摘要：本文介紹了四方TS2600螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在螺桿空壓機(jī)上的成功應(yīng)用。該方案采用一體化整合設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的變頻器、操作面板、控制端子、變壓器、接觸器及端子等集成于一體，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可最大限度為客戶節(jié)省能源，并降低維護(hù)成本。

關(guān)鍵字：TS2600；變頻；螺桿空壓機(jī)

一、引言

螺桿空壓機(jī)在冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，是許多工藝流程中的核心設(shè)備，其裝機(jī)容量一般取決于生產(chǎn)所需的最大氣量并另外增加10%~20%的余量。由于生產(chǎn)中用氣量的不均衡，當(dāng)氣體壓力達(dá)到一定值時(shí)，空壓機(jī)一般采用卸荷空載運(yùn)行或者停止空氣壓縮機(jī)這兩種方式，其中卸荷空載運(yùn)行時(shí)的用電量為滿負(fù)載的30%~60%，這部分電能被白白的浪費(fèi)掉，而停止空氣壓縮機(jī)運(yùn)行會(huì)帶來電動(dòng)機(jī)的頻繁啟停，對(duì)電網(wǎng)及其他設(shè)備的沖擊較大，同時(shí)空氣壓縮機(jī)的壽命也會(huì)縮短。

另調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全國各類電動(dòng)機(jī)耗電量約占全國發(fā)電量的70%，其中80%為異步電動(dòng)機(jī)，而且大多數(shù)電動(dòng)機(jī)長時(shí)間處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，特別是風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的電機(jī)。若在此類負(fù)載上使用變頻調(diào)速裝置，其耗電量將大幅降低。以空壓機(jī)為例，其負(fù)載特性屬恒轉(zhuǎn)矩，其節(jié)電率N%=Δn↓%，即節(jié)電率等于轉(zhuǎn)速下降的百分?jǐn)?shù)（一般在20%左右，轉(zhuǎn)速也不能過低，過低會(huì)加速機(jī)械的磨損）。

因此，如何設(shè)計(jì)出節(jié)能、穩(wěn)定和自動(dòng)化程度高的控制方案，是空壓機(jī)使用及制造企業(yè)所面臨的首要問題。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)逐步引入了空壓機(jī)領(lǐng)域，通過大量的應(yīng)用案例及實(shí)測(cè)印證該方案具有運(yùn)行壓力穩(wěn)定、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、運(yùn)行安全、在一定范圍內(nèi)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

二、變頻螺桿空壓機(jī)的優(yōu)勢(shì)分析

傳統(tǒng)螺桿式空壓機(jī)工頻控制的技術(shù)弱點(diǎn)及變頻控制的優(yōu)勢(shì)：

（1）加、卸載調(diào)節(jié)供氣的控制方式嚴(yán)重浪費(fèi)能源

傳統(tǒng)的控制方式，空壓機(jī)在加載時(shí)：從設(shè)定壓力到卸載壓力的加壓過程中，電能白白浪費(fèi)掉，而經(jīng)過減壓閥減壓的過程，也是在浪費(fèi)能量；空壓機(jī)卸載時(shí)：關(guān)閉電磁閥使電機(jī)一直在空轉(zhuǎn)，這種調(diào)整方法同樣是極大的能力浪費(fèi)，卸載時(shí)的功耗約占滿載的20%~40%。

在變頻控制方式下，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制氣壓，使輸出壓力始終維持在設(shè)定壓力，輸出壓力保持恒定，避免頻繁加卸載導(dǎo)致的電能浪費(fèi)。

空壓機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，單就輸出功率而言，采用變頻調(diào)速節(jié)能效果遠(yuǎn)不如風(fēng)機(jī)泵類二次方負(fù)載顯著。但空壓機(jī)大多處于長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，由于設(shè)計(jì)時(shí)都是按最大需求來選擇排氣量的，在實(shí)際運(yùn)行中，非滿載運(yùn)行的時(shí)間的占的比例也非常高，非滿載運(yùn)行過程有著巨大的節(jié)能空間。

（2）啟動(dòng)電流沖擊大

傳統(tǒng)的空壓機(jī)主電機(jī)采用Y-△減壓起動(dòng)，起動(dòng)電流約為額定電流3倍，仍然很大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，易造成電網(wǎng)不穩(wěn)以及威脅其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全。

變頻器可使電機(jī)起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升，沒有任何沖擊；電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟停，避免沖擊電流造成的危害，有利于延長設(shè)備的使用壽命；

（3）供氣壓力穩(wěn)定性差

在產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)，氣壓的穩(wěn)定性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響是很大的，用戶對(duì)供氣壓力精度都有一定要求，傳統(tǒng)的空壓機(jī)為避免氣壓不足，供氣壓力較要求值要偏高一些，但這樣會(huì)使成本高、能耗大，同時(shí)頻繁的加卸載也很難保證氣壓溫度；

