Abstract: This paper introduces Wer Kai Electric (Shanghai) Co., Ltd. R & D production WKS Series Frequency transformation in the content of screw air compressor, and to achieve the energy saving effect.
Key words: Air compressor Inverter WKS
一、前言
空氣壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內進行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設備。作為基礎工業裝備，空壓機在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業行業都有廣泛的應用。空壓機占大型工業設備(風機、水泵、鍋爐、空壓機等)耗電量的15%。由于結構原理的原因，大部分空壓機自身存在著明顯的技術弱點。
隨著威爾凱在中國設立威爾凱電氣（上海）有限公司以來，WKS系列變頻器產品在調速領域中的應用越來越廣泛。它具有運行穩定、操作方便，節能效果明顯等優點，越來越受到廣大工程技術人員和管理人員的重視。絕大部分生產設備都用到壓縮空氣，以前都是由單個的小型空壓機供氣，這種供氣方式存在著壓力不穩定，故障率高，維修成本大等缺點。
二、空壓機改造前后的運行狀況
德標管業（上海）有限公司共有螺桿式空氣壓縮機5臺，空壓機具體參數如下表：
設備名稱 數量 功率 轉速 工作壓力 備注
螺桿式空氣壓縮機 5 90KW 2900r/min 6.5kg-7.8kg 不穩定
合計 2 90KW 現改造兩套
設備改造前，為每兩臺空壓機一用一備，全部工作在工頻狀態，起動方式為星三角降壓起動，壓力控制采用兩點式控制（上下限控制），即空壓機氣缸內壓力達到設定上限時，空壓機通過本身的油壓關閉氣閻，當壓力下降到設定下限時，空壓機打開進氣閥。由于生產過程中用氣量的變化，空壓機也頻繁地加載和卸載，主電機的啟動電流仍然很大，影響電網的穩定及其它用電設備的運行安全，且電機工頻起動設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護工作時對機械量大。主電機時常空載運行過程中不產生壓縮空氣，屬非經濟運行，電能浪費嚴重，電機在工頻運行致使空壓機運行時噪音很大等原因，因此對其進行變頻改造是很有必要的。
目前的運行狀況是：空載電壓：405V 電流：116A；工作電壓：411V 電流：185A ；空載工作的視功功率：48KW 工作視功功率：132KW ； 空載有功功率：47KW 工作有功功率：115KW；壓縮機功率為90KW 轉速為：2900轉每分。 目前空氣壓縮機輸出壓力上限設定在：7.8kg,下限壓力設定在：6.5 kg 平均工作壓力在7.0kg ,實現了恒壓供氣。
三、威爾凱變頻節能原理
螺桿式空壓機基本運行方式是加載、減載方式。減載時電機空轉,能源白白的浪費，如果利用WKS系列變頻器通過改變電機頻率來調節轉速，變頻控制即通過改變電動機的轉速來控制空壓機單位時間的出風量，從而達到控制管路的壓力，具有明顯的節能效果。空壓機變頻節能系統原理：通過壓力變送器測得的管網壓力值與壓力的設定值相比較，得到偏差，經PID調節器計算出變頻器作用于異步電動機的頻率值。由WKS變頻器輸出的相應頻率和幅值的交流電，在電動機上得到相應的轉速。那么空壓機輸出對應的壓縮空氣輸出至儲氣罐，使之壓力變化，直到管網壓力與給定壓力值相同。變頻器，壓力變送器、電機、螺旋轉子組成壓力閉環控制系統自動調節電機轉速，使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定范圍內，進行恒壓控制。反饋壓力與設定壓力進行比較運算，實時控制變頻器的輸出頻率，從而調節電機轉速，使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定壓力上。
系統改造時保留原工頻系統不變，只需威爾凱變頻控制系統，無須再培訓操作人員，當空壓機控制系統運行，變頻系統自動進入運行狀態。本系統采用壓力閉環調節方式，通過變頻器的控制面板設定空氣壓力定值，在儲氣罐上安裝個壓力傳感器。將空氣壓力信號轉換為 0 ～ 10 V 的電信號，反饋到變頻器內部的 PID 調節器，調節器將信號與壓力定值進行比較運算，然后輸出控制信號，變頻器再根據此信號輸出頻率，調節電動機的轉速，使空氣壓力保持穩定，這樣空壓機始終保持在節電運行狀態。
四、系統原理設計方案
變頻控制系統由以下部分:變頻器、變頻柜、電抗器、壓力變送器、交流接觸器、中間繼電器等組成，變頻控制柜功有：啟動、運行、停止、切換、報警等控制功能。WKS系列變頻器采用先進控制技術，根據用戶壓縮空氣的需求量，在不改變原有的控制系統線路下，采用壓力傳感技術來檢測網管壓力，使壓縮機馬達在空載運行時停止運行，根據用氣量自動調整供氣壓力保證空壓機始終運行在節能狀態，可大幅節省用電量，達到節電的目的。
系統運行步驟：
(1)、開機前選擇變頻/工頻啟動；
(2)、啟動空壓機“啟動”鍵，變頻器在設定的時間內啟動，空壓機開始工作；
(3)、變頻器根據現場壓力變送器檢測網管出口壓力進行比校，經PID指令運算，調節變頻器輸出頻率；
(4)、停上空壓機，空壓機與變頻器同時停上工作；
五、投資分析
1．投資
設備名稱 功率（KW） 變頻器型號及品牌 數量（套） 單 價（RMB） 總價（RMB）
螺酐式空氣壓縮機 90 威爾凱WKS110G4TC 1 45347.00 45347.00
安裝調試 10% 4534.00
稅金 8% 3627.00
合計 53508.00
總計 伍萬叁仟伍佰零捌圓整
2．投資回收期
現以貴公司改造兩套中的一套為例來計算：功率為110KW，總投資額為53508.00元，公司運作情況為日均工作24小時,負荷率取0.87,電費為0.8元/度,每月30天，節電率20%那么：
月節電費=總功率×負荷率×月運行時間×電價×節電率
=90×0.87×24×30×0.8×20%
=9020（元）
年節電費=月節電費×12個月
=9020×12
=108240（元）
投資回收期=投資總額÷月節電費
=53508÷9020︽6個（月）
由此可見約需六個月就可以收回投資。
六、改造后幾大優點
(1)、節能降耗。
(2)、電動機從低速起動，沖擊電流小，電動機和空壓機運行平穩。
(3)、由于變頻器具備較強的保護功能，降低了設備故障率。
(4)、系統壓力更加穩定，提高了產品質量。(5)、很大程度上減少了該公司電氣工程師的工作強度。
七、結束語
該公司通過使用威爾凱WKS系列變頻器進行兩套空壓機節能改造后，經過一年多的實際運行，工作正常，壓力穩定，節能效果顯著，使得公司高屋管理人員看到了節能效果，從而很大程度上減輕了公司的電費支出，同時也表明威爾凱進入中國市場后為我國的節能減排所做出的努力與信心！
