空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備，主要有吸氣、壓縮、作功輸送和排氣四個(gè)主要過程。
一、概述
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備，主要有吸氣、壓縮、作功輸送和排氣四個(gè)主要過程。已有幾百年的應(yīng)用歷史，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面也經(jīng)過了100年的發(fā)展，原理是成熟的，但大容量的空壓機(jī)在工作過程的帶載啟動(dòng)和泄載一直是一個(gè)難題。在結(jié)構(gòu)上分常見有活塞式、螺桿式、和離心式等。它的用途廣泛，可以用于冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石油化工等各個(gè)行業(yè)?？諌簷C(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等)耗電量的15%。
二、工作原理
常見大中型空壓機(jī)為螺桿式或活塞式壓縮機(jī)。工作時(shí)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿或活塞向氣罐充氣，當(dāng)氣罐壓力升至設(shè)定的最高壓力時(shí)離合片動(dòng)作，電機(jī)自動(dòng)卸載，電機(jī)空轉(zhuǎn)，螺桿或活塞停止壓縮空氣。壓縮機(jī)的這種工作方式帶來了下列問題：
1 ）現(xiàn)用空壓機(jī)控制系統(tǒng)的缺陷
空壓機(jī)主電機(jī)運(yùn)行方式為星型到三角降壓起動(dòng)后再全壓運(yùn)行. 加、卸載供氣控制方式為進(jìn)氣閥開關(guān)控制方式，即壓力達(dá)到上限時(shí)關(guān)閥，壓縮機(jī)空載運(yùn)行；壓力抵達(dá)下限時(shí)開閥，壓縮機(jī)加載運(yùn)行。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力上限值，控制器使進(jìn)氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)空載運(yùn)行，直到系統(tǒng)壓力降到壓力下限值后，控制器使進(jìn)氣閥重新打開，排氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)打開，壓縮機(jī)滿載運(yùn)行,不斷重復(fù)上述過程?？諝鈮嚎s機(jī)的排氣量和壓力，在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不是不變的，常因工況變化導(dǎo)致用氣量變化，所以空氣壓縮機(jī)工作時(shí)總是在重復(fù)滿載－卸荷工作方式。滿載時(shí)的工作電流接近電動(dòng)機(jī)的額定電流，卸荷時(shí)的空轉(zhuǎn)電流約為30-50％電動(dòng)機(jī)額定電流，這部分電流不是做有用功，而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗.
a 浪費(fèi)大量的能源,導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加.
b 起動(dòng)瞬間電流很大，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的產(chǎn)生巨大的沖擊,嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致同一電網(wǎng)設(shè)備無法正常運(yùn)行.
c 起動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備機(jī)械同樣存在巨大的沖擊，后續(xù)維護(hù)工作量大,維護(hù)成本高.制約生產(chǎn)效率.
d 經(jīng)常卸載和加載的方法來調(diào)節(jié).這樣使整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,不能保持恒定的供氣壓力,另外也影響壓縮機(jī)的使用壽命。
f 由于氣壓無法恒定,波動(dòng)范圍大,因此在一定程度上間接的影響了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量.在某些對(duì)氣源氣壓要求苛刻的場合尤為明顯.
