变频技术在螺杆式制冷压缩机组上应用浅析摘要：本文在对我国压缩空气系统运行状态及空气压缩机组控制方式进行分析的 基础上，提出了变频技术对于压缩机空气系统有很大的节能空间 关键词：变频技术、螺杆式压缩机、节能1. 引言 由于具有清晰透明、无害无污染、没有危险、易运输等优点，压缩空气已 经广泛应用于各个工业领域，甚至被称为第四能源但是压缩空气也是一种很昂 贵的能源，特别是运行成本高，根据生命周期分析理论，压缩机的采购费用只是 全生命周期成本的 10%左右，而能源费用则高达 75％根据美国能源部的 2002 年全球调查结果，全球空压机平均负载率为 79％，而中国空压机平均负载率为 66％，低于全球空压机负载平均值 13 个百分点，具有很大的节能空间资料表 明：通过节能改造，例如应用管网优化技术、变频技术、压力控制技术和中央控 制技术等，很多压缩空气系统都能达到 10％以上的节能效果2. 螺杆压缩机的工作原理 螺杆式压缩机是一种高速回转的容积式压缩机，通过一对含有螺旋齿槽的 阴、阳转子（或称螺杆）相互啮合，造成容积的变化进行气体压缩，其工作原理 图如图 1 所示，空 气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调 节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。
滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，高效的注油系统能够 确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小舒适耗量，在气缸壁上形成的一层薄薄的 油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损经压缩后的空气温度较高，其 中混有一定的油气，经过油气分离器进行分离，之后，油气经过油冷却器冷却在 经过油过滤器流回储油罐，空气经过气后冷却器 （空气冷却装臵）进行冷却而 进入储气罐3. 压缩机系统控制 压缩机主电机运行方式为星-三角降压起动后全压运行，供气系统具体工作 流程为：当按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，压缩机在卸 载模式下启动，这时进气阀处于关闭位臵，而放气阀打开以排放油气分离器内的 压力等降压n秒（由时间继电器控制）后压缩机开始加载运行，系统压力开始 上升如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力，控制器使进气阀关闭， 油/气分离器放气，压缩机空载运行，直到系统压力降到压力开关下限值后，即 回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气 分离器放气阀关闭，压缩机满载运行4. 压缩机系统节能分析： 在管道供气系统中，最基本的控制对象是流量，供气系统的基本任务就是要 满足用户对流量的需求。
目前，常见的气体流量控制方式有加、卸载供气控制方 式和转速控制方式两种Q加、卸载供气控制 加、卸载供气控制方式即为进气阀开关控制方式，即压力达到上限时关阀， 压缩机进人轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进入满载运行由于压缩机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大 需要来决定电动机的容量，设计余量一般偏大工频起动设备时的冲击大，电机 轴承的磨损大，所以设备维护量大虽然都是降压启动，但起动时的电流仍然很 大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全，而且大多数是连续运行，由 于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的 变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的 时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力延长 压缩机的使用寿命压缩机的有些调节方式（如调节阀门或调节卸载等方式）即 使在需要流量较小的情况下，由于电机转速不变，电机功率下降幅度比较小⑥转速控制即通过改变压缩机的转速来调节流量，而阀门的开度保持不变（一般保持最 大开度）当压缩机转速改变时，供气系统的扬程特性随之改变，而管阻特性不 变。
在这种控制方式下，通过变频调速技术改变压缩机电机的转速，压缩机的供 气流量可随着用气流量的改变而改变，达到真正的供需平衡，在节能的同时，也 可使整个系统达到最佳工作效率变频器基于交－直－交电源变换原理，可根据 控制对象的需要输出频率连续可调的交流电压电动机转速与电源频率成正比， 因此，用变频器输出频率可调的交流电压作为压缩机电动机的电源电压，可方便 地改变压缩机的转速5. 变频技术应用于螺杆式制冷压缩机组对制冷压缩机组内的压缩机采用变频控制（压缩机能力可变控制），可以使 冷冻机对于冷冻负载的变动始终以接近设计条件的高效率进行运行，这就是将变 频器应用于冷冻压缩机的主要目的变频器控制冷冻机的主要优点如下 ：Q节能相应于冷却负载的变化改变压缩机转速，使其始终运行在最佳点，从而减少 所需动力Q恒温采用连续的容量控制可使冷藏品温度变化很小另外，即使对于临时的冷却 负载增加，也可以依靠加速来减小冷藏品的温度变化9冷冻能力的改善密闭式电机直接连接的压缩机在50hz地区的能力只有60hz地区的80%,而变频器控制则可以做到与电源频率无关，始终保持一定的能力蒸发器群上图是变频器控制某啤酒厂冷冻机的例子。
PID调节是由变频器自带的内置PID 调节器完成的在根据负载变化控制冷冻机转速的方法中，我们的目的是想 控制制冷机吸入口的温度，由于现场温度的采样比较困难，而吸入口的温度与压 力又有着一定的对应关系，且在现场管道安装压力变送器更容些，因而在本系统 中，我们采用压力传感器检测压缩机的吸入压，只要变频器控制该压力维持恒定 不变，则吸入口的温度也维持恒定不变同时考虑到冷冻机工作时的安全要求， 我们将该冷冻机原有的温度保护、油压保护等通过中继接入变频器，保证有温度 保护或油压保护动作时，变频器能立即自动停机，防止机械设备的损坏另外该 冷冻机原为两地控制，采用变频后我们仍保持原有的两地控制，这样，对操作人 员来说，更易于操作6. 结束语对于变频技术的不断发展及推广，变频器应用于螺杆式压缩机进行变频改 造，对于改善设备的运行工况、恒定供气压力、减小机械磨损、节约设备维护维 修费用、节约能源都具有非常现实的实际意义武汉新世界制冷工业有限公司 梁洁2006 年 7 月。