一.引言

螺桿空氣壓縮機是提供壓縮空氣的設備，其電動機的容量較大，且常年連續運行，一般空壓機的用電成本占到使用成本的百分之七十以上。因為生產情況的變化，工人的交替，使得用氣量的不確定性，空壓機易出現頻繁加載卸載，造成能源的浪費。當變頻器和空壓機配套使用后，空壓機的供氣壓力會更穩定，減少卸載時間，節約生產成本。

二.空壓機改造前運行情況

合康變頻經節能改造客戶邀請，對河南濮耐集團有限公司四臺空壓機組成的空壓機管網進行節能改造。濮耐股份是國內最大的鋼鐵行業耐火材料制品供應商，此次改造的空壓機站共由4臺空壓機組成，分別為一臺250kW英格索蘭和三臺110kW壽力螺桿式空壓機。

設備改造前，四臺空壓機全部工作在工頻狀態。壓力采用兩點式控制（上、下限控制），也就是當空壓機氣缸內壓力達到設定值上限時，空壓機通過本身的油壓關閉進氣閥，當壓力下降到設定值下限時，空壓機打開進氣閥。這樣就導致空壓機頻繁的卸載和加載，經常是晚班用氣量少，而空壓機全速運行，此時這部分電能被白白地浪費。因此對螺桿空壓機進行改造，使其節能、提高設備穩定性、減少維護成本、降低噪音污染是非常有必要的。

三.變頻節能改造方案設計要求 

根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，空壓機改造后系統需滿足以下要求：

1.    能根據實際生產的用氣量調節空壓機產氣量，既能滿足生產要求，同時又降低能耗。

2.    系統有變頻和工頻兩套控制回路，并在空壓機出現故障時，能有效控制空壓機漏油問題。 

3.   原有系統采用變頻器進行調速后，不能改動空壓機原來的主回路以及二次回路的控制方式。

4.     降低運行噪音，特別在啟動時和滿負載運行時，噪聲要明顯減小。

四.空壓機變頻改造實施方案 

空壓機的主電動機是250kW的電動機，額定電流450A，合康變頻技術人員根據現場實際情況，提供一臺HID600A系列高性能變頻器來控制空壓機，通過遠傳壓力表來反饋儲氣罐的壓力，當反饋壓力高于生產需求壓力時，變頻器降頻運行，直至設置的下限頻率，當下限頻率持續運行300S后，變頻休眠；當反饋壓力低于需求壓力時，變頻器頻率上升，空壓機加載運行。電氣系統采用工變頻旁路設計，當變頻器出現故障時，可以通過旋轉工變頻旁路開關切換到原有工頻運行，提高系統的穩定性。其電氣主回路圖如下:

改造前的主電動機一直全速運行，在運行的過程中，氣壓是一直往上升的（就算生產工藝不需要那么大壓力），當儲氣罐壓力一直上升到上限壓力，這時空壓機才會停止加載。通常在設置這個參數值的時候，一般會綜合考慮設備的使用率和生產工藝的需要，上限值一般會設置比實際需要值大2bar的壓力作為上限，排氣壓力升高會對功率消耗產生影響，壓力每升高1bar消耗功率增加6%左右。

在采用變頻器PID恒壓控制系統后，變頻調速系統將管網壓力作為控制對象，裝在儲氣罐的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變為電信號傳給控制器內部的PID調節器，與壓力給定值進行比較，并根據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設定壓力，從而得到恒定的氣壓。

合康變頻器針對主電動機啟動時對電流、設備的沖擊，使用優化后的SPWM算法，使電動機平穩啟動，同時增加啟動力矩，還減少沖擊電流對其他設備的干擾；在加速過程采用了先進的多點加速曲線，減少因快速啟動對機頭的軸承和主螺桿的磨損，可以大大地增加設備的使用壽命及機械設備的維護周期。另外，如果變頻器一旦出現故障，生產工藝不允許空氣壓縮機停機，因此，系統設置了工頻與變頻切換功能，這樣當變頻器出現故障時，電源通過工頻接觸器直接供電，使空壓機能照常工作。

五.節能效果

250kW的普通機組，一年運行8759小時，其中加載時間2442小時，卸載時間6317小時，電費以0.7元/度計算。

1、空載損耗：

卸載時間×卸載時所產生的空載電流損耗（1.732×0.38×175×0.85）×6317小時/年=618442度電；但考慮到螺桿空壓機在低頻時能保證潤滑不漏油，一般需將變頻下限頻率設為30Hz，其變頻節約電量為：618442×40%=247377度。

2、壓差損耗：

加載時間×高出1bar壓差所帶來的損耗0.6×7%×250kW×2442小時/年=25641度。

綜上所述，變頻機組較普通機組節能247377+25641=273018度電。

年節約電費273018×0.7元/度=191111元。

六.系統改造中應注意的問題

1、螺桿機組不能反向運轉，改造時必須注意電機運行方向。 

2、將加載壓力調到與設定壓力相等（因變頻器設有下限頻率），這樣防止在卸載狀態下變頻器加速作無用功。 

3、需注意電動機的散熱問題，電動機采用變頻進行調速后，轉速降低，其電機風扇的散熱效果也要降低。 

4、需注意空壓機的潤滑問題，空壓機的轉速越低，潤滑油的耗量也就越小，其潤滑效果越差。  

5、系統壓力設定問題在滿足生產工藝的要求下，壓力設定越低越好，因為空壓機的排氣壓力越高，所需的電機軸功率越大，電機耗電也就越多。

七.小結

合康HID600A系列高性能矢量變頻器在空壓機節能改造上運行良好，有效降低了空壓機運行的耗電量，提高了系統穩定性，減少了維護成本。螺桿空壓機作為長期提供生產動力源的壓縮設備，其變頻節能改造市場前景可觀，合康變頻器在空壓機上的節能改造值得廣泛推廣和使用。