全國有180億元/年的空壓機(jī)市場，有超過400萬臺的空壓機(jī)在工作，22KW以上功率等級的空壓機(jī)超過100萬臺，22kw以下中小空壓機(jī)以活塞式為主。年新增數(shù)十萬臺?？諌簷C(jī)一般按工廠最大負(fù)荷加10-20%余量設(shè)計(jì)，另外工廠實(shí)際需求存在季節(jié)性及時(shí)間性波動(dòng)，也導(dǎo)致用氣量波動(dòng)較大，所以空壓機(jī)多數(shù)時(shí)間并非滿載運(yùn)行，節(jié)能空間很大?？諌簷C(jī)的用電量約占全部工業(yè)用電設(shè)備的9%，節(jié)能降耗利國利民。國家提供專項(xiàng)資金大力扶持節(jié)能降耗，這也進(jìn)一步推動(dòng)了空壓機(jī)等產(chǎn)業(yè)的升級。變頻空壓機(jī)也越來越為廣大用戶接受。變頻空壓機(jī)已經(jīng)成為未來的主流發(fā)展方向。傳統(tǒng)空壓機(jī)的問題：電能浪費(fèi)嚴(yán)重傳統(tǒng)的加卸載式空壓機(jī)，能量主要浪費(fèi)在：1）加載時(shí)的電能消耗在壓力達(dá)到所需工作壓力后。
傳統(tǒng)控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升直到卸載壓力。在加壓過程中，一定會產(chǎn)生更多的熱量和噪音，從而導(dǎo)致電能損失。另一方面，高壓氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓，這一過程同樣耗能。2）卸載時(shí)電能的消耗當(dāng)達(dá)到卸載壓力時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)打開卸載閥，使電機(jī)空轉(zhuǎn)，造成嚴(yán)重的能量浪費(fèi)。空壓機(jī)卸載時(shí)的功耗約占滿載時(shí)的30%～50%，可見傳統(tǒng)空壓機(jī)有明顯的節(jié)能空間。工頻啟動(dòng)沖擊電流大主電機(jī)雖然采用Y-△減壓起動(dòng)，但起動(dòng)電流仍然很大，對電網(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。對于自發(fā)電工廠，數(shù)倍的額定電流沖擊，可能導(dǎo)致其他設(shè)備異常。壓力不穩(wěn)，自動(dòng)化程度底傳統(tǒng)空壓機(jī)自動(dòng)化程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠對加卸載閥、調(diào)節(jié)閥的控制來實(shí)現(xiàn)的。
調(diào)節(jié)速度慢，波動(dòng)大，精度低，輸出壓力不穩(wěn)定。設(shè)備維護(hù)量大空壓機(jī)工頻啟動(dòng)電流大，高達(dá)5~8倍額定電流，工作方式?jīng)Q定了加卸載閥必然反復(fù)動(dòng)作，部件易老化，工頻高速運(yùn)行，軸承磨損大，設(shè)備維護(hù)量大。噪音大持續(xù)工頻高速運(yùn)行，超過所需工作壓力的額外壓力，反復(fù)加載、卸載，都直接導(dǎo)致工頻運(yùn)行噪音大。節(jié)能節(jié)能原理：變頻調(diào)速系統(tǒng)以輸出壓力作為控制對象，由變頻器，壓力傳感器、電機(jī)組成閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng)，工作壓力值可由操作面板直接設(shè)置，現(xiàn)場壓力由傳感器來檢測，轉(zhuǎn)換成4~20mA電流信號后反饋到變頻器，變頻器通過內(nèi)置PID進(jìn)行比較計(jì)算，從而調(diào)節(jié)其輸出頻率，達(dá)到空壓機(jī)恒壓供氣和節(jié)能的目的。變頻節(jié)能表現(xiàn)在：變頻器通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整氣體流量。
使電機(jī)的輸出功率與流量需求成正比，保持電機(jī)高效率工作，功率因數(shù)高，無功損耗小，節(jié)電效果明顯；按嚴(yán)格的EMS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，高速低耗的IGBT以及采用了高效的失量控制算法，使得V&T變頻器諧波失真和電機(jī)的電能損耗最小化；自動(dòng)快速休眠使得空載時(shí)間變短，電機(jī)完全停止，節(jié)能。無沖擊啟動(dòng)及低頻大轉(zhuǎn)矩特性保證變頻器隨時(shí)帶載起停。節(jié)能空間：灰色：變頻空壓機(jī)功耗曲線綠色：節(jié)能部分A，變頻空壓機(jī)比普通空壓機(jī)節(jié)省的能量淺藍(lán)色：節(jié)能部分B，變頻空壓機(jī)可能節(jié)省的能量。B為當(dāng)變頻空壓機(jī)已進(jìn)入空久停機(jī)休眠階段，而普通空壓機(jī)沒有進(jìn)入休眠時(shí)，變頻空壓機(jī)節(jié)省的能量。如果變頻空壓機(jī)也沒有進(jìn)入休眠，則B=0。剛啟動(dòng)或休眠后啟動(dòng)時(shí)。
