CN104153979A - 一种动力用空气压缩机的运行控制方法及其压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力用空气压缩机的运行控制方法及其压缩机，通过对电机的启动/停止，以及与压缩机上各种阀的开启/关闭的配合，保证了空气压缩机始终间隔处于加载运行或停机待命两种状态；该压缩机包括压缩机主机(1)，电机(2)，供电装置(3)，压力传感器(4)，控制器(5)，与电机(2)连接的第一接触器(7)和第二接触器(8)，其中，第一接触器(7)通过启动器(6)与供电装置(3)连接，第二接触器(8)直接与供电装置(3)连接，且所述启动器(6)的启动/停止、第一接触器(7)和第二接触器(8)的吸合/断开均由控制器(5)连接控制；具有结构简单，设计合理，制作成本低，故障率低，可靠性高等优点。

Description

一种动力用空气压缩机的运行控制方法及其压缩机

技术领域

本发明涉及空气压缩机，特别提供了一种动力用空气压缩机的运行控制方法及其压缩机。 

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；三是用户用气量的变化是通过储气罐的压力的变化反映出来的。即当用户的用气量增大的时候，储气罐的压力就降低，当用户的用气量降低的时候，储气罐的压力就升高。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控制方法，或者调整主机运行速度的控制方法，来适应用户用气量的变化。采用空重车转换控制方法的压缩机，我们称为工频压缩机，采用调整主机转速控制方法的压缩机，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，工频空气压缩机的控制方法是电机星-三角启动，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，压缩机加载运行。基于这种控制方法的工频空气压缩机虽然没有增加额外的成本。但工频空气压缩机运行的缺点是当空气压缩机空载运行的时候，电机仍在运转，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。 

变频空气压缩机的控制方法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。变频空气压缩机控制方法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。但是基于变频器控制方法的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。 

因此，如何降低成本及能源浪费，提高空气压缩机的工作效率及可靠性，已成为本领域人员亟待解决的问题。 

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于以至少解决以往工频压缩机存在的空载运行，浪费能源以及变频压缩机存在的工作效率低，制作成本高，故障率高等问题。 

本发明一方面提供了一种动力用空气压缩机运行的控制方法，其特征在于，具体控制过程为： 

1)在压缩机无负载状态下，启动电机，当电机转速大于额定转速时，电机断电； 

2)当电机转速降到电机额定转速时，再次为电机通电，电机进行匀速转动，然后关闭压缩机的卸载阀，开启压缩机的吸气阀，压缩机开始加载运行； 

3)当与压缩机连通的储气罐内压力达到设定压力的上限值时，开启压 缩机的卸载阀和排气阀，关闭压缩机的吸气阀，释放压缩机主机内的压力，电机断电，压缩机停机待命； 

4)当与压缩机连通的储气罐内压力达到设定压力的下限值时，启动电机，当电机转速大于额定转速时，电机断电； 

5)重复步骤2)～步骤4)的控制过程，直至工作结束。 

优选，所述步骤1)和步骤4)中的启动电机，均为由慢到快的线性无级启动。 

本发明另一方面提供了一种动力用空气压缩机，其包括压缩机主机1，与压缩机主机1连接的电机2，供电装置3，用于与外界储气罐连接的压力传感器4以及与压力传感器4连接的控制器5，且所述控制器5分别控制压缩机主机1上的卸载阀1-1和排气阀1-3的开启/关闭，同时卸载阀1-1相应控制压缩机主机1上的吸气阀1-2的关闭/开启，其特征在于，所述空气压缩机还包括： 

分别与电机2连接的第一接触器7和第二接触器8，其中，第一接触器7通过启动器6与供电装置3连接，第二接触器8直接与供电装置3连接，且所述启动器6的启动/停止、所述第一接触器7和第二接触器8的吸合/断开均由控制器5连接控制。 

优选，所述启动器6为能够实现无级变速的线性启动器。 

进一步优选，所述启动器6为变频器。 

进一步优选，所述空气压缩机还包括消音器9，所述消音器9与压缩机主机1上的排气阀1-3连接。 

进一步优选，所述空气压缩机还包括空气冷却器10，所述空气冷却器 10与压力传感器4连接。 

本发明提供的动力用空气压缩机运行的控制方法，通过对电机的启动/停止，以及与压缩机上各种阀的开启/关闭的配合，保证了空气压缩机始终间隔处于加载或停机待命两种状态，避免了工频空气压缩机中空载现象的出现，解决了资源浪费的问题；同时空气压缩机在整个加载运行的过程中电机的运转速度是一样的，提高了空气压缩机的工作效率，降低成本；同时该控制方法中电机的启动是在空载状态下启动的，启动电流低，能有效降低能耗。 

