一、引言

隨著如今科技快速發展，與工業生產相關的技術也快速的發展，各種新技術與設備一旦出現就會在工業生產中得到快速廣泛的應用。空壓機就是這樣的，如今空壓機在工業生產中有著廣泛的應用；例如在金屬包裝類行業中，它就肩負著為生產線所有氣動元件（包括各種氣動閥門），提供氣源的職責；因此它運行的好壞直接影響生產線能否高效運轉。空壓機的種類有很多，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。

例如在某地工廠中就在活塞式空壓機、螺桿壓縮機和螺桿式空壓機上都采用了這種控制方式。根據我們多年的運行經驗，該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但存在能耗高，進氣閥易損壞、供氣壓力不穩定等諸多問題。隨著社會的發展和進步，高效低耗的技術已愈來愈受到人們的關注。在空壓機供氣領域能否應用變頻調速技術，節省電能同時改善空壓機性能、提高供氣品質就成為我們關心的一個話題。結合生產實際，我們選擇了一臺固定式螺桿式空壓機進行了研究。

二、空壓機加、卸載供氣控制方式簡介

以下我們就以固定式螺桿空壓機電氣控制原理圖，對加、卸載供氣控制方式進行簡單介紹。

當我們在運行設備時，在按下起動按鈕后sb2，kt1線圈通電，其瞬時閉合延時斷開的動合觸點閉合，km4和km6線圈得電動作壓縮機電機開始y形起動；此時進氣控制閥yv2得電動作，控制氣體從小儲氣罐中放出進入進氣閥活塞腔，關閉進氣閥，使壓縮機從輕載開始啟動。當kt2到達設定時間（一般為5秒后）其延時斷開的動斷觸點斷開，延時閉合的動合觸點閉合，km6線圈斷電釋放，km5線圈得電動作，空壓機電機從y形自動改接成△形運行。此時yv2斷電關閉，從儲氣罐放出的控制氣體被切斷，進氣閥全開，機組滿載運行。（注：進氣控制閥yv2只在起動過程起作用，而卸載控制閥yv1卻在起動完畢后起作用）。

若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升，當超過設定的最小壓力值pmin（也稱為加載壓力）時，壓力調節器動作，將控制氣輸送到進氣閥，通過進氣閥內的活塞，部分關閉進氣閥，減少進氣量，使供氣與用氣趨于平衡。當管線壓力繼續上升超過壓力調節開關（sp2）設定的最大壓力值pmax（也稱為卸載壓力）時，壓力調節開關跳開，電磁閥yv1掉電。這樣，控制氣直接進入進氣閥，將進氣口完全關閉；同時，放空閥在控制氣的作用下打開，將分離罐內壓縮空氣放掉。當管線壓力下降低于pmin時，壓力調節開關sp2復位（閉合），yv1接通電源，這時通往進氣閥和放空閥的控制氣都被切斷。這樣進氣閥重新全部打開，放空閥關閉，機組全負荷運行。

三、加、卸載供氣控制方式存在的問題

1、能耗分析

我們知道，加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在pmin～pmax之間來回變化。pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，pmax、pmin之間關系可以用下式來表示：

pmax＝（1＋δ）pmin

δ是一個百分數，其數值大致在10%～25%之間。

而若采用變頻調速技術可連續調節供氣量的話，則可將管網壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上，即pmin附近。

由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機較之變頻系統控制下的空壓機，所浪費的能量主要在2個部分：

（1）壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量

在壓力達到pmin后，原控制方式決定其壓力會繼續上升（直到pmax）。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量，從而導致能量損失。另一方面，高于pmin的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經過減壓閥減壓至接近pmin。這一過程同樣是一個耗能過程。

（2）卸載時調節方法不合理所消耗的能量

通常情況下，當壓力達到pmax時，空壓機通過如下方法來降壓卸載：關閉進氣閥使電機處于空轉狀態，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。關閉進氣閥使電機空轉雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功，但空壓機在空轉中還是要帶動螺桿做回轉運動，據我們測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%～15%（這還是在卸載時間所占比例不大的情況下）。換言之，該空壓機10%的時間處于空載狀態，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節能空間。

2、其它不足之處

（1）靠機械方式調節進氣閥，使供氣量無法連續調節，當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調節進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

（2）頻繁采用打開和關閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。

四、恒壓供氣控制方案的設計

因為原有供氣控制方式存在著多種問題，通過針對上述內容對比分析后，我們認為通過變頻調速技術來進行恒壓供氣控制。該方案實施后，我們能夠將管網壓力來作為一個控制對象，壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變為標準電信號送給調節器，與壓力設定值作比較，并根據差值的大小按既定的控制模式進行運算，產生控制信號送到變頻調速器，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。

同時，該方案還能夠增加一個在工頻與變頻之間自主切換的功能的狀態下，還能夠保留原有的控制和保護系統，此外，該方案實施后，空壓機電機從靜止到旋轉工作的控制可以通過變頻器來完成啟動，這既能實現設備的軟啟動，也能有效的避免啟動沖擊電流與啟動給空壓機時帶來的機械沖擊。