顾健

摘要：本文汇集了传统空压机变频器改造中应注意的几个问题，通过空压机的变频改造，做到既能满足生产工艺的要求，又能达到节能降耗的目的。

关键词：变频器；空气压缩机；节能降耗

空压机是很多企业常用设备之一。据统计，在工业生产中空压机的用电量占全部用电设备的9%，传统的空压机主要采用三相异步电动机Y-Δ启动方式，工频恒速运行，压力和流量的调节靠阀门和旁通完成。由于工业设计时压缩空气供应系统必须按工厂负荷最大时设计，并且留10%～20%设计余量，空压机正常不会运行在满负载状态下，而是随着实际生产的需求波动，所以节能的空间很大。为了使空压机能够提供较稳定的压力及运转模式，也为了节约能源，可以设计不同的控制方式。变频调速技术，作为一项节能手段，在风机、水泵等设备的技改中得到广泛使用，可大大降低企业的生产成本。根据具体情况，风机、水泵等设备采用变频调速后，节电率在20%～40%范围内，通常1～2年内可收回变频器及其他安装等附加费用等投资。

空压机的种类有很多，有活塞式空压机、螺杆式空压机、离心式空压机，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。该供气控制方式虽然原理简单、操作简便，但存在能耗高，进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题。变频器则是改变了传统空压机的工作原理，它采用的是：以软启动、消除谐波干扰、无功补偿等功能及平滑变频调速的特点对流量压力进行平稳的调节，用改变电动机的转速来取代阀门调节的供气方式，使其与流量、压力与其功率相匹配。空压机系统采用变频器控制空压机的转速从而达到节能是一种较为科学的节能控制方式。当电机转速降至额定转速的80%时，则空压机供给管网流量降为80%，管网压力降为（80%）平方，电机消耗功率则降为80%的立方，即节能为51.2%，扣除电机机械损耗和电机铜损、铁损等，其节能效率在40%左右。正因为变频调速的这些优点，许多生产企业在空压机的技改中首选方案就是加装变频器。殊不知，不恰当的使用变频器不仅不能达到节能的目的，还有可能造成空压设备的严重损坏，造成不必要的损失和浪费。根据这几年的监测情况对原有空压机进行节能改造应注意的问题归纳如下：

一、空压机的节能改造必须考虑符合GB/T16665-1996标准要求

无论是活塞式空压机、螺杆式空压机、离心式空压机在设备出厂时其性能指标均能达到GB/T16665-1996的指标要求，使用者在使用过程中只要严格按照使用说明正常维护其设备的运行指标均完全能符合GB/T16665-1966的指标要求。但如果不针对不同机型，盲木套用，一装了事，满频（50Hz）或低频（20Hz及以下），其运行指标远远偏离GB/T16665-1996指标要求，造成节能监测不合格。不仅达不到节能的目的，而且严重危及生产和设备安全，甚至造成空压设备严重损坏。

二、变频器的选用

由于空压机是大转动惯量负载，启动时，很容易引起变频器出现过流保护动作。因此，应选用无速度传感器矢量变频器，既能保证机组工作的连续性，又能保证设备稳定可靠的运行；一般往复式压缩机在工作中，压缩机利用曲轴将电机的旋转运动转化为往复式运动，转矩随着曲轴的角度而改变，在这种情况下，电动机的电流随负载的变化而产生较大的波动。所以，目前对往复式压缩机存在的这些问题限制了变频技术在压缩机的推广应用，其中最严重的是低速范围内的转矩和转速波动及由此带来的低频噪声和震动等问题。不推荐用变转矩的变频。同时功率选用比空压机功率大一等级的变频器，以免空压机启动出现频繁跳闸的情况，也便于日后的系统工况扩展。为了有效的滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减少因高次谐波引起的电磁干扰，选用输出交流电抗器，还可以减少电机运行的噪音，提高电机的稳定性；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。控制线信号线采用屏蔽缆线，布线时要和动力电路分开，防止干扰引入电机变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±0.02Mpa。

三、空压机不允许长时间在低频下运行

由于转速过低，其工作稳定性差，压缩机的缸体的润滑变差，会加重机械磨损，效率下降。一般情况下不低于20Hz为佳；如活塞式空压机、螺杆式空压机，转速太慢时，不但会影响工作效率，也会因电机转速太慢造成油压过低而油压报警及跳闸停机，为使其不会由于油压低报警，同时由于转速较低，大部分的原有空压机电机为普通电动机是设计成为电网直接运行的，而电网电压波形基本为正弦波，如果变频器输出波形质量不好的话，会对电动机产生不良影响。因此变频器参数中“最低输出频率”值的设置十分重要，设置过低会影响其正常工作，设置过高又影响节电效果，根据实际运行的情况来看“最低输出频率”设置在30Hz较为适宜。在实际技改过程中，相对于传统的空压机而言，购买先进的变频速度控制的新型空压机产品在购买成本上付出的多余部分将在使用一到两年后从电能节省中获得相应回报。

有资料显示，在满载情况下，安装变频器的空压机耗电将超过4%（为变频器本身的损耗），当空压机长期工作在满载情况下时没必要安装变频器。在空压机多机应用中，传统的控制压力或出气量的方法是将多台空压机全部运行，并通过加载和卸载来调节，最终达到压力或出气量的控制要求。显然，所有的空压机都是在全速运行，耗电严重且控制频繁，尤其是在加一台太多但减一台又太少的情况下。因此，对于多机进行变频控制是非常理想的。如果空气压力要求高或出气量不高，只需要一台空压机工作即可，这时变频空压机便通过调节电机转速来达到要求；当变频空压机电机的频率达到50Hz其出气量仍无法满足要求时，便要求加入1台常规（即工频供电）空压机进行运行，变频空压机则通过速度调节来满足要求；当变频空压机电机的频率再次达到50Hz仍无法满足要求时，则需要加入2台常规空压机来进行运行，变频空压机则通过速度调节来满足出气量或压力要求。反之，当压力或出气量太富余时，则要求减去相应的常规空压机。

在空压机的变频改造过程中还会遇到如电机过热、谐波治理等其他问题，但变频调速技术作为一项节能手段在空压机系统的应用无疑是一个很好的方法，可大大降低企业的生产成本，降低生产设备的故障率，延长设备的使用寿命，产生较好的经济效益。