本发明提供的动力用空气压缩机，通过控制器控制第一接触器的吸合/关闭来控制电机的得电启动和断电，通过控制器控制第二接触器的吸合/关闭来控制电机的运行和停止，进而实现空气压缩机的运行和停止，能够解决空气压缩机的空载能源浪费问题，节约能源。 

本发明提供的动力用空气压缩机的运行控制方法及其压缩机中，控制方法能够保证空气压缩机始终间隔处于加载运行或停机待命两种状态，具有节约能源，工作效率高等优点，而压缩机通过启动器的设置，实现了电机的随时给电启动和断电，具有结构简单，设计合理，制作成本低，故障率低，可靠性高等优点。 

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-1； 

图2为动力用空气压缩机结构示意图-2； 

图3为动力用空气压缩机结构示意图-3； 

图4为发明动力用空气压缩机控制方法流程图； 

图5为工频空气压缩机控制方法流程图； 

图6为变频空气压缩机控制方法流程图； 

图7为动力用空气压缩机运行控制方法电路示意图。 

具体实施方式

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。 

请参见图1、图2、图3为一种动力用空气压缩机，具体包括用于空气压缩的压缩机主机1，在压缩机主机上设置有卸载阀1-1、吸气阀1-2和排气阀1-3，同时压缩机主机1上还连接有为其提供动力的电机2，电机2上分别连第一接触器7和第二接触器8，其中，启动器6通过第一接触器7与电机2连接，启动器6与供电装置3连接，第二接触器8直接与供电装置3连接，启动器6的启动/停止、第一接触器7和第二接触器8的吸合/断开均由空气压缩机中的控制器5进行控制，从而控制电机2的给电与否，同时控制器5还可以分别控制压缩机主机1上的卸载阀1-1和排气阀1-3的开启 /关闭，而卸载阀1-1则可以控制吸气阀1-2的开启/关闭，控制器5上连接有压力传感器4，该压力传感器4与外界储气罐连接，控制器5根据压力传感器4传输的压力值与其内预设的压力值进行比较，进而控制启动器6、第一接触器7、第二接触器8、卸载阀1-1和排气阀1-3进行相应的动作，实现空气压缩机进行加载运行或停机待命。 

其中，启动器6优选为能够实现无级变速的线性启动器，从而减少对电机启动的冲击，延长电机的使用寿命，更为优选为变频器。 

与上述技术方案不同，还可以在压缩机主机1上的排气阀1-3上连接消音器9，用于压缩机主机内的压力释放时降低释放压力时产生的噪音。 

与上述技术方案不同，在压力传感器4上连接有空气冷却器10，用于降低排出压缩空气的温度。 

本发明提供的动力用空气压缩机的运行控制方法，下面具体以上述的空气压缩机结构为例进行解释说明整个控制过程。 

其中，该动力用空气压缩机中：1、电机可以是任意级数的，下面以4级电机为例进行说明。2、启动器优选为能够控制电机在启动时转速的提高是线性的(即无级调速)，下面是以变频器做为启动器为例说明。 

为了确保空气压缩机能够正常运转，进行压缩机的标准检测，首先检测压力传感器是否正常，若压力传感器正常则检测各种阀是否正常，若各种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温度是否正常，若压缩机主机温度正常则检测电机温度是否正常，若电机温度正常则检测电源是否正常，若电源正常则检测变频器是否正常，若变频器正常则检测压缩机的控制器(即工控机)是否正常，若压缩机的控制器 正常则启动空气压缩机，具体的运行控制过程为： 

1)按下控制器5上面的启动按键，动力用空气压缩机的第一接触器7吸合，控制器5控制压缩机主机1上的卸载阀1-1打开并延时2～5秒，同时吸气阀1-2关闭、同时变频器启动，变频器启动电机，经过3～4秒的加速时间，电机的运行转速由0rpm升至2000rpm左右，加速时间结束后，第一接触器7断开，电机断电，此时变频器停止工作； 

2)经过约0.5～1秒的延时，电机转速降低到1500rpm左右(本例是以4级电机为例，4级电机的额定运行转速为1500rpm)，此时控制器5控制第二接触器8吸合，卸载阀1-1打开并延时1秒，同时吸气阀1-2关闭，电机2得电运行，延时结束后，卸载阀1-1关闭，吸气阀1-2打开，压缩机加载运行； 

3)压力传感器4检测储气罐的压力，然后传输到控制器5，当压力达到控制器5设定的压力上限值时，控制器5控制卸载阀1-1、排气阀1-3打开并延时3～5秒，同时吸气阀1-2关闭，排气阀1-3通过与其连接的消音器9释放压缩机主机1内的压力，卸载阀1-1及排气阀1-3延时结束后，第二接触器8断开，电机2断电停止，压缩机待机，停止运行； 

