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　　【摘 要】 针对空气压缩机能源耗费量大的问题，提出了一种基于变频技术的系统优化设计方法，实现了一套以变频器为控制核心的智能型节能控制系统。经过实践验证，该方法节电效果明显。使用该方法对空气压缩机进行优化设计可以提高压缩机的使用效率，实现节能减排。

　　【关键词】 矿用空气压缩机 变频技术 节能减排 优化设计

　　1 引言

　　能源枯竭、资源浪费是全球人们面临的共同性问题。在不可再生能源匮乏严重的前提下，如何提高能源利用效率，减少能源消耗已经成为各个行业亟待解决的难题。螺杆压缩机以其结构简单、重量轻、零件整体性好不易损坏的特点赢得许多行业的广泛关注。尤其是其平衡性好、振动小、以及容积率高，因此成为各个行业中最常用的压缩机机型之一。然而，螺杆式压缩机使用噪声大，工作时需要单独配置一套辅助设备，用于润滑油过滤、分离、冷却和加压。因此不可避免的造成能源消耗比较大。螺杆空气压缩机功率少则几十千瓦，多则上百，大型的压缩机功率甚至达到10000kW，假设能量损失在10%-20%，浪费能源将高达1000kW-2000kW；对于小型的压缩机虽然单个浪费能源量不大，但由于使用比较普遍，浪费总量也不容易忽视。因此研发出新型、环保、高效、节能的螺杆压缩机，即符合当前可持续发展社会对降低成本的需求，又符合减少能源消耗的发展战略要求。

　　变频是通过改变供电频率调节负载，从而达到降低功耗，延长设备使用寿命以及减小损耗的目的，其核心是变频器。变频器是一种可以改变供电频率的装置，通过改变供电频率，可以实现电动机运转速度率的自动调节，通过变频技术可以使得负载较小时采用较低功耗的输入，负载大使采用较高的输入，因此达到节能的目的。

　　目前以中央空调内的压缩机为代表的各类压缩机已经开始广泛使用变频技术。在文献[1]采用对理论分析和数学模拟的方法优化设计了转子型线等参数之间的内在规律，因此提高了压缩机工作效率。穆安乐[2， 3]则是从整机的角度考虑了泄露和损失对压缩机使用效率的影响，通过优化设计转子端面型线和转子几何特性值计算提高了整机的使用效率。另外，外部传动方式的优化等也是提高使用效率的有效手段。对机械结构优化的方法可以提高传动和运行效率，然而螺杆式压缩机，辅助设备耗能占据总耗能的很大比例。因此，提高螺杆式压缩机的效率需要兼顾压缩机系统的传送节能和辅助系统节能。变频技术具有优异的调速和启制动性能、效率高、功率因素高和节电效果明显的特点[4-7]，因此广泛应用于各类压缩机的设计当中。

　　1.1 变频调速原理

　　空气压缩机通常利用加压和卸载压力的方式使空气压力维持在一定范围。当空气压力达到最佳工作压力后，电机继续转动，会导致空气压力继续上升，而当上升超过指定范围后，压缩机会自动泄压，从而导致了能量损失。矿用螺杆式压缩机的电动机一般都是三相异步电动机，其转速可以表示为：

　　（1）

　　其中，为电机转速，表示激励电源的频率，为电机极对数，是转速差。变频技术的基本原理就是通过调节电源的频率，从而达到调节转速的目的。

　　调速的原理就是通过测量气缸内气体的压力，将其作为闭环的速度反馈，通过和给定的压力进行比较，得到偏差，将此信息传输到变频器后，经济学论文可以对电机转速进行重新的控制和调节从而使压力能够维持在一定范围内。

　　1.2 PID算法原理

　　PID算法的要素包括测量、比较和执行。其过程主要是将关心的变量进行测量，并与期望值相比较得到的偏差可以用于调节控制系统的相应。PID控制器由比例单元、积分单元和微分单元组成，输入和输出的关系可以表示为：

　　（2）

　　其中和分别代表了输入和输出信号，、、分别代表了比例系数、积分时间常数和微分时间常数。在压缩机调速系统中，针对系统稳定性、响应速度、稳定精度等指标，、、的作用如下：

　　比例环节：能够反映出输入和输出之间的偏差转速，当偏差不为零时产生控制作用，从而达到减少偏差的目的。数值的大小与系统响应速度和调节精度都成正比，但与系统稳定性成反比。