一、螺桿式空壓機及其傳統(tǒng)的控制方式介紹
螺桿式空壓機取代易損件多、可靠性差的活塞式空壓機，已經(jīng)成為必然趨勢。目前西方發(fā)達國家螺桿空壓機市場占有率為80%，并持續(xù)保持上升勢。
空壓機系統(tǒng)傳統(tǒng)的控制方式一般由電機運行控制和加卸載供氣控制方式組成。電機運行控制依靠接觸器和斷開和吸合來實現(xiàn)。加、卸載供氣控制方式為進氣閥開關(guān)控制方式，即壓力達到上限時關(guān)閥，壓縮機空載運行；壓力抵達下限時開閥，壓縮機加載運行。空氣壓縮機的排氣量和壓力，在運轉(zhuǎn)中是不斷變化的，常因工況變化導致用氣量變化，所以空氣壓縮機工作時總是在重復滿載－卸荷工作方式。滿載時的工作電流接近電動機的額定電流，卸荷時的空轉(zhuǎn)電流約為30-50％電動機額定電流。
這樣的工作方式必然產(chǎn)生出諸多弊端，如：
1，起動電流很大，對電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的產(chǎn)生巨大的沖擊；
2，電動機及壓縮機經(jīng)常的啟停，對于機械部件和氣路及元器件沖擊很大，增加空壓機和供氣系統(tǒng)的維護工作和成本，同時影響系統(tǒng)的使用壽命；
3，經(jīng)常卸載和加載的方法來調(diào)節(jié).這樣使整個氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,不能保持恒定的供氣壓力，在一定程度上間接的影響了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量；
4，卸載時電機在工頻下空載運行，加載時因為壓力上限值的原因，電機要在超出系統(tǒng)壓力的水平的負載水平上運行，因此這兩個工作狀態(tài)都會對產(chǎn)生能源的浪費，而當供氣需求變化較大時，產(chǎn)生的浪費尤為明顯。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計顯示，空壓機負載率平均僅為60%。
二、變頻調(diào)速和恒壓供氣
針對傳統(tǒng)供氣控制方式存在的諸多問題，原來越多的空壓機廠商開始應用變頻調(diào)速技術(shù)進行恒壓供氣控制。
采用恒壓供氣方案時，一般以管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器將儲氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o空壓機控制器，控制器將采集來的壓力與壓力設(shè)定值作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產(chǎn)生控制信號送至變頻器，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力始終接近設(shè)定壓力。這樣的工作模式可以顯著地提高壓縮空氣質(zhì)量和電能的利用率。同時，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，避免了電機的頻繁啟停給空壓機帶來的機械沖擊，同時減小沖擊電流對電網(wǎng)的影響。
廣州某空壓機廠商一直以來致力于提供高可靠性低能耗的空壓機產(chǎn)品，長期以來，其恒壓供氣產(chǎn)品均使用交流異步電機，隨著對節(jié)能更加重視，嘗試采用效率更加高的永磁同步電機為壓縮機提供動力。永磁同步電機的滿載效率可以達到94%，而普通異步電機效率一般為88%。
和異步電機相比，同步電機的變頻驅(qū)動一直是一個充滿挑戰(zhàn)的課題，英威騰電氣股份有限公司推出的Goodrive300(以下簡稱為GD300)系列變頻器能具備驅(qū)動多種電機的能力，包括異步電機、永磁同步電機。支持V/F控制、無PG開環(huán)矢量控制控制模式；具備自動電壓調(diào)整、轉(zhuǎn)速追蹤啟動、自動限流故障保護（包括缺相、過/欠壓、過流、過載等保護功能）等功能；提供標準的RS485接口支持MODBUS-RTU的通信協(xié)議。GD300變頻器能很好的支持客戶采用同步機實現(xiàn)恒壓供氣的方案。
三、變頻系統(tǒng)的組成及調(diào)試
