论空压机用VSD变频电机的优点

戴国辉

【摘 要】空气压缩机是电厂和工业自动化许多领域都应用的机械设备，传统的空气压缩机具有噪音大，故障多，启动电流和启动扭矩大，磨损大，耗电量也大等缺点，而空压机使用VSD变频电机后，启动电流小，启动扭矩小，功率因数高，随负荷变化转换快，省电节能等优点，从变频器原理分析，逐步阐述VSD电机应用在空压机上的好处，是电子技术发展的一项技术革新，解决了传统空气压缩机的技术问题。为机组安全稳定运行提供可靠的技术保障。

【关键词】空压机；使用；VSD变频电机；优点

随着电子技术的高速发展，特别是晶闸管的出现，产生了IGBT绝缘栅双极型晶体管，这种具有GTR电力晶体管和MOSFET场效应晶体管双重特性的晶闸管应用在逆变器中形成了变频器的主电路，而把变频器用在空气压缩机上就使设备变得稳定和省电，保证了机组设备的安全性和经济性。

（一）空气压缩机的应用和发展

空气压缩机作为一种普通的机械设备，已经在各方面的领域得到了广泛的应用，小的应用比如我们看到的摩托车维修店，大的设备供电力或者其他热力设备相关的阀门仪表用气和其他自动化装置等，如车辆的制动、柴油机的启动等等，它种类繁多，参数各不相同，但是空气压缩机都是由电动机直接驱动，曲轴产生旋转运动的同时带动连杆使活塞产生来回的往复运动，促使气缸容积变化产生一定压力的压缩空气的一种设备。1、传统的压缩机电机启动电流大，一般为额定电流的7倍，瞬时产生的热量对设备和线路造成严重的影响，启动扭矩也大，造成机械磨损也大，另外传统电机负荷变化时反应慢，噪音大，功率因数小，耗电量大等缺点。2、但是随着电子技术的发展，特别是晶闸管的出现，促进了IGBT管的产生，这种集电力晶体管和MOSFET场效应晶体管于一体的晶闸管应用于变频器的逆变器中，可以使之前的电机工频电压和频率随负载的变化而变化，即V/F保持恒定，或者更确切地说ff1n时，就只调频率不调电压的近似恒功率调速方式，如下图所示。

从上图可知，一种速度可变化的驱动器（Variable Speed Drive）即VSD产生了，这就是我们现在生活中的变频器，它用在空气压缩机中驱动电机时启动电流小，启动扭矩也小，功率因数高，负荷变化时转换快，更重要的是可以省电节能，因此变频器在生产自动化方面广泛应用在空气压缩机设备上。

（二）VSD变频器主电路分析

异步电动机在运行中，其转速n=60f1（1-s）/p=n1（1-s），即改变电源的频率f1即可改变同步转速n1，从而改变电动机的转速n，另外电动机定子每相电动势E1=4.44f1N1·磁通，所以电动机定子电压一定时，f1与磁通成反比，磁通增加引起磁路饱和会导致功率因数与效率下降，磁通减少输出转矩和负载能力下降，因此调速时尽量保持电动机的磁通恒定即使用恒转矩的特性调速。

VSD变频器的原理图

三相交流电经过不可控二极管整流器整流为直流电，然后经电容器滤波后进入三电平逆变器，这样在逆变器的输出端会出现一系列的等幅而不等宽的近似正弦交流电压波形的矩形脉冲波，实现交一直一交变频器的要求。1、在整流器部分如果采用可控的晶闸管整流，由于可控开关较多以及线路复杂、设备庞大，调控时供电质量受影响，从而产生低次谐波电流导致脉动转矩增大，使电机的稳定性受影响。2、其次，逆变器采用高压三电平IGBT晶闸管，即中间直流电路的正、负极电位和中点电位送到电机上。相比二电频变频器其输出波形谐波较小，从而损耗降低。3、逆变器中的IGBT晶闸管并联的寄生二极管，其实是反并联的续流二极管，在有大电感（如电动机）的地方反并联二极管起续流保护作用，从而可靠地保证IGBT晶闸管的及时关断。

（三）VSD变频器与空气压缩机的连接

变频系统与空气压缩机的控制流程如下：

在MKIII电脑上设定参数，通过COM2组件模块上进行编程后进入变频器，从变频逆变后的交流电可以恒转矩调速VSD主电机，带动空气压缩机螺杆在活塞作往复运动，产生一定压力的空气。同时在压缩机螺杆出口通过压力传感器把信号送回MKIII电脑，识别后压力高卸载，压力低加载的自动运行状态。

（四）滤波和接地

1、由于波形=正弦波 + 高频谐波，所以VSD变频器采用的抗干扰措施是在电路中加入低频滤波器和高频滤波器，如下图所示：

低频滤波器可以滤除电网中低频谐波失真的干扰，而高频滤波器可以滤除电网中由接地线进入的高频谐波的干扰。

2、另外，由于变频器本身是一个电磁干扰源，因此必须注意变频器的正确接地，不然会干扰或中断其他电子器件，影响设备的正常运行，VSD变频器按照说明书上的正确接地显得尤为重要。

（五）VSD变频空气压缩机的优点

传统的空气压缩机靠皮带传动，外面没有隔音层，噪音相当大，自动加卸载阀手动操作，自动化程度不高，容易失灵，造成安全阀频繁动作，负载或负荷变化时不能很快适应，空压机经常跳闸，必须人为地时刻盯着，给运行人员增加许多劳动强度，在机组安全运行方面带来很大的安全隐患。而VSD变频器传动空压机四周用隔音海棉配置，隔音效果良好，自动加卸载通过传感器反馈给MKIII电脑调节系统，安全可靠。适应负荷变化能力强，启动时由于通过变频器启动，启动电流小，转矩小，所以对设备的影响小，磨损程度降低，功率因数大，无功功率小，另外由于采用变频调速，系统耗能减少，即耗电量减小，所以带VSD变频调速的空气压缩机在工业上得到了广泛的应用。

结束语

VSD变频调速的空气压缩机具有传统压缩机所无法比拟的优越性，它启动电流基本等于额定电流，即启动电流小，克服了传统空压机启动电流很大的问题，其次其启动扭矩小，对机械设备磨损减少，还有功率因数高，提高了有功功率的数值，节能省电明显。但是变频空压机也有许多要注意的地方。1、变频器电子元件注意通风，不能中断过滤纤维材料，2、驱动电机选用特殊的润滑脂，3、变频器如果一年不使用，必须对电容器重新充电，时间为每年一小时，4、供电的三相电压之间误差必须小于0.5%。

致谢

在论文写作过程中，衷心感謝各位老师的精心指导，特别是专业课老师们的用心教导，使论文得以顺利完成，在此再次致以诚挚的谢意！

参考文献：

[1]维修电工技师培训教材 机械工业出版社 2001年10月（2017、1重印）

[2]电工与电子基础 机械工业出版社 2001年4月（2015、2重印）

（作者单位：广州珠江电力有限公司）