空压机变频器系统功能

1 系统功能：

▪自动容量调节控制

空压机采用容调控制，当排气量有富馀则压力升高到设定值（如0.7Mpa），空压机进入空载状态，空载电机耗电及放入大气的压缩空气都是无用功，加装变频的意义就在于省掉这部分无用功。

▪变频节能控制（使用任意一台均为变频控制）

变频器按照设定的压力和管道出口处的实际压力反馈信号实时调整空压

机电机的转速，从而调整排气量，达到需用多少产生多少，并保证压力的

稳定。变频器控制单元有一个内置的PID 控制器，它可以用于控制压力、流量和液位等过程变量。在启动了过程PID 控制之后，过程给定信号（设定点）取代速度给定信号。另外，一个实际值（过程反馈）也会反馈给传

动单元。过程PID 控制会调节传动单元的速度使实际测量值等于给定值。

下面右侧的方框图举例说明了过程PID 控制。左侧的图显示了控制器根

据压力测量值和压力设定值来调节空压机的运转速度。

▪变频节能控制能耗分析

我们知道，加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来

回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一

般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示：

Pmax＝(1＋δ)Pmin

δ是一个百分数，其数值大致在25%～40%之间。

而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气的工作压力上，即Pmin附近。

由此可知，在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分：

(1) 压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量

在压力达到Pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升(直到Pmax)。这一过程中必将会向外界释放更多的热量，从而导致能量损失。

另一方面，高于Pmin的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压至接近Pmin。这一过程同样是一个耗能过程。

(2) 卸载时调节方法不合理所消耗的能量

通常情况下，当压力达到Pmax时，空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。

关闭进气阀使电机空转虽然可以使空压机不需要再压缩气体作功，但空压机在空转中还是要带动螺杆做回转运动，据我们测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%～15%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之，该空压机至少在10%的时间处于空载状态，在作无用功。

▪变频节能控制的其他益处

供气压力稳定；实现加卸载转换的多个阀门几乎不用动作，增长了使用寿命；转速始终在最高值以下，主机的寿命会增长，设备运转噪音会降低；排气量低于最高值，设备的运行温度会下降，增长润滑油的使用寿命；各种滤材的寿命也会增长，降低维护费用；变频装置本身是一种软起动设备，可大大降低电机起动电流，降低对电网的污染。

▪自动记忆运行

当出现控制信号如给定信号、压力反馈信号丢失等故障时，变频器可以按照故障前15分钟内的平均运行值或预先设定的数值（如0.7Mpa）自动运行，同时给出故障提示。

▪瞬时掉电保护

如果电网电压瞬间丢失，传动单元将利用电机旋转的动能继续维持运行。只要电机旋

转并给传动单元提供能量，传动单元就会正常工作。如果主电流接触器保持闭合状态，传动单元在电源恢复后，可以立即投入运行。由于传动单元能在几毫秒内检测出电机的状态，因此在各种情况下电机都能立即启动，不存在启动延迟。如起动涡轮泵或风机。

2 直接转矩控制(DTC)

直接转矩控制(DTC)技术是A1000系列变频器的核心。在DTC中，电机的定子磁通和转矩作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机

的状态参数每秒钟被更新40,000次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较被不断

地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味着传动可以产生最佳的开

关组合并对负载的动态变化做出快速响应。在DTC中不需要对电压和频率分别控制的

PWM调制器，因此没有固定的斩波频率。

▪精确的速度控制

A1000的开环动态转速误差为0.4%s，闭环为0.1%s。而矢量控制变频器在开环时为

0.8%s，闭环时为0.3%s。A1000静态速度控制精度为0.1%，加装脉冲

编码器后的闭环速度控制精度为0.01%。

▪精确的转矩控制

A1000的开环转矩阶跃上升时间为1~5毫秒，而磁通矢量控制变频器在闭环时为10~20毫秒，开环时为100~200毫秒。因此A1000变频器是无伦比的。

▪200% 起动转矩

DTC提供的精确的转矩控制使得A1000能够提供可控且平稳的最大起动转矩，最大

起动转矩能达到200%电机额定转矩。

▪自动起动

A1000的自动起动性能可在几毫秒的时间内检测出电机的状态，并在0.48秒内迅速起动。而磁通矢量控制变频器则需大于2.2秒。

▪完善的磁通优化

在优化模式下，电机磁通被自动地适应于负载以提高效率，同时降低电机的噪音。得

益于磁通优化，基于不同的负载，变频器和电机的总效率可提高1%~10%。

▪降低电机噪音

在DTC中不需要对电压和频率分别控制的PWM调制器，没有固定的斩波频率。因此可以降低电机噪音，不会产生其它变频器驱动电机时所发出的那种高频噪声。

▪快速响应

DTC可以产生小于5毫秒的转矩阶跃上升时间，而其它变频器则需要100毫秒以上。这意味着A1000能够对控制过程和电源的瞬态变化做出极其

快速的响应。