正如各位读者所知，有许多方法可以节省工业压缩空气系统的能源。一种常见的技术是压缩机的变频驱动器（VFD）。有充分证据表明，与入口调节，装载-卸载和可变排量控制相比，带VFD的正排量压缩机可节省成本。在VFD压缩机开发的早期，它们基本上是“螺栓固定”驱动器。OEM提供了一台固定速度的压缩机，并安装了一个单独的VFD来控制现场。大多数螺杆压缩机制造商现在都提供新型封装的VFD压缩机，其设计与压缩机控制装置集成在一起。空气端，电机，润滑，冷却和速度范围针对VFD操作进行了优化。包装单元具有明显的优势，特别是如果需要新的压缩机。但是，有充分的理由用VFD改造一些压缩机。

本文的目标是说明为什么VFD改造有时是一个很好的选择，建议这样一个项目的先决条件，并为典型项目推荐一个模板。将参考肉类包装厂项目的案例研究。

考虑VFD改造项目的五个理由

节能是首要任务。没有这个优先权，该项目将不值得。新的VFD压缩机成本太高。如果可用资金有限，则可以证明改造是合理的。新的大型VFD压缩机没有空间或电力容量。与具有相同额定电机功率的传统压缩机相比，新型VFD压缩机需要更高的峰值电流。这是因为压缩机在高速时没有达到其峰值效率，并且在最高速度下存在额外的VFD损耗。新的VFD压缩机并不总能很好地集成到客户的主控制器中。通常，新的VFD压缩机作为多个压缩机系统中的独立单元出售，并且忽略了集成问题。在我们尝试集成它们的情况下，某些模型与第三方主控制和监视系统不能很好地连接。一些OEM在支持集成方面做得越来越好。存在用于改装的合适压缩机

推荐用于VFD改造项目的先决条件：

正确的压缩机尺寸和类型可用且状况良好：

为了将VFD压缩机正确地集成到多压缩机系统中，VFD压缩机必须具有比系统中任何固定速度压缩机更高的“调低”（最小-最大速度流量范围）。这允许VFD压缩机作为“固定调整”运行，或者始终满足变化负载的单元。如果VFD调低不够大，控制系统将出现“死区”问题。一个或多个定速压缩机将在VFD从最大速度到最小速度“狩猎”的同时装载和卸载，反之亦然。如果有多个VFD压缩机一起具有必要的摆动范围，则可以将它们一起作为“纵倾”容量进行操作。改装后的压缩机必须是正排量压缩机。虽然理论上可以在较小的速度范围内运行离心压缩机，但我们不建议将其用于改造项目。改装后的压缩机必须具有已知的速度范围。如果设备上的空气端包装在具有已知的公转子转速范围的VFD，齿轮或皮带传动组件中，则更容易确定。通常，油浸式旋转螺杆压缩机可以在psig下降至rpm，通常更低。无油压缩机对减速更敏感，因为温度随着低速滑动而增加。改装后的压缩机必须没有油流系统，要求全速运行以确保适当的油流量。我们在标准包中没有意识到这一点，但它可能存在。

电机可以处理VFD操作。有几点需要注意。首先，电流消耗将略高于现在的％负载，特别是在低频时，冷却将下降。有些压缩机具有边缘尺寸的电机并且正在运行调制，并且使用VFD，60Hz电流将比以前更高（调制将被调出）。此外，一些电机现在没有很好的冷却，并且在低速时容易过热，特别是TEFC电机。需要进行工程评估以确定电机是否合适。提供足够的技术支持。有一个电气承包商可以充当集成商，最好是员工的控制程序员/工程师，以及可以正确设计和调试系统的压缩机工程师。一些客户拥有实施此类项目的内部资源。大多数人没有。客户了解需要安装或更改主控件。如果系统中已存在“序列发生器”，则必须重新编程或可能更换。如果没有主控制，则需要一些控制。

案例研究背景

在本文中，我将参考肉类包装厂遇到的工作条件：

典型的生产流量=至acfm周末流量=acfm泄漏负荷=acfm（1）hpacfm和（1）hpacfm2级可变排量定速螺杆压缩机，机械状态良好，有些控制问题，10-15岁。hp压缩机调低=1acfm（1-rpm）（2）马力acfm螺杆压缩机，定速，水冷，机械状态良好，有些控制问题，25-30岁。主控制系统已安装但已关闭。hp以可变排量运行，hp卡在50％位移，hp关闭。常见的湿头，冷藏干燥，N2代，psig

年，马力的压缩机转换为水冷式，以便在满负荷运行时可靠运行，并安装了主控制器。系统之前设置的控制模式是使用主控制，如下所示：

0-acfm（从未在这里运行）：hp加载-卸载，hp关闭-acfm：hp压缩机，以可变排量模式运行并卸载-acfm：hp压缩机，以可变排量模式运行，（1）hp满负荷运行

平均效率良好，5.53acfm/kW。

年，我们建议进行维修和改进，包括：

重新调试主控制（由于某种原因，它们被关闭）。效率降至5.35acfm/kW。使用VFD改造hp压缩机重新编程主控制器以控制VFD压缩器减少需求分段高/低系统，安装小型高压压缩机。

