CN103306959A - 动力用空气压缩机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力用空气压缩机及其控制方法，其中，该动力用空气压缩机包括压缩机主机（1）、双速双功率电机（2）、主控制器（3）、低速接触器（4）、高速接触器（5）、软启动器（6）、电控箱（7），其中，低速接触器（4）、高速接触器（5）、软启动器（6）置于电控箱（7）内，电控箱（7）与主控制器（3）连接，电控箱（7）与双速双功率电机（2）连接，双速双功率电机（2）与压缩机主机（1）连接；通过本发明，提高了空气压缩机（9）的工作效率及可靠性，降低了成本及能源浪费。

Description

动力用空气压缩机及其控制方法

技术领域

本发明涉及通用机械设备的设计，特别提供了一种动力用空气压缩机及其控制方法。

背景技术

空气压缩机是气源装置中的主体，它是将电能转换为原动机（通常是电动机）的机械能，再将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置；电能转换为机械能会产生消耗，机械能转换为气体压力能的消耗更大，因此气体压力能成为一种昂贵的能源，空气压缩机也就成为企业的耗能大户。但是，气体压力能在各个行业都得到了广泛的应用，由于其应用的广泛性和能源消耗的巨大性，动力用空气压缩机节能有着巨大的社会效益和社会价值。

用户在使用压缩机的过程中一般存在三种情况：一是几乎所有的用户在用气过程中，其使用的气量都是波动的；二是用户在空气压缩机站配置过程中都要安装储气罐8的；三是用户用气量的变化是通过储气罐8的压力的变化反映出来的。 即当用户的用气量增大的时候，储气罐8的压力就降低，当用户的用气量降低的时候，储气罐8的压力就升高。为了适应用户用气量的变化，空气压缩机往往会采用空重车转换的方式，或者调整主机运行速度的方式，来适应用户用气量的变化。采用空重车转换方式的压缩机，我们称为工频压缩机，采用调整主机转速方式的压缩机，我们称为变频空气压缩机。

工频空气压缩机是指压缩机的主电机在标准的电源频率50赫兹的工况下运行的，其电机在运行的过程中，电机主轴的旋转速度是固定不变的。工频空气压缩机排气量的调整方式为进气阀控制，当系统压力达到设定的压力上限的时候，进气阀关闭，压缩机空载运行；当系统压力降低到设定的压力下限时候，进气阀打开，压缩机负载运行。工频空气压缩机虽然没有增加额外的成本。但工频空气压缩机的缺点是当空气压缩机空载运行的时候，会浪费大量的能源。在中国，工频空气压缩机的使用量大约有上百万台，通常一台空气压缩机有至少30%是空载运行的，仅空载运行这一项就造成了大量的能源浪费。

变频空气压缩机是通过变频器改变供给主电机电源的频率，使空气压缩机能够根据用户系统压力的变化，而使空气压缩机的主电机旋转速度发生变化。即当系统压力升高时，主电机转速降低，系统压力降低时，主电机转速升高。这样，通过主电机转速的变化来适应用户用气量的变化，使用户的系统压力能够保持基本稳定。变频空气压缩机最大的优点就是它基本消除了空气压缩机空载运行时间，使空载运行的能源消耗得到了最大程度的节省。但是变频空气压缩机也存在如下缺点：第一是用户的购买成本大幅度增加。变频电机、变频器、变频控制系统对于用户来说都是不小的花费，也因为这些成本的增加，变频空气压缩机到目前为止的应用范围还比较小，变频空气压缩机的节能优势没有真正体现出来；第二是变频空气压缩机本身的电能消耗，变频器的主要元器件比如整流二极管、电容、IGBT等都会发热损耗能源，变频器能源浪费最明显的例证就是变频器需要加散热器，以便将元器件损耗能源所产生的热量散发出去，并且由于变频器是将交流电转变为直流电来调节电机的转速，在交直流转变的过程中大约会消耗3～5%的电能。3～5%的能源浪费依然是一个巨大的数字，以55千瓦电机为例，如果用变频器控制，仅变频器本身一年的耗电就至少需要1万多元的费用。可见，变频器本身耗电也是不能忽略的；第三是变频器的使用使电机的效率下降，电机效率下降，空气压缩机耗能自然也就相应增加，通常而言工频电机的效率要比变频电机的效率好很多；第四是空气压缩机的可靠性降低，由于增加了相应的电器元件，空气压缩机的故障率会相应的有所增加。

