東元A510系列變頻器應用于空壓機
一．概述
空壓機是各種工廠(chǎng)、筑路、礦山及建筑行業(yè)的必備設備，主要用來(lái)提供源源不斷的具有一定壓力的壓縮空氣。傳統空壓機主要以工頻運行，采用加載—卸載閥來(lái)控制空壓機的供氣，由于頻繁加載、卸載不僅浪費電能而且增加設備的機械磨損，并且加載是一個(gè)突然的過(guò)程，會(huì )對設備和電網(wǎng)造成較大的沖擊。因此對設計變頻式空壓機逐漸成為市場(chǎng)趨勢?？諌簷C有很多種類(lèi)，如螺桿式空壓機、活塞式空壓機、離心式空壓機、渦旋式空壓機等等，而螺桿式空壓機的市場(chǎng)潛力極大，并在很多行業(yè)得到廣泛的運用。
與變頻器組成空壓機控制系統時(shí)，用戶(hù)可選用東元空壓機控制器CCAC，也可選用普樂(lè )特控制器（內置東元變頻器驅動(dòng)），本文主要講述臺安空壓機控制器CCAC與東元A510變頻器組成的控制系統在螺桿式空壓機上的應用。
圖1 空壓機實(shí)物圖
二．產(chǎn)品特色
1．空壓機控制器CCAC-M
CCAC-M型空壓機控制器是本公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的高性能一體化空壓機專(zhuān)用控制器，針對不同的用戶(hù)群體可選用CCAC-M01（空壓機控制程式由我司設計，客戶(hù)只需設置相關(guān)參數即可，操作簡(jiǎn)單，適用于一般空壓機生產(chǎn)廠(chǎng)家）或CCAC-M02（空壓機控制程式開(kāi)放給客戶(hù)，客戶(hù)可自行設計控制程序，體現其空壓機之個(gè)性化特色，適用于擁有較強空壓機控制系統研發(fā)隊伍的生產(chǎn)廠(chǎng)家）。
主要特色：
⑴ 具有交流電源的相序檢測功能，防止電機反轉；
⑵ 變頻方式的PID恒壓控制，輸出壓力穩定；
⑶ 耗氣少的條件下具有自動(dòng)休眠功能，有利于節能，降低設備磨損；
⑷ 具有過(guò)溫預警、過(guò)溫停機、過(guò)氣壓保護等保護功能；
⑸ 可檢測顯示主電機工作輸出電流，輸出電壓，輸出功率；
⑹ 提供了RS485通訊端口，可用于與變頻器通訊（Modbus RTU協(xié)議）；
⑺ 顯示界面結構簡(jiǎn)潔易懂，無(wú)需特別學(xué)習和記憶；
⑻ 具有實(shí)時(shí)萬(wàn)年歷功能；
⑼ 16條故障記錄與歷史數據的查詢(xún)功能，故障記錄中具有時(shí)間標識；
⑽ 提供了操作員、代理商（或業(yè)主）、空壓機生產(chǎn)廠(chǎng)等多級密碼保護功能。
圖2 控制器操作面板
2．變頻器A510
A510是一款高功能重載型變頻器，內置RS-485接口，支持Modbus通訊協(xié)議，功率范圍：0.75～315KW，可基本覆蓋空壓機行業(yè)所用變頻器功率范圍。
圖 3 A510系列變頻器
三．螺桿式空壓機工作原理
以單螺桿空壓機為例說(shuō)明空氣壓縮機工作原理，如圖1所示為單螺桿空氣壓縮機的結構原理圖。螺桿式空氣壓縮機的工作過(guò)程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個(gè)過(guò)程。當螺桿在殼體內轉動(dòng)時(shí)，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進(jìn)氣口吸入，同時(shí)也吸入機油，由于齒溝嚙合面轉動(dòng)將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過(guò)程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮；當齒溝嚙合面旋轉至殼體排氣口時(shí)，較高壓力的油氣混合氣體排出機體。
采用變頻器可通過(guò)改變螺桿轉子轉速的方式來(lái)改變排氣量，當用氣量發(fā)生變化時(shí)，變頻器改變轉速的方式調節空壓機的排氣量，達到排氣壓力恒定不變，并節約能源的目的。
圖 4 螺桿式空壓機工作原理
四．空壓機系統組成
