以臺達變頻器在空壓機上的節能改造應用為案例進行說明。
空氣壓縮機在國民經濟和國防建設的許多部門中應用極廣，特別是在紡織、化工、動力等工業領域中已成為必不可少的關鍵設備，是許多工業部門工藝流程中的核心設備。提供自動化生產所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力，是生產流程順暢之要素，瞬間的壓降，即會影響產品品質。隨著變頻技術的成熟,變頻器在電氣傳動領域中應用越來越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機保護功能以及其特有的優點是目前在工控領域其它無可比擬的。以下空壓機為例說明變頻器如何達到節能的目的。
一、螺桿式空壓機的工作原理
螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。當螺桿在殼體內轉動時，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進氣口吸入，同時也吸入機油，由于齒溝嚙合面轉動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮；當齒溝嚙合面旋轉至殼體排氣口時，較高壓力的油氣混合氣體排出機體。
二、壓縮氣供氣系統組成及空壓機控制原理
壓縮氣供氣系統組成：
工廠空氣壓縮氣供氣系統一般由空氣壓縮機、冷干機、過濾器、儲氣罐、管路、閥門和用氣設備組成。
空氣壓縮機的控制原理：
在工廠的空氣壓縮機控制系統中， 普遍采用后端管道上安裝的壓力繼電器來控制空氣壓縮機的運行。空壓機啟動時，加載閥處于不工作態，加載氣缸不動作，空壓機頭進氣口關閉，電機空載啟動。當空氣壓縮機啟動運行后， 如果后端設備用氣量較大， 儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達到壓力上限值，則控制器動作加載閥，打開進氣口，電機負載運行，不斷地向后端管路產生壓縮氣。如果后端用氣設備停止用氣，后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高，當達到壓力上限設定值時，壓力控制器發出卸載信號，加載閥停止工作，進氣口關閉，電機空載運行。
三、螺桿式空氣壓縮機變頻改造
空壓機工頻運行和變頻運行的比較：
空壓機電機功率一般較大，啟動方式多采用空載（卸載）星-三角啟動，加載和卸載方式都為瞬時。這使得空壓機在啟動時會有較大的啟動電流，加載和卸載時對設備機械沖擊較大；不光引起電源電壓波動，也會使壓縮氣源產生較大的波動；同時這種運行方式還會加速設備的磨損，降低設備的使用年限。由于一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現降速調節輸出功率的匹配，電機不允許頻繁啟動，導致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行，電能浪費巨大。
對空壓機進行變頻改造，能夠使電機實現軟起軟停，減小啟動沖擊，延長設備使用年限；同時由于電機運行頻率可變，實現了空壓機根據用氣量的大小自動調節電機轉速，減少了電機頻繁的加載和卸載，從而較大幅度減小電動機的運行功率，使得供氣系統氣壓維持恒定，便可以實現節能的目的。
四、變頻改造方案設計原則
根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，空壓機變頻改造后系統應滿足以下要求：·電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。系統應具有變頻和工頻兩套控制回路。根據空壓機的工況要求，系統應保障電動機具有恒轉矩運行特性一。為了防止非正弦波干擾空壓機控制器，變頻器輸入端應有抑制電磁干擾的有效措施。
·在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運行時，應保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。生產工藝要求，變頻改造后，適當降低壓縮氣供氣系統的供氣壓力，將原來的高壓變流量供氣改變為變頻恒壓變流量供氣方式。
五、變頻器的選型
根據上述原則，選擇臺達的VFD-F系列風機水泵專用型變頻器，裝有工變頻切換裝置，只需加一只壓力變送器即可組成閉環控制系統。傳感器反饋的氣壓信號直接送入變頻器自帶的PID調節器輸入口，而壓力設定可以使用變頻器的鍵盤設定，使該系統能夠滿足上述工況要求。
VFD-F系列風機水泵專用型變頻器特點：
▲ 輸出頻率0.1-120Hz
▲ 可設定的V/F曲線
▲ 16段可預設速度與15段可程序運行
▲ 內置PID回授控制
▲ 時間/定量循環控制，輪泵功能
▲ 內置 Modbus (RS-485波特率可達38400bps)
▲ 支持通訊模塊：DN-02、LN-01、PD-01
多樣的變頻器運行狀態參數顯示，對控制信號和負載運行狀況一目了然。在進行變頻改造時我們將盡量保持原有設備主電路和控制電路的完整性，對其電路不作改動；這有利于在變頻器發生故障或是檢修時，空壓機可以很方便地改動回到原有的控制方式上去，這保證了空壓機在變頻和工頻狀態下都可以運行。
