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[摘 要]安阳卷烟厂动力车间能管中心共有四台空压机，一台132KW和三台250KW，全厂正常生产只需要开一大一小就符合制丝和卷包车间生产要求，制丝车间停产后，一台132KW就可以满足，在卷包车间需求量不稳定时，有软起控制的空压机会频繁卸载，浪费电能，产生噪音。通过变频控制电机运转速度，供气流量随用气流量改变，从而达到节约电能、降低噪声目的。
[关键词]变频器 空压机 转速
中图分类号：TK53.59 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）04-0407-01
一、改造前现状
（一）机组状况：安阳卷烟厂动力车间能管中心共有4台英格索兰空压机，1号空压机主驱动额定功率为132KW、额定排气量为21.4m3/min；2-4号空压机主驱动额定功率为250KW、额定排气量为32.6m3/min。在全厂正常生产的情况下，只需开启一台250KW和一台132KW的空压机即可满足生产需要。当制丝线停产后（如三班生产），一般仅开1号空压机（132KW）即可满足卷包车间的生产需要。根据卷包车间机台运行数量的不同，对空压气的需求量一般在10～16 m3/min之间，当供气量过大时，空压机就转换为卸载工作状态，压缩机空载运行，直到系统压力下降到设定的压力下限值后，控制器使进气阀打开，油气分离器泄气阀关闭，压缩机满载运行。当PLC发出停止信号后，控制系统断开控制器线圈，空压机停止运行。
（二）空压机：132KW的空压机组采用的是螺杆式空压机，即由一对相互平行啮合的阴阳转子在气缸内转动，使转子齿槽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吸入侧输送至输出侧，实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机配备的主电机为LS315MP-T型132KW异步电机，额定电流为265A，自冷却。
（三）冷却系统：132KW的空压机组现在拥有一套油冷却系统和一套水冷凝系统。油冷却系统是由和空压机同轴连接的油泵为空压机提供关键部件的润滑、冷却，并为进气阀开关提供需要的油压。水冷凝系统是由外部提供的冷却水对空压机组进行冷却。
（四）空压机当前运行方式：空压机拖动电机的当前运行方式为软启动方式，通过PLC控制软启动器的启动、停止。供气系统具体工作流程为：当PLC发出启动信号后，控制系统接通启动器线圈，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而泄气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压5秒后空压机开始加载运行，这时进气阀处于打开位置，而泄气阀关闭，系统压力开始上升。如果系统压力上升到设定的压力上限值，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气。
二、改造原因
（一）空压机压力带宽设置偏高：由于空压机只能通过加卸载来调节压力，为了能够满足生产用气的最低要求，空压机的压力带普遍设置偏高。根据调查，绝大部分用户都会将压力带设置提供1bar（1bar=0.1MPa，下同）以上，也即是相当于系统存在了接近1bar的压力浪费。根据经验可知，压力每升高1bar，会增加至少7%的能源消耗。
（二）空压机存在频繁加卸载现象：机组频繁加卸载直接导致进气系统组件缩短使用寿命，间接导致机组其他部件如主机、主电动机负荷变化过于频繁，缩短寿命、特别是冷却器部件内部压力、换热交替，严重影响冷却器芯的使用寿命。
（三）空压机站房噪声明显：由于空压机长期处于较为频繁的加卸载调节状态，空压机大部分时间是处于空放状态，在这种状态下，空压机不断地泄放筒体压力，使得空压机站房的噪声明显。
（四）影响电网：主电机虽然采用软起动，但电机功率大，起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。主电机工频起动对机械设备的冲击大，影响空压机内部机械元件的使用寿命，增加了空压机的维护成本。
三、空压机系统变频节能原理
在供气系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变空压机转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的节能效果，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、节能改造方案
主驱动改为变频器（丹佛斯）控制，改变风扇电机为单独控制单元，使其不随变频器运行而改变其转速，专用的润滑油泵替代原机组的齿轮泵，保证机组润滑系统在调速改造后仍能够正常运作。空压机内部的风扇电动机电源和控制回路另外提供工频电源。
五、设计原则
根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，空压机变频改造后系统应满足以下要求：
（一）电机變频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.05Mpa；