针对现有技术中的变频空气压缩机和工频空气压缩机存在的成本高、能源浪费严重的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对变频空气压缩机和工频空气压缩机存在的成本高、能源浪费严重的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，本发明的主要目的在于提供一种动力用空气压缩机及其控制方法。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种动力用空气压缩机的控制方法，包括：将双速双功率电机2用软启动器6启动到高速运行，空气压缩机9启动后，软启动器6断开，高速接触器5吸合，此时电磁阀打开延时2～4秒，吸气阀是关闭的，确保空气压缩机9是空载启动的，空气压缩机9启动后，电磁阀延时结束，压缩机加载双速双功率电机2高速A级运行；

由压力传感器检测储气罐8的压力，然后传输到空气压缩机9的主控制器3，当压力达到空气压缩机9的主控制器3预先设定的压力上限值时，断开高速接触器5，延时0.01～1秒，低速接触器4吸合，双速双功率电机2低速B级运行；

由压力传感器继续检测储气罐8的压力，然后传输到空气压缩机9的主控制器3，当压力达到空气压缩机9的主控制器3预先设定的压力下限值时，打开电磁阀，延时1～3秒，空气压缩机9空载运行1~3秒后，断开低速接触器4，软启动器6启动并带动双速双功率电机2由低速B级运行转换到高速A级运行，转换完毕后，软启动器6断开，高速接触器5吸合，电磁阀关闭，压缩机加载双速双功率电机2高速A级运行。

进一步地，所述双速双功率电机2A级运行时空气压缩机产生最大排气量；

所述双速双功率电机2B级运行时空气压缩机产生最小排气量。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种动力用空气压缩机，包括压缩机主机1、双速双功率电机2、主控制器3、低速接触器4、高速接触器5、软启动器6、电控箱7，其中，低速接触器4、高速接触器5、软启动器6置于电控箱7内，电控箱7与主控制器3连接，电控箱7与双速双功率电机2连接，双速双功率电机2与压缩机主机1连接；

进一步地，所述电控箱7内还设置有接触器。

进一步地，所述动力用空气压缩机上还设置有空气冷却器；

所述空气冷却器与储气罐8连接；

所述空气冷却器与检测储气罐8压力的压力传感器连接；

所述压力传感器与主控制器3连接。

进一步地，所述动力用空气压缩机的出气口与储气罐8的输入口连接。

进一步地，当压力传感器检测到储气罐8压力发生变化时，主控制器3通过控制软启动器6、高速接触器5，低速接触器4的反复吸合或断开来实现空气压缩机9的排气量调整。

本发明所述动力用空气压缩机的控制方法，当压力传感器检测到系统压力发生变化时，主控制器3通过控制低速接触器4、高速接触器5、软启动器6的反复动作来实现空气压缩机9的排气量调整；而工频压缩机9当系统压力发生变化时的控制方式是，主控制器控制电磁阀打开或者关闭使压缩机9空载或加载，实现空气压缩机9的气量调整的；变频空气压缩机当系统压力发生变化时的控制方式是，主控制器控制变频器频率增加或者减少来改变变频电机的转速，实现空气压缩机9的气量调节的。动力用空气压缩机采用本发明所述的控制方法，既没有了工频压缩机9的空车过程中的能源浪费，也没有了变频空气压缩机的高成本和变频器及变频电机的能源浪费。

表1为动力用空气压缩机、变频空气压缩机、工频空气压缩机的实际应用情况对比。

表1

从表1上我们可以很直观的看到，本发明所述的动力用空气压缩机适用各种工况。显然，本发明所述的动力用空气压缩机适用范围更广，它不仅仅可以取代变频空气压缩机，同样可以替代现在广泛使用的工频空气压缩机。一个空气压缩机站的所有空气压缩机9都可以使用本发明所述的动力用空气压缩机，因为成本上相差不大，空气压缩机9站的所有空气压缩机9都可以参与空气压缩机9供气量的调节，调节的范围更大，更加节约能源。更重要的是，本发明所述的动力用空气压缩机满负荷运行时，也不会带来象变频空气压缩机那样的损失。

