摘要：螺桿式空壓機是目前空壓機市場上的主要機種，市場占有率很高，具有結構簡單、可靠性高、使用壽命長、維修方便等特點。在空壓機系統(tǒng)中引入變頻器的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)恒壓供氣，可以有效地提高空壓機的供氣質量、減少電能消耗及延長部件和整機的使用壽命。本文以某空壓機生產廠家為例介紹奧卓爾QD800系列變頻器在空壓機行業(yè)的控制方法和優(yōu)勢。

一、  螺桿式空壓機及其傳統(tǒng)的控制方式介紹

螺桿式空壓機取代易損件多、可靠性差的活塞式空壓機，已經成為必然趨勢。目前西方發(fā)達國家螺桿空壓機市場占有率為80%，并持續(xù)保持上升趨勢。

空壓機系統(tǒng)傳統(tǒng)的控制方式一般由電機運行控制和加卸載供氣控制方式組成。電機運行控制依靠接觸器和斷開和吸合來實現(xiàn)。加、卸載供氣控制方式為進氣閥開關控制方式，即壓力達到上限時關閥，壓縮機空載運行；壓力抵達下限時開閥，壓縮機加載運行。空氣壓縮機的排氣量和壓力，在運轉中是不斷變化的，常因工況變化導致用氣量變化，所以空氣壓縮機工作時總是在重復滿載－卸荷工作方式。滿載時的工作電流接近電動機的額定電流，卸荷時的空轉電流約為30-50％電動機額定電流。

這樣的工作方式必然產生出諸多弊端，如：

1.起動電流很大：對電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設備的產生巨大的沖擊；

2.機械沖擊很大：電動機及壓縮機經常的啟停，對于機械部件和氣路及元器件沖擊很大，增加空壓機和供氣系統(tǒng)的維護工作和成本，同時影響系統(tǒng)的使用壽命；

3.無法做到恒壓供氣：經常卸載和加載的方法來調節(jié).這樣使整個氣網(wǎng)壓力經常變化,不能保持恒定的供氣壓力，在一定程度上間接的影響了產品生產質量；

4.能耗浪費嚴重：卸載時電機在工頻下空載運行，加載時因為壓力上限值的原因，電機要在超出系統(tǒng)壓力的水平的負載水平上運行，因此這兩個工作狀態(tài)都會對產生能源的浪費，而當供氣需求變化較大時，產生的浪費尤為明顯。據(jù)有關資料統(tǒng)計顯示，空壓機負載率平均僅為60%。 

二、  變頻調速和恒壓供氣

針對傳統(tǒng)供氣控制方式存在的諸多問題，越來越多的空壓機廠商開始應用變頻調速技術進行恒壓供氣控制。

采用恒壓供氣方案時，一般以管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器將儲氣罐的壓力P轉變?yōu)殡娦盘査徒o空壓機控制器，控制器將采集來的壓力與壓力設定值作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號送至變頻器，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力始終接近設定壓力。

這樣的工作模式可以顯著地提高壓縮空氣質量和電能的利用率。同時，采用該方案后，有以下優(yōu)勢：

1.有功節(jié)電：由于空壓機工作的特殊性，在電機轉速降低的情況下，有功節(jié)電（有功節(jié)電的意義在于可以直接節(jié)約電費開支，降低生產成本）明顯，另外大大減小了壓縮氣體通過卸荷閥的能量損耗。

2.平穩(wěn)的重載啟動：QD800系列變頻器具有優(yōu)異的矢量控制性能，低頻響應好，加上功率裕量大，完全可以滿足甚至勝任低頻運轉時的轉矩需求。因此完全適用于“重載啟動”。

3.降低噪音：可以減少電機運行的噪聲，改善生產作業(yè)環(huán)境。

4.優(yōu)越的軟啟動、軟停止特性：QD800變頻器的啟動、停止時間是任意可調的（0～10min），也就是說啟動時的加速度和停車時的減速度是任意可調的，所以啟動、停止平穩(wěn)無沖擊，從而延長了空壓機使用壽命。