（二）控制系统具有开环和闭环两套控制回路；
（三）根据空压机的工况要求，系统应保障电动机具有恒转矩运行特性；
（四）为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施；
（五）在用气量小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。
六、变频器的选型
（一） 根据上述原则，经过多方调研、比较，最后我们选择丹佛斯公司FC系列恒转矩矢量型变频器，使该系统能够满足上述工况要求；
（二）选用156KW的变频器控制132KW的电动机，在一定程度上满足了将来工况扩展要求。
七、改造方案系统说明
（一）控制回路部分：由PLC、变频器，压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统，自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制；
（二）在储气罐上安装一压力变送器，压力变送器把压力信号转化为的电流信号，传给PLC模拟量输入模块。PLC采集到压力信号后，经过智能PID计算出当前变频器应该输出频率值，然后通过PROFIBUS总线传给变频器的PROFIBUS模块来改变变频器的频率。变频器通过改变空压机主电机的转速来得到控制压力的目的。触摸屏通过与PLC通信读取变频器当前变频器的运行状态，如功率，扭矩等，同时变频器故障时可以报警提示，便于迅速判断故障。
（三）油冷却润滑系统：拆除原来由主电机驱动的油泵，增加一在工频下运行的独立油泵和电机，提供足量的油压和流量，确保空压机系统润滑和散热效果。
（四）电机冷却系统：原电机采用的是自冷式风冷系统，冷却风扇固定在电机轴上，风扇转速与电机转速一致，电机降频后风扇不能提供足够的风量，冷却效果不能满足电机要求。改造后在原来电机自冷却的基础上再增加一强冷风扇，保证主电机在低频运行时也能够很好的散热效果。
八、空压机变频改造后的预期效益
（一）降低运行成本，传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低44.3%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低，每年可节约电费7万余元；
（二）提高压力控制精度，变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量； （三）延长压缩机的使用寿命，变频器从0HZ起动压缩机，而且它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。
参考文献
[1] 宛如意，等.《空气压缩机系统的变频调速节能改造》变频器世界 2001-4.
[2] 方建国，等.《PI97G变频器在双螺杆空压机节能改造上的应用》变频器世界，2001-3.
[关键词]变频器 空压机 转速
中图分类号：TK53.59 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）04-0407-01
一、改造前现状
（一）机组状况：安阳卷烟厂动力车间能管中心共有4台英格索兰空压机，1号空压机主驱动额定功率为132KW、额定排气量为21.4m3/min；2-4号空压机主驱动额定功率为250KW、额定排气量为32.6m3/min。在全厂正常生产的情况下，只需开启一台250KW和一台132KW的空压机即可满足生产需要。当制丝线停产后（如三班生产），一般仅开1号空压机（132KW）即可满足卷包车间的生产需要。根据卷包车间机台运行数量的不同，对空压气的需求量一般在10～16 m3/min之间，当供气量过大时，空压机就转换为卸载工作状态，压缩机空载运行，直到系统压力下降到设定的压力下限值后，控制器使进气阀打开，油气分离器泄气阀关闭，压缩机满载运行。当PLC发出停止信号后，控制系统断开控制器线圈，空压机停止运行。
（二）空压机：132KW的空压机组采用的是螺杆式空压机，即由一对相互平行啮合的阴阳转子在气缸内转动，使转子齿槽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吸入侧输送至输出侧，实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机配备的主电机为LS315MP-T型132KW异步电机，额定电流为265A，自冷却。
（三）冷却系统：132KW的空压机组现在拥有一套油冷却系统和一套水冷凝系统。油冷却系统是由和空压机同轴连接的油泵为空压机提供关键部件的润滑、冷却，并为进气阀开关提供需要的油压。水冷凝系统是由外部提供的冷却水对空压机组进行冷却。
（四）空压机当前运行方式：空压机拖动电机的当前运行方式为软启动方式，通过PLC控制软启动器的启动、停止。供气系统具体工作流程为：当PLC发出启动信号后，控制系统接通启动器线圈，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而泄气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压5秒后空压机开始加载运行，这时进气阀处于打开位置，而泄气阀关闭，系统压力开始上升。如果系统压力上升到设定的压力上限值，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气。