客戶采用定制的空壓機系統(tǒng)控制器作為對整個空壓機系統(tǒng)的控制中樞，GD300變頻器采用端子控制、模擬量給定頻率的控制方式；對同步電機采用無PG矢量控制模式；故障信號通過繼電器輸出送至系統(tǒng)控制器；系統(tǒng)控制器采用RS485總線通過MODBUS-RTU方式讀取變頻器的狀態(tài)值（輸出頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出功率及故障代碼等）。
客戶選用的型號具體為GD300-022G-4，其技術(shù)參數(shù)如下表：
| 變頻器型號 | 額定輸入電流 | 額定輸出電流 | 額定輸出功率 |
| GD300-022G-4 | 56A | 45A | 22KW |
| 序號 | 功能代碼 | 名稱 | 設(shè)定值 | 說明 |
| 1 | P00.00 | 速度控制模式 | 0 | 無PG矢量控制模式0 |
| 2 | P00.01 | 運行指令通道 | 1 | 端子運行通道 |
| 3 | P00.03 | 最大輸出頻率 | 200HZ | |
| 4 | P00.04 | 運行頻率上限 | 190HZ | 電機允許運行最大頻率 |
| 5 | P00.06 | A頻率指令選擇 | 1 | 模擬量AI1 |
| 6 | P00.11 | 加速時間1 | 15S | |
| 7 | P00.12 | 減速時間1 | 15S | |
| 8 | P01.15 | 停止速度 | 20.00HZ | |
| 9 | P2.00 | 電機類型選擇 | 1 | 同步電機 |
| 10 | P05.01 | S1端子功能選擇 | 1 | 正轉(zhuǎn)運行 |
| 11 | P05.02 | S2端子功能選擇 | 9 | 外部故障輸入 |
| 12 | P05.03 | S3端子功能選擇 | 7 | 故障復位 |
| 13 | P05.31 | AI1下限值 | 2.00V | 對應模擬量輸入4-20mA |
| 14 | P06.04 | 繼電器RO2輸出選擇 | 5 | 變頻器故障 |
| 15 | P14.00 | 本機通信地址 | 1 | 地址設(shè)定為1 |
| 16 | P14.01 | 通信波特率 | 3 | 9600BPS |
| 17 | P14.02 | 數(shù)據(jù)位校驗設(shè)置 | 0 | 無校驗（N,8,1）for RTU |
變頻器主回路及控制回路接線圖如下圖：
調(diào)試步驟：
1，電機自學習，按照電機銘牌輸入電機參數(shù)；電機和壓縮機安裝在一起，無法脫開負載，因此選擇靜止自學習；自學習結(jié)束后，檢查學習出來的參數(shù)，和銘牌比較偏差不大。
2，鍵盤控制運行，通過鍵盤設(shè)定頻率，啟動電機，能正常啟動，工作狀態(tài)正常，停止電機，狀態(tài)正常。
3，修改端子控制方式，接入系統(tǒng)，按控制系統(tǒng)指令自動運行，運轉(zhuǎn)正常。
四、效果分析
經(jīng)過客戶測試，本設(shè)備予以肯定，對GD300驅(qū)動同步電機的能力表示滿意。
客戶繪制的測試效果如下圖所示：
五、結(jié)束語
目前空壓機控制系統(tǒng)以恒壓供氣方式為主要控制方式，在進一步追求節(jié)能效果的要求下，同步電機在空壓機系統(tǒng)上的應用會逐漸的發(fā)展起來，英威騰GD300變頻器強大完善的拖動能力為同步電機在空壓機上的廣泛應用提供了強大的技術(shù)基礎(chǔ)。
參考文獻：
1，《英威騰產(chǎn)品說明書 Goodrive300變頻器》，V1.1。
關(guān)于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的電氣傳動、工業(yè)控制、新能源領(lǐng)域產(chǎn)品與服務供應商，2010年在深交所A股上市。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術(shù)企業(yè)，總部員工1100多人，國內(nèi)、外辦事處30余個，控股子公司9家，業(yè)務涉及電氣傳動、工業(yè)自動化、新能源、軌道交通牽引、礦用防爆、能源管理、樓宇智能等領(lǐng)域。在基礎(chǔ)業(yè)務變頻器領(lǐng)域，英威騰占據(jù)國內(nèi)領(lǐng)先地位，擁有覆蓋高、中、低壓通用及各行業(yè)專用豐富的產(chǎn)品系列，產(chǎn)品在市政、塑膠、油田、化工、冶金、紡織、機床、礦山等行業(yè)廣泛應用，產(chǎn)品銷售遍布全球60多個國家和地區(qū)。
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