普通空壓機(jī)和變頻空壓機(jī)均運(yùn)行在額定功率附近。因此變頻空壓機(jī)可以保證充氣的快速性。啟動(dòng)電流小，對電網(wǎng)無沖擊變頻器可使電機(jī)起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設(shè)備的使用壽命；輸出壓力穩(wěn)定采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；設(shè)備維護(hù)量小空壓機(jī)變頻啟動(dòng)電流小，小于2倍額定電流，加卸載閥無須反復(fù)動(dòng)作，變頻空壓機(jī)根據(jù)用氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，運(yùn)行頻率低，轉(zhuǎn)速慢，軸承磨損小，設(shè)備使用壽命延長，維護(hù)工作量變小。噪音低變頻根據(jù)用氣需要提供能量，沒有太多的能量損耗，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低。
機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)噪音因此變小，由于變頻以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式，不用反復(fù)加載、卸載，頻繁加卸載的噪音也沒有了，持續(xù)加壓，氣壓不穩(wěn)產(chǎn)生的噪音也消失了?？傊?，采用變頻恒壓控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約一筆數(shù)目可觀的電力費(fèi)用，延長壓縮機(jī)的使用壽命，還可實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的目的，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量?？諌簷C(jī)專用矢量變頻器的優(yōu)點(diǎn)針對空壓機(jī)的特殊控制需求，世太電子提出的產(chǎn)品策略是：一體化的專用變頻器+用戶可選的操作界面，對比一般采用標(biāo)準(zhǔn)變頻器+專用控制器的方式。有更多優(yōu)點(diǎn)：變頻器與空壓機(jī)的運(yùn)行特性緊密的結(jié)合，這是普通專用控制器無法做到的，不能專門針對空壓機(jī)工況：滿壓啟動(dòng)、高環(huán)境溫度設(shè)計(jì)、電壓波動(dòng)能力等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。未來向高端發(fā)展。
如：網(wǎng)絡(luò)化控制，遠(yuǎn)程智能管理上，普通控制器也很難做到。專用控制器的成本相對較高。維護(hù)不便，出現(xiàn)問題時(shí)需要多家供應(yīng)商一起維護(hù)，定位問題過程復(fù)雜。為了將變頻器更好地融入到空壓機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，我們推出了空壓機(jī)專用變頻器。采用一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更緊密貼近空壓機(jī)行業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)了更加優(yōu)異的控制性能：內(nèi)置的控制器完成空壓機(jī)的所有控制功能?？刂破髋c變頻器地結(jié)合成了一個(gè)有機(jī)整體，用戶再不用配備額外的控制器，同時(shí)也大大簡化了用戶的安裝接線和保養(yǎng)維護(hù)操作。與變頻器快速的交換數(shù)據(jù)，較傳統(tǒng)方式快5-10倍。變頻器能根據(jù)壓力傳感器反饋的壓力信號，經(jīng)過處理后直接調(diào)整電機(jī)的輸出頻率，而不需要像傳統(tǒng)方式那樣。
通過控制器處理后給出一個(gè)模擬量作為變頻器頻率給定。這就大大降低了模擬量波動(dòng)所帶來的精度不穩(wěn)，同時(shí)通過485通訊，數(shù)據(jù)能以更快速更準(zhǔn)確的方式進(jìn)行交換。更有效的壓力控制精度和響應(yīng)時(shí)間變頻器的頻率給定可以精確到0.01Hz，開環(huán)矢量控制穩(wěn)速精度可達(dá)±0.2%，甚至可以一轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且能自動(dòng)補(bǔ)償高負(fù)載時(shí)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速變動(dòng)。這就大大提高了系統(tǒng)的壓力控制精度，快速精確地響應(yīng)實(shí)際壓力的變化。高效的性能，支持空壓機(jī)滿壓啟動(dòng)。變頻器是全新一代的空壓機(jī)行業(yè)專用變頻器，采用國際同步的無速度傳感器矢量控制技術(shù)，為電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)提供更大的轉(zhuǎn)矩。較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，完全支持空壓機(jī)滿壓啟動(dòng)，良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備的過載能力。
