CN110185602A - 一种使空压机实现恒压供气的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使空压机实现恒压供气的方法及设备，包括：空压机压缩并输出气体；连接所述空压机输出端的储气罐接收空压机所压缩的气体并向用户供气；连接所述储气罐的压力传感器检测所述储气罐内的供气压力，并输出压力检测信号；连接所述压力传感器的控制器根据额定气压值P0和压力传感器输出的压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；连接在所述控制器与空压机之间的变频电机根据控制器输出的电机控制信号控制其驱动空压机工作的转速，从而使空压机向用户提供恒定压力的气体。

Description

一种使空压机实现恒压供气的方法及设备

技术领域

本发明涉及空压机技术领域，特别是一种能够使空压机实现恒压供气的方法及设备。

背景技术

空压机是一种用以压缩气体的设备，其由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由于气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器(消声器)进入气缸，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀(止回阀)进入储气罐，当排气压力达到额定压力比如0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至一定值比如0.3--0.4MPa时压力开关自动联接启动。

由于现有空压机在储气罐压力降至一定值比如0.3--0.4MPa时启动电动机以驱动压缩机工作，并在其排气压力达到额定压力比如0.7MPa自动停机，因而现有空压机储气罐压力一直在变化，而不是恒定的，因而不能根据负载用气量的变化而调整其供气量。

此外，现有的空压机采用的是进气阀开/关控制方式，当压力达到上限时阀关闭，压缩机进入轻载运行，当压力达到下限时阀门打开，压缩机进入满载运行，这样空压机频繁的轻载、满载运行，电动机频繁的起停，使得供气压力波动较大，不利于用户使用。同时，空压机的频繁起停会使得电机绕组发热严重，影响电机的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够使空压机实现恒压供气的方法及设备，以便解决上述现有技术存在的技术问题。

根据本发明的第一方面，本发明的一种使空压机实现恒压供气的方法包括：

空压机压缩并输出气体；

连接所述空压机输出端的储气罐接收空压机所压缩的气体并向用户供气；

连接所述储气罐的压力传感器检测所述储气罐内的供气压力，并输出压力检测信号；

连接所述压力传感器的控制器根据额定气压值P0和压力传感器输出的压力检测信号的压力的差值，生成电机控制信号；

连接在所述控制器与空压机之间的变频电机根据控制器输出的电机控制信号控制其驱动空压机工作的转速，从而使空压机向用户提供恒定压力的气体。

根据本发明的第二方面，本发明的一种使空压机实现恒压供气的设备包括：

压缩并输出气体的空压机；

连接所述空压机输出端的储气罐，用于接收空压机所压缩的气体并向用户供气；

连接所述储气罐的压力传感器，用于检测所述储气罐内的供气压力，并输出压力检测信号；

连接所述压力传感器的控制器，用于根据额定气压值P0和压力传感器输出的压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；

连接在所述控制器与空压机之间的变频电机，用于根据控制器输出的电机控制信号控制其驱动空压机工作的转速，从而使空压机向用户提供恒定压力的气体。

优选地，所述控制器被安装在控制器盒之内；所述控制器盒通过对流管连通用于过滤空压机气体的空气滤清器，以便利用进入空气滤清器的空气带走控制器散发的热量。

优选地，所述控制器盒在相对的两端分别设置连通用于过滤空压机气体的空气滤清器的连通孔以及对流孔；所述对流管一端连接空气滤清器的进气口，另一端对接控制器盒的连通孔。

优选地，所述空压机具有使其在每次启动时处于空载状态的空载形成机构。

优选地，所述空载形成机构包括安装在空压机上的空压机泄压阀，用于在所述空压机停机时，将空压机缸体内气体排出，以便空压机下次启动时处于空载状态。

优选地，所述空载形成机构还包括连接所述空压机泄压阀的所述控制器，用于根据在发出电机停机信号时向空压机泄压阀发送泄压信号，以便空压机泄压阀进行开阀操作，将空压机缸体内气体排出。

优选地，所述控制器包括用于检测电机工作状态的电流检测电路和电压检测电路，当电流检测电路和电压检测电路检测到电机工作电流和工作电压均为停机值时，向空压机泄压阀发送泄压信号。一般来说，电机工作电流和工作电压的停机值分别为零电压和零电流。