二、改造原因
（一）空压机压力带宽设置偏高：由于空压机只能通过加卸载来调节压力，为了能够满足生产用气的最低要求，空压机的压力带普遍设置偏高。根据调查，绝大部分用户都会将压力带设置提供1bar（1bar=0.1MPa，下同）以上，也即是相当于系统存在了接近1bar的压力浪费。根据经验可知，压力每升高1bar，会增加至少7%的能源消耗。
（二）空压机存在频繁加卸载现象：机组频繁加卸载直接导致进气系统组件缩短使用寿命，间接导致机组其他部件如主机、主电动机负荷变化过于频繁，缩短寿命、特别是冷却器部件内部压力、换热交替，严重影响冷却器芯的使用寿命。
（三）空压机站房噪声明显：由于空压机长期处于较为频繁的加卸载调节状态，空压机大部分时间是处于空放状态，在这种状态下，空压机不断地泄放筒体压力，使得空压机站房的噪声明显。
（四）影响电网：主电机虽然采用软起动，但电机功率大，起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。主电机工频起动对机械设备的冲击大，影响空压机内部机械元件的使用寿命，增加了空压机的维护成本。
三、空压机系统变频节能原理
在供气系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变空压机转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的节能效果，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、节能改造方案
主驱动改为变频器（丹佛斯）控制，改变风扇电机为单独控制单元，使其不随变频器运行而改变其转速，专用的润滑油泵替代原机组的齿轮泵，保证机组润滑系统在调速改造后仍能够正常运作。空压机内部的风扇电动机电源和控制回路另外提供工频电源。
五、设计原则
根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，空压机变频改造后系统应满足以下要求：
（一）电机變频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.05Mpa；
（二）控制系统具有开环和闭环两套控制回路；
（三）根据空压机的工况要求，系统应保障电动机具有恒转矩运行特性；
（四）为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施；
（五）在用气量小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。
六、变频器的选型
（一） 根据上述原则，经过多方调研、比较，最后我们选择丹佛斯公司FC系列恒转矩矢量型变频器，使该系统能够满足上述工况要求；
（二）选用156KW的变频器控制132KW的电动机，在一定程度上满足了将来工况扩展要求。
七、改造方案系统说明
（一）控制回路部分：由PLC、变频器，压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统，自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制；
（二）在储气罐上安装一压力变送器，压力变送器把压力信号转化为的电流信号，传给PLC模拟量输入模块。PLC采集到压力信号后，经过智能PID计算出当前变频器应该输出频率值，然后通过PROFIBUS总线传给变频器的PROFIBUS模块来改变变频器的频率。变频器通过改变空压机主电机的转速来得到控制压力的目的。触摸屏通过与PLC通信读取变频器当前变频器的运行状态，如功率，扭矩等，同时变频器故障时可以报警提示，便于迅速判断故障。
（三）油冷却润滑系统：拆除原来由主电机驱动的油泵，增加一在工频下运行的独立油泵和电机，提供足量的油压和流量，确保空压机系统润滑和散热效果。
（四）电机冷却系统：原电机采用的是自冷式风冷系统，冷却风扇固定在电机轴上，风扇转速与电机转速一致，电机降频后风扇不能提供足够的风量，冷却效果不能满足电机要求。改造后在原来电机自冷却的基础上再增加一强冷风扇，保证主电机在低频运行时也能够很好的散热效果。
八、空压机变频改造后的预期效益
（一）降低运行成本，传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低44.3%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低，每年可节约电费7万余元；
（二）提高压力控制精度，变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在0.2bar范围内，有效地提高了工况的质量； （三）延长压缩机的使用寿命，变频器从0HZ起动压缩机，而且它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。
参考文献
[1] 宛如意，等.《空气压缩机系统的变频调速节能改造》变频器世界 2001-4.
[2] 方建国，等.《PI97G变频器在双螺杆空压机节能改造上的应用》变频器世界，2001-3.