g 自動(dòng)化程度低,系統(tǒng)穩(wěn)定性差,不利于維護(hù), 需要專人操作停止或者啟動(dòng)機(jī)組來調(diào)節(jié)需求氣量,但仍然無法有效的調(diào)節(jié)到合理范圍.由于沒有故障報(bào)警系統(tǒng),不能快速有效的找到故障源以及排除故障
三、系統(tǒng)配置
本系統(tǒng)可選用6100-3037G型變頻器，該型變頻器性能優(yōu)良，可靠性高，內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，各項(xiàng)參數(shù)可靈活設(shè)置，能很好地滿足控制要求。（壓力傳感器可選用美國產(chǎn)MSP-300-016-B-S-W型，該型傳感器安裝簡便，線性好，信號(hào)變送精度高。）控制原理圖如下：
1、系統(tǒng)功能描述
該系統(tǒng)以壓力為控制對(duì)象，壓力值由變頻器鍵盤電位器設(shè)定，可根據(jù)用氣設(shè)備的實(shí)際需要，在空壓機(jī)的最高允許工作壓力內(nèi)自由設(shè)定，調(diào)整便捷。壓力傳感器對(duì)供氣管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)檢測，并通過變送器轉(zhuǎn)換，輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA的信號(hào)，送至變頻器反饋，在變頻器內(nèi)進(jìn)行PID閉環(huán)控制，根據(jù)系統(tǒng)用氣量的要求實(shí)時(shí)調(diào)整變頻器的輸出，從而實(shí)時(shí)調(diào)整壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證管網(wǎng)壓力的恒定。
四、改造收益
采用該系統(tǒng)改造后，壓縮機(jī)組的供氣量與系統(tǒng)所需量動(dòng)態(tài)匹配，壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)隨著系統(tǒng)用氣量的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了電機(jī)空轉(zhuǎn)以及頻繁的加卸載所帶來的能量損耗，電機(jī)的輸入功率大大降低，節(jié)電效果顯著。對(duì)于對(duì)空氣機(jī)來說，供氣量Q與轉(zhuǎn)速N成正比，氣壓F與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速N的三次方成正比，見下表：
一般來說，對(duì)于連續(xù)用氣的空壓機(jī)系統(tǒng)，隨用氣量的變化，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率在25-50HZ之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的節(jié)電率可達(dá)20%左右。
另外系統(tǒng)改造所帶來的間接效益也不可低估。首先，壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟停，軟加減速，對(duì)電網(wǎng)的沖擊大大減少；其次壓縮機(jī)氣缸內(nèi)氣閥片不再反復(fù)地開啟和關(guān)閉，增加了設(shè)備的壽命，減少了系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間；再次系統(tǒng)管網(wǎng)氣壓穩(wěn)定，提高了氣動(dòng)設(shè)備的效率。
空氣壓縮機(jī)組經(jīng)改造后，經(jīng)實(shí)測達(dá)到如下效果
1：節(jié)省電能：
恒壓供氣系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可使貯氣罐的氣壓保持在設(shè)定值的2.5%范圍內(nèi)，將自動(dòng)排空而損失的電能節(jié)省下來，經(jīng)實(shí)測，節(jié)電率達(dá)到40%左右，同時(shí)功率因子提高至COSф>0.95,減少了無功損耗.
2： 降低噪音，減少環(huán)境污染：
恒壓供氣系統(tǒng)由于實(shí)現(xiàn)了變頻控制，基本上消除排空放氣的情況，從而改善了噪音對(duì)環(huán)境的污染.
3： 延長機(jī)械部件使用壽命：
使用JBJ空壓機(jī)節(jié)電系統(tǒng)后，空壓機(jī)大多數(shù)時(shí)間運(yùn)行在工頻之下，能明
顯減少機(jī)械部件的磨損，延長機(jī)器壽命，減少維修費(fèi)用和縮短維修時(shí)間.
4： 實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)：
減少機(jī)組起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)可靈活地重復(fù)多次起動(dòng)，避免了自藕降壓起動(dòng)在這方面的不足.
5：實(shí)現(xiàn)恒壓供氣：
系統(tǒng)投入運(yùn)行后，提高了供氣可靠性和負(fù)載變化的調(diào)節(jié)能力，保證了恒定的供氣壓力，進(jìn)一步保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性.
6：運(yùn)行可靠，故障率幾乎為零：
系統(tǒng)設(shè)有過載、失壓、欠壓、過流、缺相等保護(hù)功能，運(yùn)行可靠.
7：操作簡易，發(fā)生故障不影響生產(chǎn)：
節(jié)能器發(fā)生故障后，可自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出故障信號(hào)，同時(shí)，可轉(zhuǎn)換到市電使空壓機(jī)正常運(yùn)行，不影響生產(chǎn)。