 

附图说明

 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为动力用空气压缩机结构示意图；

图2为动力用空气压缩机控制方法流程图；

图3为工频空气压缩机控制方法流程图；

图4为变频空气压缩机控制方法流程图；

图5为变频空气压缩机气量调整及其控制示意图；

图6为动力用空气压缩机气量调整及其控制示意图；

图7为动力用空气压缩机应用实例示意图。

其中，10-双速双功率电机高速A级运行；11-双速双功率电机低速B级运行；12-用户用气量变化；13-压缩机变频电机转速变化。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本发明实施例的动力用空气压缩机的结构示意图。如图1所示，动力用空气压缩机包括：压缩机主机1、双速双功率电机2、主控制器3、低速接触器4、高速接触器5、软启动器6、电控箱7，其中，低速接触器4、高速接触器5、软启动器6置于电控箱7内，电控箱7与主控制器3连接，电控箱7与双速双功率电机2连接，双速双功率电机2与压缩机主机1连接；

采用本发明，由于使用的是双速双功率电机2，不使用变频器，因此实现了低成本，避免了二次能源浪费。

根据本发明的上述实施例，所述电控箱7内还设置有接触器。

在本发明的上述实施例中，所述动力用空气压缩机上还设置有空气冷却器；

所述空气冷却器与储气罐8连接；

所述空气冷却器与检测储气罐8压力的压力传感器连接；

所述压力传感器与主控制器3连接。

根据本发明的上述实施例，所述动力用空气压缩机的出气口与储气罐8的输入口连接。

在本发明的上述实施例中，当压力传感器检测到储气罐8压力发生变化时，主控制器3通过控制软启动器6、高速接触器5、低速接触器4的反复吸合或断开来实现空气压缩机9的排气量调整。

图2为根据本发明实施例提供的动力用空气压缩机控制方法流程图；图6为根据本发明实施例提供的动力用空气压缩机气量调整及其控制示意图。如图2所示，该控制方法包括如下步骤：

将双速双功率电机2用软启动器6启动到高速运行，空气压缩机9启动后，软启动器6断开，高速接触器5吸合，此时电磁阀打开延时2～4秒，吸气阀是关闭的，确保空气压缩机9是空载启动的，空气压缩机9启动后，电磁阀延时结束，压缩机加载双速双功率电机2高速A级运行；

由压力传感器检测储气罐8的压力，然后传输到空气压缩机9的主控制器3，当压力达到空气压缩机9的主控制器3预先设定的压力上限值时，断开高速接触器5，延时0.01～1秒，低速接触器4吸合，双速双功率电机2低速B级运行；

由压力传感器继续检测储气罐8的压力，然后传输到空气压缩机9的主控制器3，当压力达到空气压缩机9的主控制器3预先设定的压力下限值时，打开电磁阀，延时1～3秒，空气压缩机9空载运行1~3秒后，断开低速接触器4，软启动器6启动并带动双速双功率电机2由低速B级运行转换到高速A级运行，转换完毕后，软启动器6断开，高速接触器5吸合，电磁阀关闭，压缩机加载双速双功率电机2高速A级运行。

根据本发明的上述实施例，所述双速双功率电机2A级运行时空气压缩机产生最大排气量；所述双速双功率电机2B级运行时空气压缩机产生最小排气量。

采用本发明，需要先进行如下基本步骤，启动空气压缩机，然后检测压力传感器是否正常，若压力传感器正常则检测电磁阀是否正常，若电磁阀正常则检测温度开关是否正常，若温度开关正常则检测压缩机主机是否正常，若压缩机主机正常则检测电机温度正常，若电机温度正常则检测软启动器是否正常，若软启动器正常则检测电源是否正常，若电源正常则检测压缩机主控制器即工控机是否正常，若压缩机主控制器正常则开启电磁阀，以上检测为标准检测，是所有压缩机都必须进行的步骤。