5.降低故障率：采用變頻器調速系統(tǒng)，可以大大減少閥門的開啟關閉次數(shù)，從而減少了系統(tǒng)因閥門的頻繁開啟閉合引起機械磨損而造成的故障。 

三、  變頻調速恒壓供氣原理

流量是供氣系統(tǒng)的基本控制對象，供氣流量需要隨時滿足用氣流量。在供氣系統(tǒng)中，儲氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣需求之間的關系：

若供氣流量 > 用氣流量   →   儲氣管氣壓上升

若供氣流量 < 用氣流量   →   儲氣管氣壓下降

若供氣流量 = 用氣流量   →   儲氣管氣壓不變

所以，保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣需求，這就是恒壓供氣系統(tǒng)所要達到的目的。

空氣壓縮機采用變頻調速技術進行恒壓供氣控制時，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

 圖1：恒壓供氣系統(tǒng)原理圖

變頻調速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象，裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變?yōu)殡娦盘査徒o變頻器內部的PID調節(jié)器，與壓力給定值進行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調整電動機的轉速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。

另外，采用該方案后，空氣壓縮機電動機從靜止到穩(wěn)定轉速可由變頻器實現(xiàn)軟啟動，避免了啟動時的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械沖擊。正常情況下，空氣壓縮機在變頻器調速控制方式下工作。變頻器一旦出現(xiàn)故障，生產工藝不允許空氣壓縮機停機，因此，系統(tǒng)設置了工頻與變頻切換功能，這樣當變頻器出現(xiàn)故障時，可由工頻電源通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機照常工作。

整個控制過程如下：

用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設定值與返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機電機轉速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨于穩(wěn)定。

圖2：工變頻方案供氣壓力對比圖

四、  空壓機使用變頻器時應注意事項

1.保證啟動力矩：空壓機是大轉動慣量負載，這種啟動特點就很容易引起V/F控制方式的變頻器在啟動時出現(xiàn)跳過流保護的情況，建議選用具有高啟動轉矩的無速度傳感器矢量變頻器，保證即能實現(xiàn)恒壓供氣連續(xù)性，又保證設備可靠穩(wěn)定的運行；

2.設置頻率下限：空壓機不允許長時間在低頻下運行，當空壓機的轉速過低，一方面將使空壓機的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤滑變差，會加快磨損，所以工作的下限頻率應不低于20Hz；

3.選配交直流電抗器：選配直流電抗器可有效提高網(wǎng)側功率因數(shù)，降低線損；選配輸出交流電抗器可有效濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的電磁干擾，還可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動機的穩(wěn)定性。大功率電機建議選配輸出交流電抗器。

五、  變頻器控制方式說明

5.1、變頻空壓機系統(tǒng)接線方案

圖3：變頻器推薦接線圖

5.2、系統(tǒng)調試步驟

5.2.1主變頻調試

第一步：按照系統(tǒng)接線圖接線，并檢查接線是否正確。調試前務必檢查接線正確及把地線接好（變頻地和外殼地連好）；

注：頻率給定信號為4~20mA電流信號，相應的模擬量輸入端口選擇電流信號。

第二步：首先F05.01=1,恢復出廠設置，輸入電機參數(shù)，進行電機參數(shù)自辨識。

注：一定要按照電機銘牌設置電機參數(shù)，以保證變頻器矢量控制性能。

第三步：根據(jù)實際要求設置變頻器參數(shù)。

5.2.2 變頻器參數(shù)表 給出了一份參數(shù)設置表，可作參考。

第四步：按QUICK/JOG鍵，點動看方向，如果方向不正確，更改電機接線。

第五步: 試運行，查看整個運行過程中空壓機是否運行平穩(wěn)，輸出電流電壓是否正常。

5.2.2變頻器參數(shù)表                                           

變頻器調制參數(shù)，見表1 變頻器參數(shù)表：

六、結束語

奧卓爾QD800系列變頻器在螺桿式空壓機上的應用，相比于工頻運行模式，有著得天獨厚的優(yōu)勢。同時由于變頻器優(yōu)異的控制性能，在低頻力矩、變頻器自保護、負載突變轉矩響應方面的表現(xiàn)也堪稱完美。工頻切換回路的保留也給了系統(tǒng)更靈活的配置選擇。