空壓機在使用過程中的耗能是有目共睹的，北京中天節(jié)能公司依據(jù)變頻原理研制的中天高壓風機節(jié)電器可對所有馬達驅(qū)動的空壓機進行節(jié)電改造。總體節(jié)電效果顯著，節(jié)電率達20～50%。
現(xiàn)以北京中天節(jié)能公司為某有限公司的實際改造為例說明如下：
電業(yè)公司目前有4條全自動生產(chǎn)線，另有注塑機80來臺，所需的壓縮空氣由一組壓縮機組提供。該廠供氣系統(tǒng)共有380V壓縮機四臺，其中兩臺37KW始終工作，另55KW和45KW根據(jù)供氣情況在不同的時間段內(nèi)投入使用。由于壓縮機在設(shè)計上的不足及生產(chǎn)過程中不確定因素，此空氣壓縮系統(tǒng)存在如下缺陷：
浪費電能。生產(chǎn)線上壓縮空氣工作壓力要求為3kgf/cm2,輸氣總管上壓力保持在3.2kgf/cm2較合適。由于空氣不可能恒定，實際上，兩臺37KW空壓機運行基本可滿足要求，三臺空壓機運行，則出現(xiàn)較頻繁的排空放氣現(xiàn)象，浪費電能較為嚴重。而且系統(tǒng)壓力經(jīng)常在3kgf/cm2-4kgf/cm2大范圍波動，一定程度上影響某些工序的產(chǎn)品質(zhì)量。
噪音大。空氣壓縮機自動排空放氣時噪音極大，造成環(huán)境污染。
電網(wǎng)沖擊大。由于三臺空壓機均為工頻啟動、運行，機器的起動電流最高達到630A以上，對電網(wǎng)造成沖擊。
供氣量波動。由于系統(tǒng)無法自動調(diào)節(jié)供氣量，供氣量的波動對產(chǎn)品的質(zhì)量有一定影響。
綜上所述，可運用空壓機節(jié)能系統(tǒng)對現(xiàn)有空氣壓縮系統(tǒng)進行技術(shù)改造，利用PID控制變頻技術(shù)建立恒壓供氣系統(tǒng)，從而達到節(jié)電、減少噪音、降低設(shè)備摩損、減少對電網(wǎng)沖擊、提高功率因素、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量等效果。
空氣壓縮系統(tǒng)節(jié)電改造原理
1、節(jié)電原理簡介
節(jié)能控制器采用變頻技術(shù)及最新PID控制技術(shù)，利用壓力傳感器信號及有關(guān)電氣控制信號，根據(jù)設(shè)定的壓縮氣體壓力值控制空壓機馬達轉(zhuǎn)速，將氣壓維持在所需的壓力值上，將平時不必消耗的能量節(jié)省下來，從而達到節(jié)電的目的。
系統(tǒng)采用連續(xù)的程控，不存在頻繁啟動時的大電流沖擊現(xiàn)象，可有效保護電網(wǎng)。
2、改造要求
現(xiàn)廠方供氣系統(tǒng)共有壓縮機四臺，其中兩臺37KW始終工作，另55KW和45KW根據(jù)供氣情況在不同的時間段內(nèi)投入使用。廠方要求，空壓機供氣采用恒定壓力供氣，供氣氣壓范圍為0～1MPa；除兩臺37KW空壓機全頻（工頻）工作外，另外55KW及45KW可切換投入工作，其運行頻率根據(jù)所需氣壓受控運行。
3、控制方式
控制系統(tǒng)工作原理圖詳見下圖。
由圖可知，納入系統(tǒng)運行的有1臺55KW空氣壓縮機（1#泵），1臺45KW壓縮機（2#泵），2臺37KW壓縮機（3#，4#泵）。其中兩臺37KW工頻運行，不能調(diào)速，另兩臺由變頻器調(diào)速。根據(jù)該廠空壓機的具體情況，電機驅(qū)動設(shè)備變頻器選用55KW變頻器，可適應(yīng)55KW和45KW兩臺空壓機使用。
為實現(xiàn)輸氣管道上的恒壓供氣，在輸氣總管上安裝了一個壓力變送器，將管網(wǎng)里的壓力變換成4~20mA信號送到智能型自整定PID調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器將其輸入的4~20mA信號變成0~10VDC的電信號，控制變頻器的輸出頻率及輸出電壓，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)工作時，3#、4#泵工頻運行，如管網(wǎng)壓力不夠，變頻器控制2#泵開始工作，若工作到工頻狀態(tài)時管網(wǎng)上壓力仍不夠，變頻器自動切換到1#泵，使其變頻運行直至管網(wǎng)所需壓力；當管網(wǎng)壓力過高時，1#泵停止運行，變頻器自動切換到2#泵，若仍過高，則2#泵停止工作，僅3#，4#工頻運行即可。從而使總管的氣壓基本恒定，達到恒壓供氣的目的。
當壓縮空氣的消耗出現(xiàn)較大的變化，系統(tǒng)壓力達到設(shè)定的最大值或最小值時，裝于輸氣總管上電接點壓力表將檢測到的信號送入邏輯切換控制器，作為系統(tǒng)投入/切出工頻機組的一個重要條件（但不是唯一的）。當系統(tǒng)需要投入工頻機組時，系統(tǒng)首先綜合判斷哪一臺機組處于準備就緒狀態(tài)（STANBY），然后發(fā)出報警信號，經(jīng)延時后則執(zhí)行起動命令；壓力過大而須停機時，不必人工干擾，系統(tǒng)直接發(fā)出停機指令，使機組停機。
綜合效益分析
中天高壓風機節(jié)能控制器可最大程度上降低空壓機的耗電量，由于實現(xiàn)了無級調(diào)速控制，空壓機的耗電量就與氣動設(shè)備使用情況密切相關(guān)了。經(jīng)加裝空壓機節(jié)能控制器進行節(jié)電改造后，我們預(yù)計總體上的節(jié)電效果一般可達到20%～50%，有些空壓機可達到更高的水平。
這家公司空氣壓縮機組經(jīng)改造后，經(jīng)實測達到如下效果：
節(jié)省電能：恒壓供氣系統(tǒng)投入運行后，可使貯氣罐的氣壓保持在設(shè)定值的2.5%范圍內(nèi)，將自動排空而損失的電能節(jié)省下來，經(jīng)實測，節(jié)電率達到40%左右，同時功率因子提高至COSф>0.95，減少了無功損耗；
降低噪音，減少環(huán)境污染：恒壓供氣系統(tǒng)由于實現(xiàn)了變頻控制，基本上消除排空放氣的情況，從而改善了噪音對環(huán)境的污染；
延長機械部件使用壽命：使用空壓機節(jié)電系統(tǒng)后，空壓機大多數(shù)時間運行在工頻之下，能明顯減少機械部件的磨損，延長機器壽命，減少維修費用和縮短維修時間；
實現(xiàn)了軟起動：減少機組起動電流對電網(wǎng)的沖擊，同時可靈活地重復多次起動，避免了自藕降壓起動在這方面的不足；
實現(xiàn)恒壓供氣：系統(tǒng)投入運行后，提高了供氣可靠性和負載變化的調(diào)節(jié)能力，保證了恒定的供氣壓力，進一步保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；
運行可靠，故障率幾乎為零：系統(tǒng)設(shè)有過載、失壓、欠壓、過流、缺相等保護功能，運行可靠；
操作簡易，發(fā)生故障不影響生產(chǎn)：節(jié)能器發(fā)生故障后，可自動停機并發(fā)出故障信號，同時，可轉(zhuǎn)換到市電使空壓機正常運行，不影響生產(chǎn)。