采用本发明，当压力传感器检测到系统压力发生变化时，主控制器3通过控制低速接触器4、高速接触器5和软启动器6的反复动作来实现空气压缩机9的气量调整；

采用本发明，应用方式之一是双速双功率电机2采用4/8级双速双功率工频电机，其中，空气压缩机9在4级状态下运行时，其电机功率达到其最大值、排气量为100%，当空气压缩机9在8级状态下运行时，其排气量和电机功率达到其最大值的50%，当用户的用气量发生变化时，置于压缩机9的空气冷却器空气冷却器与外接的储气罐8相通上的压力传感器向空气压缩机9的主控制器发送信号，如果压力降低到主控制器设置的压力值下限，主控制器调节电机4级运行，如果压力升高到主控制器设置的压力值上限，主控制器调节电机8级运行，其它型号的双速双功率电机或多速多功率电机的应用方式同理不必像工频空气压缩机那样通过开启或者关闭进气阀来改变压缩机9的工作状态了，进气阀关闭时，若电机仍在运行，不会产生压缩空气，此时电机运行就是在做无用功，会造成大量的能源浪费，因此本发明所述的动力用空气压缩机既克服了工频空气压缩机空载运行所带来的巨大能源浪费，同时也避免了变频空气压缩机的高成本、能源二次浪费、电机效率低以及整机可靠性下降等缺陷。

变频空气压缩机排气量的调整方法是，当用户用气量大的时候，系统压力降低，压力传感器将压力降低的信号发送至变频器，变频器控制主电机转速增加，主电机带动主机转速增加，主机排气量随之增大。用气量变小则相反，压力升高，变频器控制主电机转速降低，压缩机9排气量随之变小。在这个过程中主要变量是：用户用气量的变化和压缩机9主电机转速的变化。

采用本发明，以双速双功率电机2采用4/8级双速双功率工频电机为例，当用户的用气量变大时，系统压力降低，压力传感器将压力降低的信号发送给动力用空气压缩机的主控制器3，主控制器3控制双速双功率电机2在4级状态下运行；如果用户的用气量降低，那么系统压力则会升高，压力传感器将压力升高的信号发送给动力用空气压缩机的主控制器3，主控制器3控制双速双功率电机2在8级状态下运行。因此只要反复切换4级或者8级高速或者低速的运行时间，就会使压力保持在用户需要的范围内。在这个过程中的主要变量是：用户用气量的变化、空气压缩机9最大排气量运行4级状态时间和空气压缩机9最小排气量运行8级状态时间的变化。

因此，本发明不只是技术上的改变，更重要的是观念上的创新及突破，即由传统观念的转速变化来适应用气量的变化，变为最大产气量和最小产气量运行时间的变化来适应用气量的变化，并且适用范围广，比如活塞式空气压缩机可以使用6/8级双速双功率电机，螺杆式空气压缩机可以选用2/4级双速双功率电机，滑片式空气压缩机可以选用4/6级或4/8级双速双功率电机；采用本发明，A级运行时产生一个最大排气量，B级运行时产生一个最小排气量，但是，不是只有简单的两个排气量，而是通过控制双速双功率电机2，根据用户用气压力的变化来控制空气压缩机在最大产气量和最小产气量的运行时间即双速双功率电机2在4级高速和8级低速间的不同运行时间，实现空气压缩机排气量大小的自动调节，由于空气压缩机基本没有空载运行时间，这样就消除了压缩机空载的能源浪费从而实现了动力用空气压缩机能源节约。

采用本发明，在外部用气量发生变化时，主控制器3能够自动控制主电机在低速和高速之间自由切换。但是，双速双功率电机2由高速向低速切换的时候，双速双功率电机2会发热，长时间运行会影响电机的寿命，因此，当双速双功率电机2由高速向低速切换的时候，本发明并不是简单的立即转换，而是先将高速接触器4断开，延时0.01～1秒钟，当双速双功率电机2转速降到低速档速度相近时，低速接触器5才吸合，这样就能保证双速双功率电机2反复切换，而不影响双速双功率电机2的寿命；而双速双功率电机2由低速向高速转换过程则是由软启动器6来完成的，由于在软启动器6开始工作的时候，双速双功率电机2已经有了一定的初始转速，软启动器6启动过程启动电流会大大降低。另外为了保证双速双功率电机2在低转速点和高转速点运行的时候，主机的运行效率即比功率都达到主机最佳效率点，不因转速变化而发生主机效率下降，造成能源的二次浪费，因此主机的装配精度和加工精度要求都非常高。