优选地，所述控制器还包括：接收压力传感器输入的压力检测信号的信号采集电路；对信号采集电路输出的压力检测信号进行滤波的硬件滤波器，用于滤除瞬间波动信号。

优选地，所述控制器还包括：将硬件滤波器输出的压力检测信号进行处理的MCU，以便根据额定气压值P0和压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；以及用于将电机控制信号输出给电机的电机驱动模块。

相对于现有技术，本发明的有益技术效果包括：

1、恒压控制，根据空压机进气量与出气量的平衡，调整电机转速，使压力罐内压力维持一定值。

2、节能省电，电机实现无极调速，通过设定不同的恒压值，自动调节电机的转速，进而改变电机的输出功率。

3、控制器冷却，合理利用了空气滤清罩的吸气，降低控制罩盒的环境温度，通过对流管将控制器产生的大部分热量带走。

4、空载起动，空压机每次停机后电磁泄压阀动作，将空压机缸头内气体排除，释放缸头内的压力，使得再次起动时接近空载起动。

5、实时供气，在恒压功能的基础上，根据用户终端用气量的需求，实时调整电机转速，输出不同容积的气体，实现需要时供气，不需要时不供气，需要多用气时输出大容积的气体，需要少用气时输出小容积的气体，实现实时供气功能。

下面结合附图对本发明进行详细说明，以便本领域技术人员进一步理解本发明上述技术内容。

附图说明

图1是本发明的使空压机实现恒压供气的设备的主视图；

图2是本发明的图1的C向视图；

图3是本发明的图1的左视图；

图4是本发明的图1的后视图；

图5是本发明的使空压机实现恒压供气的设备的电原理图；

图6是显示本发明的图5所示控制器的结构的示意图；

图7是本发明的使空压机实现恒压供气的方法的示意图。

附图标记说明：空气滤清器1；对流管2；控制器盒3；压力传感器信号线4；压力传感器5；储气管6；电磁泄压阀7；信号线8；用气终端9；对流孔10；空压机11；电机12；储气罐13。

具体实施方式

参见图1-图7，本发明的一种使空压机实现恒压供气的方法包括：空压机11压缩并输出气体；连接所述空压机11输出端的储气罐13接收空压机所压缩的气体并向用户供气；连接所述储气罐13的压力传感器5检测所述储气罐13内的供气压力，并输出压力检测信号；连接所述压力传感器5的控制器根据额定气压值P0和压力传感器13输出的压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；连接在所述控制器与空压机11之间的变频电机12根据控制器输出的电机控制信号控制其驱动空压机工作的转速，从而使空压机11向用户提供恒定压力的气体。

参见图1-图7，本发明的一种使空压机实现恒压供气的设备包括：压缩并输出气体的空压机11；连接所述空压机11输出端的储气罐13，用于接收空压机所压缩的气体并向用户供气；连接所述储气罐13的压力传感器5，用于检测所述储气罐13内的供气压力，并输出压力检测信号；连接所述压力传感器5的控制器，用于根据额定气压值P0和压力传感器13输出的压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；连接在所述控制器与空压机11之间的变频电机12，用于根据控制器输出的电机控制信号控制其驱动空压机工作的转速，从而使空压机11向用户提供恒定压力的气体。

参见图1-图2、本发明的控制器被安装在控制器盒3之内；控制器盒3通过对流管2连通用于过滤空压机11气体的空气滤清器1，以便利用进入空气滤清器1的空气带走控制器散发的热量。其中，所述控制器盒3在相对的两端分别设置连通用于过滤空压机11气体的空气滤清器1的连通孔以及对流孔10；对流管2一端连接空气滤清器1的进气口，对流管2的另一端对接控制器盒3的连通孔。

此外，为了使得空压机每次启动时处于空载状态，本发明的空压机11设有使其在每次启动时处于空载状态的空载形成机构。该空载形成机构包括安装在空压机上的空压机泄压阀7，用于在所述空压机停机时，将空压机缸体内气体排出，以便空压机下次启动时处于空载状态；以及连接所述空压机泄压阀7的所述控制器，用于根据在发出电机停机信号时向空压机泄压阀7发送泄压信号，以便空压机泄压阀7进行开阀操作，将空压机缸体内气体排出。