以滿足空壓機(jī)的控制需求；全方位的整機(jī)保護(hù)功能提供強(qiáng)大靈敏的軟／硬件的限流保護(hù)、過流和過壓保護(hù)、對地短路保護(hù)、過載保護(hù)、IGBT的直通保護(hù)、電流檢測異常、繼電器吸合異常等保護(hù)功能，保證空壓機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。變頻改造方案設(shè)計(jì)針對不同品牌空壓機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、安裝位置等存在著差異性，我們準(zhǔn)備了兩套解決方案，以滿足不同用戶的改造需求?？刂乒穹蛛x式解決方案這是一套通用解決方案，對于所有的空壓機(jī)，都可以采用這種控制柜分離式解決方案。我們將給用戶提供一個(gè)獨(dú)立的變頻控制柜，內(nèi)置所有變頻改造所需要的部件，包括變頻器、操作面板、交流接觸器、控制按鈕等等?？諌簷C(jī)改造時(shí)，只需要將用戶原來的空壓機(jī)系統(tǒng)的主電路和控制電路信號。
接到對應(yīng)的控制柜接線端子上，即可完成對空壓機(jī)的變頻改造工程。該過程不需要對原先的空壓機(jī)內(nèi)部構(gòu)造做任何的改動(dòng)，改造方便、快捷，同時(shí)也便于日后的保養(yǎng)和維修。內(nèi)置式一體化解決方案對于某些內(nèi)部空間較大的空壓機(jī)，或者用戶對安裝位置要求比較特殊的場合，我們也可以選用內(nèi)置式一體化解決方案。用戶首先根據(jù)實(shí)際需要，選配合適的V5-K空壓機(jī)專用變頻器，并配置相應(yīng)的交流接觸器、壓力傳感器等器件。然后根據(jù)變頻器和操作面板等器件的安裝尺寸，對原空壓機(jī)箱體進(jìn)行結(jié)構(gòu)件改造，使各個(gè)部件能地融合到空壓機(jī)整體當(dāng)中去。最后進(jìn)行控制電路的連接，使空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制。由于空壓機(jī)工作時(shí)柜內(nèi)環(huán)境溫度較高，一般都可達(dá)到45℃以上，不利于變頻器發(fā)揮其最大工作效率。
雖然V5-K變頻器對環(huán)境溫度具有良好的適應(yīng)性，但是當(dāng)環(huán)境溫度高于45℃時(shí)，則要求變頻器降額使用。因此，我們推薦用戶對空壓機(jī)現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，例如設(shè)計(jì)獨(dú)立風(fēng)道對變頻器進(jìn)行隔離冷卻等等。如果用戶無法改善現(xiàn)有的散熱系統(tǒng)，保證變頻器的正常工作環(huán)境溫度的話，我們要求用戶在變頻器選型時(shí)需要加大一檔功率，以提高高溫環(huán)境下變頻器的帶載能力，滿足用戶的實(shí)際應(yīng)用需求。詳細(xì)改造方案不管采用上述哪一種方案，空壓機(jī)的變頻控制原理都是相同的。如果用戶要求保留原有的工頻控制方式，則可以采用工變頻切換方式。1）工變頻切換方式用戶需要在原空壓機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝交流接觸器KM2和KM4,以實(shí)現(xiàn)工變頻控制的切換。采用壓力傳感器替換原來的壓力開關(guān)。
將排氣壓力轉(zhuǎn)換成4~20mA電流信號，反饋回變頻器端子，實(shí)現(xiàn)恒壓閉環(huán)控制。在變頻器輸入電源側(cè)加裝交流接觸器KM7，保證按下急停按鈕后立刻切斷變頻器電源，實(shí)現(xiàn)對空壓機(jī)及人身的保護(hù)。由于空壓機(jī)采用變頻控制方式運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)用戶設(shè)定壓力和壓力反饋，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓控制，所以當(dāng)用戶的用氣量較小的時(shí)候，空壓機(jī)主電機(jī)可能將長時(shí)間處于低速加載狀態(tài)，不利于電機(jī)自冷風(fēng)扇的散熱，從而導(dǎo)致電機(jī)溫升過高甚至燒毀電機(jī)線圈。解決該問題有以下4種對策，可根據(jù)情況選擇：i.合理設(shè)置空壓機(jī)專用變頻器的電機(jī)過載保護(hù)時(shí)間，變頻器將根據(jù)電機(jī)電流累積效應(yīng)保護(hù)電機(jī)。ii.設(shè)置電機(jī)傳感器保護(hù)閾值，采用電機(jī)溫度傳感器方式保護(hù)電機(jī)。
iii.設(shè)置較短的空壓機(jī)空久停機(jī)（休眠）時(shí)間及較短的啟動(dòng)時(shí)間，進(jìn)入休眠后，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。iv.在空壓機(jī)內(nèi)安裝主電機(jī)冷卻風(fēng)扇，并通過交流接觸器KM6進(jìn)行控制，保證空壓機(jī)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2）變頻控制方式純變頻控制方式，是對傳統(tǒng)工頻控制方式的完全改進(jìn)。由于取消了Y-△切換、工變頻切換，用戶甚至不用加裝交流接觸器，只需將電機(jī)直接接到變頻器輸出端，即可實(shí)現(xiàn)變頻改造。空壓機(jī)主電機(jī)繞組采用△連接方式，壓力反饋同樣采用4~20mA的壓力傳感器，同時(shí)推薦用戶將2個(gè)多余的交流接觸器分別改裝成變頻器急?？刂坪惋L(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)扇控制，提高空壓機(jī)系統(tǒng)的性和可靠性。許多空壓機(jī)用戶已經(jīng)適應(yīng)了傳統(tǒng)的工頻控制方式，對純變頻控制方式多少存在著些懷疑。
