将管网压力作为控制对象，装在储气罐出口的压力变送器将储气罐的压力转变为电信号送给变频器内部的PID调节器，与压力给定值进行比较，根据差值的大小按既定的PID模式进行运算，产生控制信号去控制变频器输出电压和逆变频率，调节电动机转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。另外，采用该方案后空压机电定级从静止到稳定速度可由变频器实现软启动，避免了启动时大电流或启动给空压机带来的机械冲击。
工频/变频电气控制图
五、（1）空压机配37kw电机，风量在80%——60%之间变化，使电机全速供气良Qn，空载损耗0.1（Y0 cosnt）每天总共风量为60%Qn，则全速Pp=（37－37×0.1）Kw=33.3Kw.
变频恒压时,每小时须功率Pm2=(3.3＋37×60%)Kw=25.5Kw
节电的功率:Pj=(33.3－25.5)Kw=7.8Kw,如果电费按0.7元/度
每年可节约：7.8Kw×24h×0.7×300=39312元
（2）空压机配22kw电机，风量在80%——60%之间变化，使电机全速供气良Qn，空载损耗0.1（Y0 cosnt）每天总共风量为60%Qn，则全速Pp=（2.2－22×0.1）Kw=19.8Kw.
变频恒压时,每小时须功率Pm2=(2.2＋22×60%)Kw=15.4Kw
节电的功率:Pj=(19.8－15.4)Kw=4.4Kw,如果电费按0.7元/度
每年可节约：4.4Kw×24h×0.7×300=22176元
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