1 引言
公司空气压缩机（以下简称空压机）作为一种重要的工业动力设备在生产使用中存在以下三个方面的问题：
（1）空压机压缩空气质量（恒压）差、波动大，生产设备（空压机）故障率高、使用寿命短。不能满足生产工艺的要求。
（2）原空压机的供气量和压力调节是通过机械弹簧式调节器装置来调节，气压波动大、调节灵敏度低，只能进行间断的调节。当储气罐出口处管道内的压力超过预先设定的限值时，气体就顶开压力调节器的阀塞排空，造成电能浪费。
（3）空压机操作人员记录数据繁琐，工作环境噪音大。
为了生产工艺的要求，使空压机良好、经济地运行，我厂采用计算机对空压机工作过程中的一些重要参数，如温度、压力和等实行监测，并根据其工作情况对空压机进行实时控制。为节省电能，提高压缩空气质量，实现空压机软启动，在该系统中，我们使用变频器对空压机进行变频调速。在保证输出气压恒定的情况下，使空压机在最佳的转速和电压下运行，有效地节省电能、降低环境噪音。
2 系统工作原理
2.1 变频调速
变频调速控制系统充分应用了微机控制技术和交流电动机矢量变换控制技术，它采用正弦波脉宽调制电路，能模拟直流电动机的控制特点对交流电动机进行控制，使交流电动机的具有与直流电动机同样的调速性能。异步电动机转矩特征方程为
Ｍ＝ＫmΦmＩ2cosφ2（1）
式中，Ｍ为异步电动机转矩；Ｋm为常数；Φm为气隙磁通；Ｉ2 为转子电流； φ2为转子功率因数角。
气隙磁通Φm是定子电流和转子电流共同磁化的结果，并以和电流频率同步的速度在空间旋转。转子电流Ｉ2在鼠笼式交流异步电动机中并不是直接可控的。转子功率因数φ2的大小由下式决定
φ2=tg-1(sx2/r2) (2)
式中， s为转差率；x2为转子漏抗；r2为转子电抗。
由公式（1）和（2）可以看出，异步电动机的转矩M不仅与磁通Φm和转子电流Ｉ2有关，还与转速有关，且Φm、Ｉ2不是两个相互独立的变量。转矩的这种复杂性是异步电动机难于控制的根本原因。
因此，交流异步电动机矢量变频控制的原理就是通过坐标变换将交流异步电动机的定子电流分解成产生磁通Φ的定子磁场电流I1T，使二者互成直角，相互独立，然后分别进行调节。这样，交流异步电动机的转矩．转速控制就从原理和特性上与直流电动机相似了。
交流异步电动机的转速与频率成正比，随频率的变化而变化，其关系如下
n=60f (1-s) /p (3)
式中，n为异步电动机转速；f为电源频率；s为电动机转差率；p为电动机定子绕组对数。
空气压缩机变频调速系统中，置于储气罐出口处管道内的压力传感器将管道内气压值反馈到变频器中，与设定的压力值进行比较。变频器根据其差值输出一定频率的电压来控制空压机的转速，平滑控制压缩机的排气量，保证供气量与实际耗气量的动态平衡，保证输出一恒定的气压。
2.2变频器的基本参数
（1）加减速时间
加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器电流容量以下，不使过流失速引起变频器跳闸。
减速时间设定要求：防止平滑电路电压过大，不使再生过压而使变频器跳闸。
（2）电子热过载保护
本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。
电子热保护设定值（%）=[电动机额定电流（A）/变频器额定输出电流（A）]*100%
（3）转矩矢量控制
矢量控制是基于理论上认为：异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。因此，从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能，电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩，尤其是电动机在低速运行区域。
（4）节能控制
具有节能控制功能的变频器设计有专用v/f模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体情况设置为有效或无效。
为防止空压机出现故障而影响生产，一般都备用一台空压机。为了节省变频器的一次性投资，我们采用一台变频器分别切换两台同型号的空压机（一台工作，另一台备用）。
3 计算机控制系统
控制系统软件采用AB组态软件，图形界面，所有操作只需使用鼠标在屏幕上点击即可：
（1）初始数据输入。该模块用于每次操作前操作者的姓名或密码和日期输入，以及空压机的选择。
（2）被测参数显示报警。该模块的基本功能是将被测参数实时回收并显示到屏幕上。为方便操作者观察，设置数字和模拟两种方式，两种方式都有报警功能，且能相互切换。数字方式显示被测参数具有数值，正常值、报警值 、极限值分别用不的颜色显示。达到报警值 、极限值时，相应数字闪烁同时伴随蜂鸣器报警。模拟显示方式在屏幕上显示空压机简单外廓，在各检测点用不同色块显示其处于正常值、报警值或极限值。同样当某点达到报警值、极限值时，相应色块闪烁同时伴随蜂鸣器报警。
（3）运行监控。该模块主要完成空压机工时的检测数据回收、存盘、传送显示等功能。
（4）数据管理。该系统建立了一数据库，每隔一定时间将被测数据和操作者的姓名或密码、操作日期，以及空压机台号存一次盘，对于报警数据还加有标志，以便于查找。
4 总结
与旧控制系统对比，该系统采用空压机变频自动控制，提高了生产的自动化程度和安全性，减轻了操作人员的劳动强度。采用变频调速系统保障了压缩空气恒压输出，同时节省能源，实现电机软起动，降低了对电网的干扰，有效提高了电机寿命，使机房噪音降至50分贝以下，大大地改善了工作环境。
变频调速器的频率依据反馈信号的变化而改变，而电机转速则随之增减，电机消耗的功率与转速的立方成正比。随着电机转速降低，相应消耗的功率成倍降低，从而达到节能的效果。空气压缩机电机功率为75KW，系统改造后平均电流由原来的65~80A减少到30~60A以下,一个工作日可节电240KW·h左右，电价为 0.436元, 则每年(500个工作日计)可节约电费5万元左右。不到两年时间就可收回变频器投资，其经济效益极为可观。
参考文献
[1] ABB公司. SAMIGS 变频器用户手册.北京: ABB公司,1998. P23-P61。
[2]张燕宾.变频调速应用实践. 北京: 机械工业出版社,2004. P32-P58。
[3] 原魁.变频器基础及应用. 北京:冶金工业出版社,1996. P26-P30。