變頻器可以閉環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供氣管路中氣體的壓力，PID調(diào)節(jié)器比較當(dāng)前壓力與設(shè)定壓力差值比較，保證輸出壓力始終維持在設(shè)定壓力，輸出壓力保持恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

三、TS2600螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹

圖1TS2600螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

TS2600系列螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是四方電氣在最新的開放式驅(qū)動(dòng)技術(shù)平臺(tái)基礎(chǔ)上，為空壓機(jī)行業(yè)定制開發(fā)的高性能變頻電控系統(tǒng)，集成了空壓機(jī)設(shè)備控制與應(yīng)用中的所有需求及變頻驅(qū)動(dòng)功能。系統(tǒng)使用高性能重載型矢量變頻單元，配置變頻空壓機(jī)控制適配卡及控制面板，具有安裝調(diào)試簡易、集成度高、系統(tǒng)可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，代表了空壓機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。

圖2系統(tǒng)簡易接線參考圖示

四、TS2600螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案優(yōu)勢(shì)

（1）高整合一體化設(shè)計(jì)

集成空開、接觸器、繼電器等空壓機(jī)行業(yè)所應(yīng)用的電氣控制元器件，無須另外布線及增加電氣元件，減少安裝時(shí)材料、人工等成本。

（2）120%重載長期穩(wěn)定運(yùn)行

針對(duì)空壓機(jī)行業(yè)這一特性，TS系列配置重載型變頻控制單元；長期過載能力為額定值的120%，更加符合空壓機(jī)實(shí)際的工作狀況。

（3）適合空壓機(jī)特性的四級(jí)PID設(shè)定

合理的設(shè)定三段過程壓力和持續(xù)時(shí)間，避免氣壓超調(diào)，兼顧氣壓快速響應(yīng)調(diào)整，從而精準(zhǔn)的控制氣壓。

（4）油溫控制系統(tǒng)

系統(tǒng)包含有油溫控制系統(tǒng)，根據(jù)反饋溫度和設(shè)置的啟停溫度值，控制油冷風(fēng)機(jī)的啟停，保持系統(tǒng)油溫正常，當(dāng)油溫異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)報(bào)警，保護(hù)系統(tǒng)安全。

（5）LCD專用操作控制面板、時(shí)鐘顯示、多級(jí)密碼保護(hù)

LCD專用操作控制面板可直接設(shè)置變頻單元的相關(guān)參數(shù)、壓力、溫度控制參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，最多可記錄八組故障記錄，方便診斷空壓機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（6）安裝、調(diào)試、維護(hù)方便

TS電控柜省去了常用的變壓器、繼電器等二次回路電氣設(shè)備，以及銅排、線纜、端子等輔材，既減少了安裝工時(shí)，提高了生產(chǎn)效率，降低了裝配故障率，也使得調(diào)試時(shí)間大大減少；

（7）其他特色功能：

Ø壓力、溫度等信號(hào)通過液晶界面一體化設(shè)置、檢測(cè)；

Ø空濾、油濾芯更換周期，保養(yǎng)時(shí)間等獨(dú)立設(shè)定；

Ø系統(tǒng)提供多級(jí)密碼保護(hù)，可防止非法操作導(dǎo)致系統(tǒng)故障；

Ø操作面板監(jiān)控所有的運(yùn)行參數(shù)，豐富的預(yù)警、保護(hù)功能；

Ø提供一路獨(dú)立485通訊接口，作為遠(yuǎn)程監(jiān)控(可參考遠(yuǎn)程監(jiān)控方案部分)及控制使用或作為多臺(tái)空壓機(jī)組網(wǎng)（TS系列）使用；

Ø具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，可顯示當(dāng)前時(shí)間并記錄故障發(fā)生時(shí)間，方便維護(hù)及查詢；

Ø具有自動(dòng)休眠功能，有利于節(jié)能，降低設(shè)備磨損。

五、結(jié)束語

變頻螺桿空壓機(jī)市場(chǎng)正在不斷擴(kuò)大，到2015年，我國的空壓機(jī)市場(chǎng)容量將超過300億元，國內(nèi)的變頻螺桿機(jī)正在經(jīng)歷普及的過程，變螺桿機(jī)雖然初始投資大，但是回報(bào)率高。隨著政府的節(jié)能減排力度的加大，客戶節(jié)能意識(shí)的提高，可以預(yù)見，變頻螺桿空壓機(jī)的成長性高、未來市場(chǎng)容量龐大。

在競(jìng)爭激勵(lì)的空壓機(jī)市場(chǎng)中，企業(yè)能否有效的提高生產(chǎn)效率、工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成了企業(yè)能否生存發(fā)展的重要因素。TS2600系列螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自推向市場(chǎng)以來，一體化整合設(shè)計(jì)極大的提高廠家的生產(chǎn)效率，高性能重載型矢量變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)既保證了空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，也最大限度為客戶節(jié)省能源和降低維護(hù)成本，獲得了配套廠商和終端用戶的一致好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

《TS2600系列螺桿空壓機(jī)單變頻電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用手冊(cè)》

深圳市四方電氣技術(shù)有限公司