参见图6、本发明的控制器包括用于检测电机工作状态的电流检测电路和电压检测电路，当电流检测电路和电压检测电路检测到电机工作电流和工作电压均为停机值时，向空压机泄压阀7发送泄压信号。

参见图6，本发明的控制器还包括：接收压力传感器输入的压力检测信号的信号采集电路；对信号采集电路输出的压力检测信号进行滤波的硬件滤波器，用于滤除瞬间波动信号；将硬件滤波器输出的压力检测信号进行处理的MCU，以便根据额定气压值P0和压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；以及用于将电机控制信号输出给电机的电机驱动模块。

参见图1和图3，本发明的控制器安装固定于电机上，压力传感器5设置于储气罐13上，电磁泄压阀7设置于空压机11缸头。控制器上设置有压力传感器接口跟电磁泄压阀接口，分别通过线路4和线路8连接，传送电信号。

本发明的空载起动原理是，空压机每次停机时，转速为0，此时电流为0，这时候控制器发出指令给电磁泄压阀，使其动作，将缸头内的气体排出，使其泄压，这样再次启动时即接近空载起动。

本发明通过增加电磁泄压阀，每当空压机停止工作时，在控制器的指令下泄压阀动作，将空压机缸头内的气体排出，释放缸头内的压力，这样空压机再次启动时。缸头内压力很小，电机接近空载起动，起动电流小，有利于保护电机绕组绝缘不受损坏。

进一步的，随着恒压功能的应用，使得储气罐内压力始终维持在一定值，空压机进气量与终端用户使用的出气量始终平衡，控制器根据压力信号实时调整电机转速，使得电机在空压机工作过程中处于高效长期的运行状态，避免了频繁起停造成的不良问题。

本发明的恒压控制原理是，电动机拖动空压机旋转，使之产生压缩空气，并存储于储气罐中，储气罐中空气压力的大小取决于空气压缩机产生空气的能力，即取决于电动机的转速和用户用气量之间的平衡状况。

储气罐内压力P0为被控制量，通过压力传感器将储气罐内压力P1的压力信号变换成电信号给变频器，并与原先的压力值进行比较，控制器根据比较的偏差按设定的运算规律计算后产生控制信号，控制电动机的转速，实现储气罐内的压力始终维持在给定值上。即不同的压力值产生不同的转速，从而实现了电动机的无极调速。

同时，不同的转速对应着电动机不同的功率，这样在空压机运行过程中，随着用户用气量的变化，电机的转速处于变化状态，进而电机输出的功率也不同，对比传统的空压机的转速恒定、功率也恒定，有着明显的节能效果。

图6显示了控制器的结构及工作原理，其中，压力传感器信号经过硬件滤波，软件滤波得到稳定压力值，压力值输入PID控制器，得到实时压力与设定压力偏移量，控制算法根据偏移量确定下一时刻电机转速，驱动信号生成模块根据转速，电压、电流等信息生成驱动信号输出给电机驱动模块最终驱动电机。

本发明的控制器利用硬件滤波和软件滤波可以得到稳定的压力传感器信号；利用PID闭环控制，可以使压力更稳定，系统响应更快速。

综上所述，本发明的提供了一种恒压空载启动智能空压机设备，相对于现有技术，增加了控制器自冷、空载启动以及恒压控制功能。

本发明实现控制器自冷功能的技术措施包括：开启电源，空压机工作，空气滤清器1进气口正对控制器盒3，可以降低控制器盒3周边的环境温度，进一步，在空气滤清器1侧边设置一小孔，在控制盒3上设置一小孔，两个小孔之间通过对流管2连接，这样可以把控制器在控制过程中产生的热量吸走，在控制器盒3的另一边设置若干小孔，利于空气对流。

本发明实现空压机空载起动功能的技术措施包括：空压机停机时，电磁泄压阀7工作，排出缸内气体，降低缸内压力，使得空压机下次起动处于接近空载状态，这样电机起动过程不需要很大转矩，可以降低电机成本。电磁泄压阀信号通过管道8传送到控制器中。