4)压力传感器4检测储气罐的压力，然后传输到控制器5，当压力达到控制器5设定的压力下限值时，控制器5控制第一接触器7吸合，卸载阀1-1打开并延时2～5秒，同时吸气阀1-2关闭，变频器得电，变频器启动电机，经过3～4秒的加速时间，电机的运行转速由0rpm升至2000rpm左右； 

5)重复步骤2)～步骤4)的控制过程，直至工作结束。 

其中，控制器5的具体控制电路图见图7。 

本实施例所述动力用空气压缩机的运行控制方法，当压力传感器检测到系统压力发生变化时，控制器通过控制变频器的启动和停止、控制第一接触器的吸合和断开来控制电机的得电启动和断电，通过控制第二接触器的吸合或断开来控制电机的运行和停止，进而实现空气压缩机的加载运行和停机待命。 

其中，当压力达到控制器设定的压力值上限，压力传感器向空气压缩机的控制器发送信号，控制器控制接第二接触器断开，压缩机直接停机。如果压力降低到控制器设置的压力值下限，压力传感器向空气压缩机的控制器发送信号，控制器控制变频器的启动和停止、控制第一接触器的吸合和断开来控制电机的得电启动和断电、通过控制第二接触器的吸合来控制电机的运行进而实现空气压缩机的运行；不必像普通工频空气压缩机的控制方法那样通过开启或者关闭进气阀来改变压缩机的工作状态了，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的运行控制方法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。 

本发明中动力用空气压缩机的运行控制方法采用控制器控制第一、第二接触器的吸合和断开、控制变频器的启动和停止，来控制电机的启动和停止进而实现压缩机的加载运行和停机待命。使空气压缩机的运行状态只有加载运行和停机待命两种状态。但是，电机反复启动会严重损伤电机的 使用寿命(因为工频压缩机电机使用星-三角启动方式，启动电流是电机额定电流的4～6倍，所以频繁的启停，会导致电机温升高，耗电量高，轻者影响电机寿命，重者烧毁电机，普通电机反复启动的次数是＜6次/小时)。因此，对于电机的反复启动，本发明中的动力用空气压缩机的运行控制方法，不是使用常用的星-三角启动方法，而是使用变频器来控制电机的启动，先将第一接触器吸合，变频器启动，同时变频器控制电机启动加速，当电机转速从0rpm达到2000rpm左右时，第一接触器断开，变频器停止运行，电机断电延时0.5-1秒，这时电机轴靠本身的惯性仍在旋转，当断电延时结束后电机的转速刚好在1500rpm(本例是以及4级电机为例，4级电机的运行转速为1500rpm)左右，这时压缩机的控制器控制第二接触器吸合，电机在1500rpm的转速下得电运行，这样电机会很顺畅的运行而没有任何冲击，同时因为电机是通过变频器启动加速，启动过程是线性(无级调速)的，启动电流低，对电机没有任何冲击损伤，反复启动无多余的能量消耗，同时启动时间非常短电机也不会发热，这样就能保证电机的反复启动而不影响电机的使用寿命。这时变频器只参与电机的启动过程而不参与电机的运行，就不存在变频压缩机的变频器始终要参与运行而带来的变频器的二次能耗。 

此外，本发明中动力用空气压缩机的运行控制方法，能够保证空气压缩机的使用状态只有两种： 

一种是加载状态即压缩机全力工作，压缩机的使用效率最高； 

另一种是待机状态即压缩机停止运行，电机停止运转不存在任何的能源损耗。 

同时因为电机是使用变频器(无级调速)线性启动的，启动电流低，对电机无任何冲击，对电网无任何冲击，电机可以反复频繁启动而不会影响电机的使用寿命。同时变频器只参与电机的启动，电机启动后变频器停止运行，不存在变频器的二次能耗。因为变频器只参与电机的启动，电机启动时空气压缩机的吸气阀是关闭的，这样电机的启动过程就是基本无负载的启动过程，启动电流低，因此对于变频的功率选用上可以使用小于电机功率的变频器(变频空气压缩机的变频器选用功率范围要大于电机功率一个功率档)，这样大大降低了变频器的购入成本，而且变频器不参与压缩机的运行，根本不影响变频器的使用寿命。 

这样的控制方法下的空气压缩机只有加载运行，没有空载运行，也就是说用气量不足时压缩机加载运行，用气量充足时压缩机停机待命，压缩机只做有用功，不做无用功。 

将本发明中动力用空气压缩机的运行控制方法、变频空气压缩机运行控制方法、工频空气压缩机运行控制方法的实际应用情况进行对比，其中三种的控制流程具体见图4、图5、图6，不同工况下具体对比见表1。 