肉类包装厂决定只做＃2项目，我们谈到他们做＃1作为先决条件。我们计算出这将节省大约10％的能量，实现约5.90acfm/kW的效率。

推荐用于VFD改造项目的九个实施步骤

1.使用压缩机纠正所有本地控制问题：压缩机必须能够在“本地”中正常运行才能在“远程”运行。在重新调试主控制之前，在案例研究中诊断并纠正了以下问题：

hp和hp压缩机上的可变排量控制装置采用机械调节器进行气动控制，不能由PLC控制。我们提出这个问题是我们认为主控制系统关闭的主要原因。这些先导阀可以手动调节，以便在主控制器压力范围内重叠，并且可能发生故障，从而严重破坏远程可控性。该调制控制将调整到主控制设定点以上。入口调制点将设置得更高，但仍在压缩机和电机的最大压力容量范围内。hp的可变排量控制设置得如此之低，以至于压缩机从未产生％的流量。它以50％的流量运行或关闭。这将在自动控制设置之上调整。hp压缩机上的进气阀不会关闭。当压缩机试图卸载时，排污阀排出油底壳，进气阀机构移动到关闭位置，但进气阀本身没有关闭。因此，压缩机在应该完全卸载时输送的流量在25-40％之间。排量控制器卡在50％，排气阀打开。这将被修复。我们在调制控制中测试了hp中的一个，并且先导阀将迫使压缩机来回运行0％/％。它甚至无法以稳定的方式控制调节阀。两台较旧的（马力）压缩机上的所有电动气动元件都将被更换。电机最大电流是一个问题，因此我们通过永久调整可变排量控制装置来调整顶端，将装置容量减少约6％，电流减少约4％。

2.修改和测试固定速度压缩机控制以实现正确的远程控制：建议进行以下更改。所有这些都是在我们的案例之前完成的，但需要在进入远程之前进行验证。

每个压缩机上的双位置本地/远程开关，或用于“远程”控制的控制器组。远程启动和加载，以及待机，运行和报警的反馈。这些可以是继电器干触点或通信网络上的位。验证远程加载并在进入完全自动之前开始工作。我们安装了简单的双位开关，模仿控制系统进行测试。确认远程加载时电机电流/功率达到满载范围，远程卸载时降至空载范围。

3.正确选择VFD。

我们建议使用线路滤波器来消除反射回客户电气系统的噪声。包括接口控件和PID板。最小界面是启动/停止和压力设定点。最小反馈是电流，速度和警报。选择恒转矩VFD。容积式压缩机是恒定的扭矩，实际上由于滑动而在较低速度下的扭矩略微增加。一些VFD设计用于风扇和离心泵等可变扭矩应用。恒定转矩VFD将在低速时处理更高的电流。选择不仅成本最低且本地支持的VFD。

4.正确安装VFD。

外壳和通风问题。尘土飞扬的环境中的VFD表现不佳。它们可能需要放置在干净的MCC中或正确封闭（带冷却风扇的防尘）。电机到VFD的距离。可能需要特殊接线。

5.要考虑的汽车问题：

如果电机是TEFC和/或在高温区域，我们建议改善冷却并安装电机RTD和报警。检查电机是否适合VFD操作。有些电机在VFD上运行良好，有些则没有。咨询您的电机供应商。在电机上安装轴接地刷或环，以防止轴承中产生涡流和轴承过早失效。

6.正确控制VFD本身。

考虑压缩机直接通过VFD启动和停止压缩机。它可以通过与VFD一起的现有启动器或VFD本身完成。但是，更少的组件更简单。从主控制器向VFD提供远程压力设定点。让它控制自己的PID卡和变送器的压力。将VFD变送器定位在与主控制器变送器相同的位置。将所有有用的VFD操作数据集成到主控制器中。至少需要电流（用于运行和过载条件）和速度（用于控制其他压缩机）。

7.在主控制之前测试VFD压缩机。

最小和最大速度操作。所有温度，电流/功率和压力是否在允许和预期范围内。进入驱动器的交流电流应与速度大致成50％线性关系。功率因数会下降，因此可能高达60％。电机电流需要在电机服务系数范围内。可能需要调整过载。油温差应该不会发生很大变化。油流量将下降与热率相同的百分比。过度的差异并不好，表明油流量低。

8.在本地控制中测试VFD压缩机控制：确保在PID板上正确设置增益和定时器，尤其是比例控制设置。在负载变化的情况下，压力和速度应稳定在设定点的约2psi范围内。

9.用于“目标”算法的程序主控制器：这是一种算法，使用VFD设定点作为“目标”，在包含VFD范围的压差中维持“基本负载”压缩器（除了VFD之外的所有压缩机）。

总之，我们认为一些项目最好使用VFD改造进行设计。这不是多数。但是，由于它通常被忽略，我们建议在规划阶段进行研究。如果VFD改造项目比新的VFD压缩机项目成本更低，集成度更高，更可靠，那么它应该被认为是一个可行的选择。