本发明实现恒压控制的技术措施包括：当储气罐内压力低于设定值比如0.7Mpa时，意味着负载功率变大，出气量大于进气量，这时控制器控制电机转速提高，使得空压机进气量加大，罐内压力提高到控制器设定值，维持恒压状态。

本发明的恒压空压机的技术效果是：

1、恒压控制，根据空压机进气量与出气量的平衡，调整电机转速，使压力罐内压力维持一定值。

2、节能省电，电机实现无极调速，通过设定不同的恒压值，自动调节电机的转速，进而改变电机的输出功率。

3、控制器冷却，合理利用了空气滤清罩的吸气，降低控制罩盒的环境温度，通过对流管将控制器产生的大部分热量带走。

4、空载起动，空压机每次停机后电磁泄压阀动作，将空压机缸头内气体排除，释放缸头内的压力，使得再次起动时接近空载起动。

5、实时供气，在恒压功能的基础上，根据用户终端用气量的需求，实时调整电机转速，输出不同容积的气体，实现需要时供气，不需要时不供气，需要多用气时输出大容积的气体，需要少用气时输出小容积的气体，实现实时供气功能。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种使空压机实现恒压供气的方法，包括：

空压机11压缩并输出气体；

连接所述空压机11输出端的储气罐13接收空压机所压缩的气体并向用户供气；

连接所述储气罐13的压力传感器5检测所述储气罐13内的供气压力，并输出压力检测信号；

连接所述压力传感器5的控制器根据额定气压值P0和压力传感器13输出的压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；

连接在所述控制器与空压机11之间的变频电机12根据控制器输出的电机控制信号控制其驱动空压机工作的转速，从而使空压机11向用户提供恒定压力的气体。

2.一种使空压机实现恒压供气的设备，包括：

压缩并输出气体的空压机11；

连接所述空压机11输出端的储气罐13，用于接收空压机所压缩的气体并向用户供气；

连接所述储气罐13的压力传感器5，用于检测所述储气罐13内的供气压力，并输出压力检测信号；

连接所述压力传感器5的控制器，用于根据额定气压值P0和压力传感器13输出的压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；

连接在所述控制器与空压机11之间的变频电机12，用于根据控制器输出的电机控制信号控制其驱动空压机工作的转速，从而使空压机11向用户提供恒定压力的气体。

3.根据权利要求1或2所述的方法和设备，其中，所述控制器被安装在控制器盒3之内；所述控制器盒3通过对流管2连通用于过滤空压机11气体的空气滤清器1，以便利用进入空气滤清器1的空气带走控制器散发的热量。

4.根据权利要求3所述的方法和设备，其中，所述控制器盒3在相对的两端分别设置连通用于过滤空压机11气体的空气滤清器1的连通孔以及对流孔10；所述对流管2一端连接空气滤清器1的进气口，另一端对接控制器盒3的连通孔。

5.根据权利要求4所述的方法和设备，其中，所述空压机11具有使其在每次启动时处于空载状态的空载形成机构。

6.根据权利要求5所述的方法和设备，其中，所述空载形成机构包括安装在空压机上的空压机泄压阀7，用于在所述空压机停机时，将空压机缸体内气体排出，以便空压机下次启动时处于空载状态。

7.根据权利要求6所述的方法和设备，其中，所述空载形成机构还包括连接所述空压机泄压阀7的所述控制器，用于根据在发出电机停机信号时向空压机泄压阀7发送泄压信号，以便空压机泄压阀7进行开阀操作，将空压机缸体内气体排出。

8.根据权利要求7所述的方法和设备，其中，所述控制器包括用于检测电机工作状态的电流检测电路和电压检测电路，当电流检测电路和电压检测电路检测到电机工作电流和工作电压均为停机值时，向空压机泄压阀7发送泄压信号。

9.根据权利要求1或2或8所述的方法和设备，其中，所述控制器还包括：

接收压力传感器输入的压力检测信号的信号采集电路；

对信号采集电路输出的压力检测信号进行滤波的硬件滤波器，用于滤除瞬间波动信号。

10.根据权利要求9所述的方法和设备，其中，所述控制器还包括：

将硬件滤波器输出的压力检测信号进行处理的MCU，以便根据额定气压值P0和压力检测信号的压力P1的差值，生成电机控制信号；以及

用于将电机控制信号输出给电机的电机驱动模块。