深圳市四方电气技术有限公司  供稿

摘要：本文介绍了四方TS2600螺杆空压机单变频电控驱动系统在螺杆空压机上的成功应用。该方案采用一体化整合设计，将传统变频驱动系统的变频器、操作面板、控制端子、变压器、接触器及端子等集成于一体，系统运行稳定，可最大限度为客户节省能源，并降低维护成本。

关键字：TS2600；变频；螺杆空压机

一、引言

螺杆空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等行业有广泛的应用，是许多工艺流程中的核心设备，其装机容量一般取决于生产所需的最大气量并另外增加10%~20%的余量。由于生产中用气量的不均衡，当气体压力达到一定值时，空压机一般采用卸荷空载运行或者停止空气压缩机这两种方式，其中卸荷空载运行时的用电量为满负载的30%~60%，这部分电能被白白的浪费掉，而停止空气压缩机运行会带来电动机的频繁启停，对电网及其他设备的冲击较大，同时空气压缩机的寿命也会缩短。

另调查统计，全国各类电动机耗电量约占全国发电量的70%，其中80%为异步电动机，而且大多数电动机长时间处于轻载运行状态，特别是风机、泵类负载的电机。若在此类负载上使用变频调速装置，其耗电量将大幅降低。以空压机为例，其负载特性属恒转矩，其节电率N%=Δn↓%，即节电率等于转速下降的百分数（一般在20%左右，转速也不能过低，过低会加速机械的磨损）。

因此，如何设计出节能、稳定和自动化程度高的控制方案，是空压机使用及制造企业所面临的首要问题。随着电力电子技术的发展，变频驱动技术逐步引入了空压机领域，通过大量的应用案例及实测印证该方案具有运行压力稳定、对电网冲击小、运行安全、在一定范围内节能的优点。

二、变频螺杆空压机的优势分析

传统螺杆式空压机工频控制的技术弱点及变频控制的优势：

（1）加、卸载调节供气的控制方式严重浪费能源

传统的控制方式，空压机在加载时：从设定压力到卸载压力的加压过程中，电能白白浪费掉，而经过减压阀减压的过程，也是在浪费能量；空压机卸载时：关闭电磁阀使电机一直在空转，这种调整方法同样是极大的能力浪费，卸载时的功耗约占满载的20%~40%。

在变频控制方式下，变频驱动系统通过控制电机转速来控制气压，使输出压力始终维持在设定压力，输出压力保持恒定，避免频繁加卸载导致的电能浪费。

空压机属于恒转矩负载，单就输出功率而言，采用变频调速节能效果远不如风机泵类二次方负载显著。但空压机大多处于长时间连续运行状态，由于设计时都是按最大需求来选择排气量的，在实际运行中，非满载运行的时间的占的比例也非常高，非满载运行过程有着巨大的节能空间。

（2）启动电流冲击大

传统的空压机主电机采用Y-△减压起动，起动电流约为额定电流3倍，仍然很大，对电网冲击大，易造成电网不稳以及威胁其它用电设备的运行安全。

变频器可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；电机实现软启停，避免冲击电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；

（3）供气压力稳定性差

在产品生产环节，气压的稳定性对产品质量的影响是很大的，用户对供气压力精度都有一定要求，传统的空压机为避免气压不足，供气压力较要求值要偏高一些，但这样会使成本高、能耗大，同时频繁的加卸载也很难保证气压温度；

变频器可以闭环实时监测供气管路中气体的压力，PID调节器比较当前压力与设定压力差值比较，保证输出压力始终维持在设定压力，输出压力保持恒定，提高生产效率和产品质量。

三、TS2600螺杆空压机单变频电控驱动系统介绍

图1  TS2600螺杆空压机单变频电控驱动系统

TS2600系列螺杆空压机单变频电控驱动系统，是四方电气在最新的开放式驱动技术平台基础上，为空压机行业定制开发的高性能变频电控系统，集成了空压机设备控制与应用中的所有需求及变频驱动功能。系统使用高性能重载型矢量变频单元，配置变频空压机控制适配卡及控制面板，具有安装调试简易、集成度高、系统可靠性高、性价比高等优势，代表了空压机变频驱动领域的领先水平。

图2  系统简易接线参考图示 

四、TS2600螺杆空压机单变频电控驱动系统方案优势

（1）高整合一体化设计

 集成空开、接触器、继电器等空压机行业所应用的电气控制元器件，无须另外布线及增加电气元件，减少安装时材料、人工等成本。

（2）120%重载长期稳定运行

针对空压机行业这一特性，TS系列配置重载型变频控制单元；长期过载能力为额定值的120%，更加符合空压机实际的工作状况。

（3）适合空压机特性的四级PID设定

  合理的设定三段过程压力和持续时间，避免气压超调，兼顾气压快速响应调整，从而精准的控制气压。

（4）油温控制系统

 系统包含有油温控制系统，根据反馈温度和设置的启停温度值，控制油冷风机的启停，保持系统油温正常，当油温异常时，系统会自动停机报警，保护系统安全。

（5）LCD专用操作控制面板、时钟显示、多级密码保护

LCD专用操作控制面板可直接设置变频单元的相关参数、压力、温度控制参数，实时监控空压机运行状态，最多可记录八组故障记录，方便诊断空压机各项运行数据。

（6）安装、调试、维护方便

TS电控柜省去了常用的变压器、继电器等二次回路电气设备，以及铜排、线缆、端子等辅材，既减少了安装工时，提高了生产效率，降低了装配故障率，也使得调试时间大大减少；

（7）其他特色功能：

Ø 压力、温度等信号通过液晶界面一体化设置、检测；

Ø 空滤、油滤芯更换周期，保养时间等独立设定；

Ø 系统提供多级密码保护，可防止非法操作导致系统故障；

Ø 操作面板监控所有的运行参数，丰富的预警、保护功能；

Ø 提供一路独立485通讯接口，作为远程监控(可参考远程监控方案部分)及控制使用或作为多台空压机组网（TS系列）使用；

Ø 具有实时时钟功能，可显示当前时间并记录故障发生时间，方便维护及查询；

Ø 具有自动休眠功能，有利于节能，降低设备磨损。

五、结束语

变频螺杆空压机市场正在不断扩大，到2015年，我国的空压机市场容量将超过300亿元，国内的变频螺杆机正在经历普及的过程，变螺杆机虽然初始投资大，但是回报率高。随着政府的节能减排力度的加大，客户节能意识的提高，可以预见，变频螺杆空压机的成长性高、未来市场容量庞大。

在竞争激励的空压机市场中，企业能否有效的提高生产效率、工艺、节能降耗从而降低生产成本，已经成了企业能否生存发展的重要因素。TS2600系列螺杆空压机单变频电控驱动系统自推向市场以来，一体化整合设计极大的提高厂家的生产效率，高性能重载型矢量变频驱动系统既保证了空压机系统运行稳定，也最大限度为客户节省能源和降低维护成本，获得了配套厂商和终端用户的一致好评。