空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應(yīng)用；比如在我們金屬包裝類行業(yè)中，它擔(dān)負(fù)著為廠內(nèi)生產(chǎn)線所有氣動(dòng)元件（包括各種氣動(dòng)閥門），提供氣源的職責(zé)；因此它運(yùn)行的好壞直接影響生產(chǎn)線能否運(yùn)轉(zhuǎn)?？諌簷C(jī)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。例如我廠使用的南京三達(dá)活塞式空壓機(jī)、美國壽力ls-10型螺桿壓縮機(jī)和atlascopcoga-110型螺桿式空壓機(jī)都采用了這種控制方式。根據(jù)我們多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但存在能耗高，進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問題。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，低耗的技術(shù)已愈來愈受到人們的關(guān)注。在空壓機(jī)供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)省電能同時(shí)改善空壓機(jī)性能、提高供氣品質(zhì)就成為我們關(guān)心的一個(gè)話題。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，我們選擇了一臺(tái)atlascopcoga-110型固定式螺桿式空壓機(jī)進(jìn)行了研究。
　　
　　空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式簡介
　　
　　本人以atlascopcoga-110型固定式螺桿空壓機(jī)電氣控制原理圖（如圖3所示）為例，對(duì)加、卸載供氣控制方式進(jìn)行簡單介紹。按下起動(dòng)按鈕sb2，kt1線圈得電，其瞬時(shí)閉合延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，km4和km6線圈得電動(dòng)作壓縮機(jī)電機(jī)開始y形起動(dòng)；此時(shí)進(jìn)氣控制閥yv2得電動(dòng)作，控制氣體從小儲(chǔ)氣罐中放出進(jìn)入進(jìn)氣閥活塞腔，關(guān)閉進(jìn)氣閥，使壓縮機(jī)從輕載開始啟動(dòng)。當(dāng)kt2到達(dá)設(shè)定時(shí)間（一般為5秒后）其延時(shí)斷開的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，延時(shí)閉合的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，km6線圈斷電釋放，km5線圈得電動(dòng)作，空壓機(jī)電機(jī)從y形自動(dòng)改接成△形運(yùn)行。此時(shí)yv2斷電關(guān)閉，從儲(chǔ)氣罐放出的控制氣體被切斷，進(jìn)氣閥全開，機(jī)組滿載運(yùn)行。（注：進(jìn)氣控制閥yv2只在起動(dòng)過程起作用，而卸載控制閥yv1卻在起動(dòng)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(dāng)超過設(shè)定的zui小壓力值pmin（也稱為加載壓力）時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器動(dòng)作，將控制氣輸送到進(jìn)氣閥，通過進(jìn)氣閥內(nèi)的活塞，部分關(guān)閉進(jìn)氣閥，減少進(jìn)氣量，使供氣與用氣趨于平衡。當(dāng)管線壓力繼續(xù)上升超過壓力調(diào)節(jié)開關(guān)（sp2）設(shè)定的zui大壓力值pmax（也稱為卸載壓力）時(shí)，壓力調(diào)節(jié)開關(guān)跳開，電磁閥yv1掉電。這樣，控制氣直接進(jìn)入進(jìn)氣閥，將進(jìn)氣口*關(guān)閉；同時(shí)，放空閥在控制氣的作用下打開，將分離罐內(nèi)壓縮空氣放掉。當(dāng)管線壓力下降低于pmin時(shí)，壓力調(diào)節(jié)開關(guān)sp2復(fù)位（閉合），yv1接通電源，這時(shí)通往進(jìn)氣閥和放空閥的控制氣都被切斷。這樣進(jìn)氣閥重新全部打開，放空閥關(guān)閉，機(jī)組全負(fù)荷運(yùn)行。
　　
　　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zui低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的zui低壓力。一般情況下，pmax、pmin之間關(guān)系可以用下式來表示：
　　
　　pmax＝（1＋δ）pmin
　　
　　δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。
　　
　　而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)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(jī)較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分：
　　
　　（1）壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量
　　
　　在壓力達(dá)到pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升（直到pmax）。這一過程中必將會(huì)向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另一方面，高于pmin的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近pmin。這一過程同樣是一個(gè)耗能過程。
　　
　?。?）卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量
　　
　　通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到pmax時(shí)，空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體作功，但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，據(jù)我們測算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的10%～15%（這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下）。換言之，該空壓機(jī)10%的時(shí)間處于空載狀態(tài)，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。
　　
　　2其它不足之處
　　
　?。?）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。
　　
　?。?）頻繁采用打開和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。
　　
　　恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)
　　
　　針對(duì)原有供氣控制方式存在的諸多問題，經(jīng)過上述對(duì)比分析，本人認(rèn)為可應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制。采用這一方案時(shí)，我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，壓力變送器yb將儲(chǔ)氣罐的壓力p轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送給pid調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值p0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的pid控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)送到變頻調(diào)速器vvvf，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力p始終接近設(shè)定壓力p0。同時(shí)，該方案可以增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。