1.1煤礦空氣壓縮機系統概述
在傳統的煤礦井下巖石巷道掘進中，使用以壓縮空氣為動力的鑿巖機鉆孔，火藥爆破碎巖,耙斗裝巖機裝車的生產工藝。因此空氣壓縮機也是煤礦主要生產設備之一。空氣壓縮機站可以設在井上或井下，設置在井上的空氣壓縮機站，可以選用通用型電氣控制設備，在井下的空氣壓縮機站，一般設置在有新鮮風流通過的井底車場內，按《煤礦安全規程》的規定，在這種場合可以選用”礦用一般型”電氣設備。
附表 謀礦常用壓縮機型號及規格
型 號 3L-10/8 4L-20/8 5L-40/8 EP200
類 型 往復式 往復式 往復式 螺桿式
排氣量(M5/MIN) 10 20 40 20
排氣壓力(MPA) 0.8 0.8 0.8 0.86
電機功率(KW) 75 130 250 138
電機類型 繞線式 繞線式 同步電機 鼠籠型
煤礦常用的空氣壓縮機有往復式(活塞式)和螺桿式;常用壓縮機型號和主要技術數據見附表。
空氣壓縮機出廠時配套的排氣壓力調節裝置,多數為關閉進氣管式壓力調節器，其工作原理是當儲氣罐(風包)內空氣壓力超過設定壓力(0.815MPA)時，壓縮機進氣管上碟閥自動關閉，壓縮機進入空轉卸荷狀態。當儲氣罐內空氣壓力低于設定壓力(0.77MPA)時，壓縮機進氣管碟閥自動開啟，壓縮機又進入滿載工作狀態。空氣壓縮機的排氣量和壓力，在運轉中也不是不變的,常因所使用風動機械和風動工具的臺數多少而變化，所以空氣壓縮機工作時總是在重復滿載-卸荷工作方式.滿載時的工作電流接近電動機的額定電流;卸荷時的空轉電流約為30-50%電動機額定電流;這部分電流不是做有用功，而是機械在額定轉速下的空轉損耗.這種機械式調節裝置雖然也能起到壓力調節作用,但是壓力調節精度低，壓力波動大;壓縮機總是在額定轉速下工作，機械磨損大、電耗高。
根據空氣壓縮理論、壓縮機的軸功率、排氣量和軸轉速符合下列公司：
N= （MR×N）/9553（KW） VD1=K×VH1×N2（M5/MIN）
式中：N2—壓縮機軸功率,(KW)；
M—壓縮機輸入的平均軸扭矩,(N.M)；
N—壓縮機軸轉速,(R/MIN)；
K—與汽缸容積、壓力、溫度和泄漏有關的系數；
N2—調節后的壓縮機轉速，(R/MIN)；
VH1—一級缸容積，（M5）；
VD1—在N2轉速下的排氣量，（M5/MIN）。
根據上述理論分析，在空氣壓縮機的汽缸容積不能改變的條件下，只有調節壓縮機的轉速能改變排氣量；空氣壓縮機是恒轉矩負載，壓縮機軸功率與轉速呈正比變化；在壓縮機總排氣量大于風動工具用氣量時，通過降低壓縮機轉速調節供風壓力，是達到壓縮機經濟運行的有效方法。在可以選用的壓縮機變極電動機、改變皮帶輪傳動比、串極調速等調速方法中，變頻調速與其它調速方法相比，具有無極調速、容易實現自動控制、不用改變設備結構和安裝量小的特點。
變頻調速的優點是壓力給定方便，根據用氣量的變化隨時調整設定值，能夠實現壓力死循環運行，實現壓縮空氣的恒壓供應。
1.2空氣壓縮機選用變頻器時的有關要求
空氣壓縮機屬于恒轉矩類負載；壓縮機選用變頻器拖動的主要目的是按需要的用風量，合理調節供氣壓力的設定值，實現穩壓節能運行。按配套電動機額定功率選用相同容量的恒轉矩變頻器。變頻器要有內置PID調節功能和4～20MA或0～10V模擬信號接口；使用地點的電壓變動率要在變頻器允許輸入電壓范圍內。
1.3應用舉例
某礦地面空氣壓縮機站安裝3臺EP200型螺桿噴油式空氣壓縮機，額定排氣量20M3/MIN、排氣壓力0.8MPA，配用電動機功率138KW/ 380V，配套Y-Δ啟動箱；設計為兩臺工作一臺備用。實際運行中，最大用氣量期間，需要兩臺壓縮機運行，排氣壓力0.68MPA.用風量最小期間,一臺壓縮機運行。
按礦方要求我們選用易驅公司產品ED2003-4T0750M型,恒轉矩類通用變頻器一臺,并利用變頻器的可編程繼電器,組成一臺變頻器控制兩臺壓縮機的恒壓自動供氣系統.控制系統框圖見圖1所示；變頻器ED2003控制1#空氣壓縮機；壓力變送器安裝在總排風管上，回饋輸出4～20MA信號接入配電器PD,經PD輸出兩路4～20MA信號，一路去數顯壓力表，另一路做為回饋信號接入變頻器電流輸入口AI2;變頻器輸出繼電器AO1、AO2通過轉換開關接2#、3#壓縮機控制箱的運行、停止回路；變頻控制設計有自動、手動兩種工作方式，通過選擇開關SA轉換；選擇手動控制方式時，通過電位器RS給定頻率，人工調節供風壓力；選擇自動運行時，通過鍵盤設定供風壓力，變頻器內的PI調節器隨時檢測和比較回饋壓力和設定壓力，實現壓力死循環調節；當回饋壓力大于設定壓力時，驅動壓縮機減速，使供風壓力趨于設定壓力；當回饋壓力小于設定壓力時，驅動壓縮機增速，使供風壓力趨向設定值；當變頻器輸出頻率達到50HZ時，供風壓力仍然小于設定壓力時，繼電器AO1啟動2#（或3#）壓縮機，保持系統壓力恒定。用風量減少時，變頻器降低輸出頻率，當頻率低于下限頻率時，繼電器AO2停止2#（或3#）壓縮機；通過死循環控制實現系統恒壓控制。
按上述要求設計的壓縮機變頻調速系統，充分的運用了易驅變頻器的可編程控制功能，節省了一臺可編程控制器和調節器；實現用最少的控制組件，達到恒壓供氣的目的。
圖1 壓縮機恒壓供氣控制框圖
壓縮機變頻改造后運行平穩，工作壓力設定為0.68MPA,由變頻器控制1#、2#空氣壓縮機自動運行；實測日耗電量：改造前3941KWH，改造后3468KWH；年節約電量156090KWH，年節約電費85849.5元;投入回收期1.5年。
設備改造后實現了供風壓力死循環控制,減少了壓縮機啟停次數,減輕操作人員勞動強度;降低了耗電量和機械磨損,延長了機械使用壽命。