表1 

因此，本发明中动力用空气压缩机的运行控制方法及其压缩机，适用于多种工况，而且具有明显的优势。 

下面以具体数据实例进行说明 

例如：以一台电机功率：55KW，排气压力：0.8Mpa，排气量为10.1m3/min的空气压缩机为例，压缩机每天运行8小时，因为压缩机选型时排气量会留有20％-30％的余量，所以决大部分的压缩机工作时都不会全天满负荷工作。 

如果每天加载运行时间为5小时，空载时间为3小时。那么： 

1、普通工频空气压缩机每天会有3小时的空载时间，全年的空载时间为3X30X12＝1080小时，全年浪费电量共1080X55＝59400度电，以每度电1元计，全年共浪费电费：59400X1＝59400元。 

2、如果为变频空气压缩机，虽然压缩机基本无空载时间，但变频器本身运行中会产生3％～5％的电量消耗，这样，全年仅变频器本身浪费的电量为8X30X12X55X(3％～5％)＝4750～7920，以每度电1元计，全年浪费的电费：4750元～7920元。这里还没有计入变频压缩机在低速运行时压缩机的效率下降部分和变频电机本身效率低的部分的影响，如果全部计入，那么浪费的电费将达到1万元以上。 

3、本发明动力用空气压缩机运行控制方法的压缩机，因为没有空载运行所以不管运行多长时间，压缩机浪费的电量为0。 

以上举例是以压缩机每天工作8小时为例的，但是压缩机每天运行时 间达到16小时、24小时的工况是非常多的，这样计算下来产生的能源浪费是个天文数字。 

以下是在压缩机用户处收集的实际资料： 

1、压缩机电机功率为15KW，压缩机的总运行时间为1567小时，负载运行时间为282小时，这样总空载运行时间：1567-282＝1285小时，总浪费电量约；15X1285＝19275度。 

2、压缩机电机功率为22KW，压缩机总运行时间：2675小时，总负载运行时间：758小时，这样总空载运行时间：2675-758＝1917小时，总浪费电量约；22X1917＝42174度。 

3、压缩机电机功率为45KW，压缩机总运行时间：9283小时，总负载运行时间：2769小时，这样总空载运行时间：9283-2769＝6514小时，总浪费电量约；45X6514＝293130度。 

从以上实例可以看出压缩机空载这部分的能源浪费是非常是巨大的，而本发明中动力用空气压缩机的运行控制方法及其压缩机能够有效解决该问题。 

Claims (7)

1.一种动力用空气压缩机运行的控制方法，其特征在于，具体控制过程为：

1)在压缩机无负载状态下，启动电机，当电机转速大于额定转速时，电机断电；

2)当电机转速降到电机额定转速时，再次为电机通电，电机进行匀速转动，然后关闭压缩机的卸载阀，开启压缩机的吸气阀，压缩机开始加载运行；

3)当与压缩机连通的储气罐内压力达到设定压力的上限值时，开启压缩机的卸载阀和排气阀，关闭压缩机主机的吸气阀，释放压缩机主机内的压力，电机断电，压缩机停机待命；

4)当与压缩机连通的储气罐内压力达到设定压力的下限值时，启动电机，当电机转速大于额定转速时，电机断电；

5)重复步骤2)～步骤4)的控制过程，直至工作结束。

2.按照权利要求1所述动力用空气压缩机运行的控制方法，其特征在于：所述步骤1)和步骤4)中的电机启动，均为由慢到快的线性无级启动。

3.一种动力用空气压缩机，其包括压缩机主机(1)，与压缩机主机(1)连接的电机(2)，供电装置(3)，用于与外界储气罐连接的压力传感器(4)以及与压力传感器(4)连接的控制器(5)，且所述控制器(5)分别控制压缩机主机(1)上的卸载阀(1-1)和排气阀(1-3)的开启/关闭，同时卸载阀(1-1)相应控制压缩机主机(1)上的吸气阀(1-2)的关闭/开启，其特征在于，所述空气压缩机还包括：

分别与电机(2)连接的第一接触器(7)和第二接触器(8)，其中，第一接触器(7)通过启动器(6)与供电装置(3)连接，第二接触器(8)直接与供电装置(3)连接，且所述启动器(6)的启动/停止、第一接触器(7)和第二接触器(8)的吸合/断开均由控制器(5)连接控制。

4.按照权利要求3所述动力用空气压缩机，其特征在于：所述启动器(6)为能够实现无级变速的线性启动器。

5.按照权利要求4所述动力用空气压缩机，其特征在于：所述启动器(6)为变频器。

6.按照权利要求3所述动力用空气压缩机，其特征在于：所述空气压缩机还包括消音器(9)，所述消音器(9)与压缩机主机(1)上的排气阀(1-3)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：所述空气压缩机还包括空气冷却器(10)，所述空气冷却器(10)与压力传感器(4)连接。