螺杆式空气压缩机变频改造方案

1、螺杆式空气压缩机变频改造方案概述螺杆式空压机广泛地用于工业生产中，在其控制中采 用加载 -卸载阀来控制空压机的供气。由于用气设备的工作周期 或是生产工艺的差别， 使得用气量发生波动， 有时会造成空压机 频繁加载、卸载。空压机卸载后电机仍然工频运转，不仅浪费电 能而且增加设备的机械磨损； 空压机加载过程是突然加载， 也会 对设备和电网造成较大的冲击。 因此对空压机进行变频改造具有 改善电机的启动和运行方式、 减少设备的机械磨损、 在一定围节 约电能等效果。二、螺杆式空压机的工作原理 以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理，如图 1 所示为单螺杆空气压缩机的结构原理图。 螺杆式空气压缩机的工 作

2、过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在 壳体转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入， 同时也吸入机油， 由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排 气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小， 油气受到压缩； 当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时， 较高压力的油气混合气体排 出机体。图1单螺杆压缩机原理图CC三、压缩气供气系统组成及空压机控制原理、压缩气供气系统组成工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管路、阀门和用气设备组成。如图 2所示为压缩气供气 系统组成示意图。图3压缩气需气系翳组两示盍、空气压缩机的控制原理在工厂的空气压缩机控制系统中，普

3、遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大， 储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生 压缩气。如果后端用气设备停止用气， 后端管路和储气罐中压缩 气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时， 压力控制器发出卸 载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。图3为某品牌空气压缩机的系统原理图。圈3輛脾空气压缩机系统厘理四、螺杆式空气压缩机变频改造、空压机工频运行和变频运行的比较空压

4、机电机功率一般较大，启动方式多采用空载（卸载）星-三角启动，加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流，加载和卸载时对设备机械冲击较大； 不 光引起电源电压波动，也会使压缩气源产生较大的波动； 同时这 种运行方式还会加速设备的磨损，降低设备的使用年限。对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停， 减小启动冲 击，延长设备使用年限；同时由于电机运行频率可变，实现了空 压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，使得供气系统气压维持恒定， 在一定程度上节约了电 冃能。、空压机主电路和控制电路的变频改造以某品牌空压机为例，图 4是其电路原理图。可以看出该

5、品牌型号的空压机采用星-三角启动方式，在其控制电路上有加 载继电器。在主电路改造时，将变频器串接进原有的电源进线中; 并适当修改控制回路，实现变频器的启停。I 0 ITrriinn1 M I jin I I n | Illi I HI iiii岡4耗髀空压机电气冨、空压机变频改造后的启动和运行方式空压机变频改造后，电机启动时原有的交流接触器仍然由 其控制PLC按星-三角方式动作，但在交流接触器连接为星型时， 角形交流接触器的常开触点没有闭合，变频器不启动、无输出； 当PLC控制交流接触器转换为三角形接法后，变频器开始空载变 频启动电机。当变频器启动电机完成后，变频器自动变频运行。五、螺杆式空气

6、压缩机变频改造后的工频运行在考虑变频器发生故障或是检修时，空压机能按原有的工 频控制方式运行，这保证了空压机在变频和工频状态下都可以运 行，也使得改造时可以不用重新编写 PLC程序，为此增加了一套 工频、变频自由切换电路，以方便系统的切换。1IIO o o压力控制器r-1停止p対ISU六、螺杆式空气压缩机变频改造节能分析如式1所示拉力F与摩擦力F'大小相等、方向相反，拉力F在时间T拉动物体做直线运动，移动位移S。拉力F在时间T作的功率P为JjyP 二二 F'v （式）T T由数学知识可知线速度v和旋转角速度3之间的关系如式2所示,式中f为旋转体的旋转频率。¥二血尸二2

7、切价（式2）将式2代入式1可以求得旋转物体摩擦阻力功率如式3所示P = F5 = F3 = F2 新式刃由式3可以知道，克服旋转体的摩擦阻力使旋转体匀速转动 需要向旋转体提供的功率按式 3公式计算（忽略机械效率损失， 认为n为1 ）。式3中F'为旋转体的旋转摩擦阻力，r为旋转 体的旋转半径，f为旋转体的旋转频率。所以我们可以在忽略空 气压缩机机械效率损失，同时忽略空压机机械效率因为电机转速 变化而变化的情况下，即始终认为空压机机械效率n为1,可以近似地认为变频器的输出功率与空压机电机的转速成正比，即成一次方正比例关系。Pl/nl-P2/n2Q圉?空压机工顎转速型率周期汞鳶图,功率4Jm

8、11111111皿运行时间ffil S空压机变頻转速助率-周期示意图如图7所示是螺杆式空压机工频运行时的转速 /功率-周期 示意图。t1是空压机加栽运行时间，t2是空压机卸栽运行时间， 加栽/卸栽时的转速和功率分别为 P1/n1和P2/n2。忽略空压机 机械效率n的变化，W1和W2分别为空压机加栽运行时间 t1和 卸栽运行时间t2中由电源输送给空压机电机的能量。其中W1转换为压缩空气势能、动能和热能等形式的能量，供设备使用。而 W2则转换为机械的摩擦热能和声音、震动等形式的能量损失掉。所以螺杆式空压机经过变频改造后，由于电机处于变速运行情况下，而通过式3的推导知道电机的平均功率与电机的平均转 速成一次方正比例关系。空压机变频改造后，是根据用气系统的用气量恒压变流供气；所以变频改造后，空压机在周期T（t1+t2