采用本发明，假如用户的使用压力范围是7bar—8bar，那么当压力达到8bar时，控制器控制电机在8级运行，当压力降低到7bar时控制器控制电机转换到4级运行而4级和8级对应两个不同的排气量，这个过程根据用户实际使用气量的变化，储气罐8的压力也发生着变化，当用户用气量大时储气罐8压力下降的快，这时电机在4级状态运行的时间就相对多些。当用户用气量小时储气罐8压力下降的慢，这时电机在8级状态运行的时间就相对多些。在这个过程中压缩机9几乎没有空载如果有就是用户在压缩机9排气量的选型上不匹配，没有空载就说明压缩机9没有做无用功，而加载时也是根据用户实际用气情况的变化在4级和8级间转换，换句话说，就是用气量大就4级运行多，用气量小时就8级运行多，但4级或8级运行时做的都是有用功，没有浪费。

Claims (7)

1.一种动力用空气压缩机的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括，

将双速双功率电机（2）用软启动器（6）启动到高速运行，空气压缩机（9）启动后，软启动器（6）断开，高速接触器（5）吸合，此时电磁阀打开延时2～4秒，吸气阀是关闭的，确保空气压缩机（9）是空载启动的，空气压缩机（9）启动后，电磁阀延时结束，压缩机加载双速双功率电机（2）高速A级运行；

由压力传感器检测储气罐（8）的压力，然后传输到空气压缩机（9）的主控制器（3），当压力达到空气压缩机（9）的主控制器（3）预先设定的压力上限值时，断开高速接触器（5），延时0.01～1秒，低速接触器（4）吸合，双速双功率电机（2）低速B级运行；

由压力传感器继续检测储气罐（8）的压力，然后传输到空气压缩机（9）的主控制器（3），当压力达到空气压缩机（9）的主控制器（3）预先设定的压力下限值时，打开电磁阀，延时1～3秒，空气压缩机（9）空载运行1~3秒后，断开低速接触器（4），软启动器（6）启动并带动双速双功率电机（2）由低速B级运行转换到高速A级运行，转换完毕后，软启动器（6）断开，高速接触器（5）吸合，电磁阀关闭，压缩机加载双速双功率电机（2）高速A级运行。

2.按照权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

所述双速双功率电机（2）A级运行时空气压缩机产生最大排气量；

所述双速双功率电机（2）B级运行时空气压缩机产生最小排气量。

3.一种动力用空气压缩机，其特征在于: 

所述空气压缩机（9）包括压缩机主机（1）、双速双功率电机（2）、主控制器（3）、低速接触器（4）、高速接触器（5）、软启动器（6）、电控箱（7），其中，低速接触器（4）、高速接触器（5）、软启动器（6）置于电控箱（7）内，电控箱（7）与主控制器（3）连接，电控箱（7）与双速双功率电机（2）连接，双速双功率电机（2）与压缩机主机（1）连接。

4.按照权利要求3所述动力用空气压缩机，其特征在于：所述电控箱（7）内设置有接触器。

5.按照权利要求3所述动力用空气压缩机，其特征在于：

所述动力用空气压缩机上还设置有空气冷却器；

所述空气冷却器与储气罐（8）连接；

所述空气冷却器与检测储气罐（8）压力的压力传感器连接；

所述压力传感器与主控制器（3）连接。

6.按照权利要求3所述动力用空气压缩机，其特征在于：所述动力用空气压缩机的出气口与储气罐（8）的输入口连接。

7.按照权利要求3所述动力用空气压缩机，其特征在于：当压力传感器检测到储气罐（8）压力发生变化时，主控制器（3）通过控制软启动器（6）、高速接触器（5），低速接触器（4）的反复吸合或断开来实现空气压缩机（9）的排气量调整。

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