1. 在空氣壓縮機控制系統中，采用空壓機后端出氣管道上安裝的壓力傳感器來(lái)控制空氣壓縮機的壓力?？諌簷C啟動(dòng)時(shí)，加載電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，加載氣缸不動(dòng)作，變頻器拖動(dòng)電機空載運行，一段時(shí)間（可有控制器任意設定，在此設置為10S）后，加載電磁閥打開(kāi)，空壓機帶載運行。當空氣壓縮機啟動(dòng)運行后，如果后端設備用氣量較大，儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達到壓力設定值，則控制器發(fā)出信號驅使加載電磁閥閥動(dòng)作，打開(kāi)進(jìn)氣口，電機負載運行，不斷地向后端管路產(chǎn)生壓縮氣。如果后端用氣設備停止用氣，后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高，當達到壓力上限設定值時(shí)，控制器發(fā)出卸載信號，加載電磁閥停止工作，進(jìn)氣口濾清器關(guān)閉，電機空載運行。
當空壓機連續運行，壓縮機主體溫度會(huì )升高，當溫度達到一定程度時(shí)，本系統設定為80℃（可有控制器根據應用環(huán)境自行設定）風(fēng)機開(kāi)始運行，用于降低主機工作溫度。風(fēng)機運行一段時(shí)間，主機溫度下降，低于75℃風(fēng)機停轉。
2.目前空壓機控制方式常用的有兩種，即工頻、變頻
⑴ 工頻配線(xiàn)方式（Y-△啟動(dòng)）
工頻空壓機系統圖
圖5 工頻控制系統框圖
控制器配線(xiàn)圖
圖6 工頻控制控制器接線(xiàn)圖
電機配線(xiàn)圖
圖7 電機接線(xiàn)圖
工頻頻驅動(dòng)方式下，壓力傳感器檢測空壓機出氣口排氣壓力，根據設定的“上限壓力設置”和“下限壓力設置”值進(jìn)行進(jìn)氣閥的開(kāi)啟和關(guān)閉操作，使得出口壓力穩定在“上限壓力設置”與“下限壓力設置”值之間。由于螺桿式壓縮機嚴格要求不允許反轉，控制器會(huì )檢測引入空壓機系統的交流電源的相序，若有相序異常，將發(fā)出報警，使系統不能進(jìn)入運行狀態(tài)。
控制器常用參數設置：停機壓力值、壓力上限、壓力下限、加載延時(shí)時(shí)間、散熱風(fēng)機啟動(dòng)溫度、散熱風(fēng)機停止溫度
注：變頻器所用導線(xiàn)、接觸器、電抗器應根據說(shuō)明書(shū)所給定的規格選擇
⑵ 變頻配線(xiàn)方式
變頻空壓機系統控制圖
圖 8 變頻控制系統框圖
控制器配線(xiàn)圖
圖 9 變頻控制控制器接線(xiàn)
變頻器配線(xiàn)圖
圖 10 變頻控制時(shí)變頻器周邊接線(xiàn)圖
3．空壓機變頻驅動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)
⑴ 采用變頻方式可以使在用氣量不大的情況下,變頻器輸出頻率低于50Hz，從而達到節能目的(一般節能在30%左右)。
⑵ 在變頻方式下，控制器與變頻器搭配，通過(guò)PID調節，可以保證出口壓力恒定。
4．調試步驟
⑴ 根據東元A510變頻器及臺安CCAC-M型空壓機控制器的規格，完成電源線(xiàn)及控制線(xiàn)的配線(xiàn)，注意變頻器外圍選購件（如：空開(kāi)、斷路器、電抗器等）的連接及所用動(dòng)力線(xiàn)的線(xiàn)徑、材質(zhì)。
⑵ 設置控制器、變頻器參數，如上。
⑶ 上電運行空壓機，觀(guān)察設備是否運轉正常，若有故障，則根據具體故障現象排除故障，直至設備可以正常運行。
⑷ 設備運行正常后根據實(shí)際的用氣要求，調節合適的出氣口壓力，并使變頻器運行電流波動(dòng)在很小的范圍內，與電流波動(dòng)相關(guān)的參數有，控制器P、I。
五．典型客戶(hù)
目前成功使用東元A510系列變頻器應用在空壓機行業(yè)的主要客戶(hù)如下，涉及功率范圍為：11～220KW：
⑴ 上海復盛（CCAC-F02 + A510）
⑵ 福建華達（普樂(lè )特控制器 + A510）
⑶ 浙江紅五環(huán)（普樂(lè )特控制器 + A510）