正如各位讀者所知，有許多方法可以節省工業壓縮空氣系統的能源。一種常見的技術是壓縮機的變頻驅動器（VFD）。有充分證據表明，與入口調節，裝載 - 卸載和可變排量控制相比，帶VFD的正排量壓縮機可節省成本。在VFD壓縮機開發的早期，它們基本上是「螺栓固定」驅動器。OEM提供了一臺固定速度的壓縮機，並安裝了一個單獨的VFD來控制現場。大多數螺杆壓縮機製造商現在都提供新型封裝的VFD壓縮機，其設計與壓縮機控制裝置集成在一起。空氣端，電機，潤滑，冷卻和速度範圍針對VFD操作進行了優化。包裝單元具有明顯的優勢，特別是如果需要新的壓縮機。但是，有充分的理由用VFD改造一些壓縮機。
本文的目標是說明為什麼VFD改造有時是一個很好的選擇，建議這樣一個項目的先決條件，並為典型項目推薦一個模板。將參考肉類包裝廠項目的案例研究。
考慮VFD改造項目的五個理由
節能是首要任務。沒有這個優先權，該項目將不值得。新的VFD壓縮機成本太高。如果可用資金有限，則可以證明改造是合理的。新的大型VFD壓縮機沒有空間或電力容量。與具有相同額定電機功率的傳統壓縮機相比，新型VFD壓縮機需要更高的峰值電流。這是因為壓縮機在高速時沒有達到其峰值效率，並且在最高速度下存在額外的VFD損耗。新的VFD壓縮機並不總能很好地集成到客戶的主控制器中。通常，新的VFD壓縮機作為多個壓縮機系統中的獨立單元出售，並且忽略了集成問題。在我們嘗試集成它們的情況下，某些模型與第三方主控制和監視系統不能很好地連接。一些OEM在支持集成方面做得越來越好。存在用於改裝的合適壓縮機
推薦用於VFD改造項目的先決條件：
正確的壓縮機尺寸和類型可用且狀況良好：
為了將VFD壓縮機正確地集成到多壓縮機系統中，VFD壓縮機必須具有比系統中任何固定速度壓縮機更高的「調低」（最小 - 最大速度流量範圍）。這允許VFD壓縮機作為「固定調整」運行，或者始終滿足變化負載的單元。如果VFD調低不夠大，控制系統將出現「死區」問題。一個或多個定速壓縮機將在VFD從最大速度到最小速度「狩獵」的同時裝載和卸載，反之亦然。如果有多個VFD壓縮機一起具有必要的擺動範圍，則可以將它們一起作為「縱傾」容量進行操作。改裝後的壓縮機必須是正排量壓縮機。雖然理論上可以在較小的速度範圍內運行離心壓縮機，但我們不建議將其用於改造項目。改裝後的壓縮機必須具有已知的速度範圍。如果設備上的空氣端包裝在具有已知的公轉子轉速範圍的VFD，齒輪或皮帶傳動組件中，則更容易確定。通常，油浸式旋轉螺杆壓縮機可以在100psig下降至900rpm，通常更低。無油壓縮機對減速更敏感，因為溫度隨著低速滑動而增加。改裝後的壓縮機必須沒有油流系統，要求全速運行以確保適當的油流量。我們在標準包中沒有意識到這一點，但它可能存在。
電機可以處理VFD操作。有幾點需要注意。首先，電流消耗將略高於現在的100％負載，特別是在低頻時，冷卻將下降。有些壓縮機具有邊緣尺寸的電機並且正在運行調製，並且使用VFD，60Hz電流將比以前更高（調製將被調出）。此外，一些電機現在沒有很好的冷卻，並且在低速時容易過熱，特別是TEFC電機。需要進行工程評估以確定電機是否合適。提供足夠的技術支持。有一個電氣承包商可以充當集成商，最好是員工的控制程式設計師/工程師，以及可以正確設計和調試系統的壓縮機工程師。一些客戶擁有實施此類項目的內部資源。大多數人沒有。客戶了解需要安裝或更改主控制項。如果系統中已存在「序列發生器」，則必須重新編程或可能更換。如果沒有主控制，則需要一些控制。
案例研究背景
在本文中，我將參考肉類包裝廠遇到的工作條件：
典型的生產流量= 2200至2700 acfm周末流量= 1400 acfm洩漏負荷= 800 acfm（1）400hp 2200 acfm和（1）200hp 960 acfm 2級可變排量定速螺杆壓縮機，機械狀態良好，有些控制問題，10-15歲。400hp壓縮機調低= 1100 acfm（1800 - 900 rpm）（2）150馬力750 acfm螺杆壓縮機，定速，水冷，機械狀態良好，有些控制問題，25-30歲。主控制系統已安裝但已關閉。400hp以可變排量運行，200hp卡在50％位移，150hp關閉。常見的溼頭，冷藏乾燥，N2代，100 psig
2011年，400馬力的壓縮機轉換為水冷式，以便在滿負荷運行時可靠運行，並安裝了主控制器。系統之前設置的控制模式是使用主控制，如下所示：
0-960 acfm（從未在這裡運行）：200hp加載 - 卸載，400hp關閉960-2200 acfm：400hp壓縮機，以可變排量模式運行並卸載2200-3700 acfm：400hp壓縮機，以可變排量模式運行，（1）150hp滿負荷運行
平均效率良好，5.53 acfm / kW。
2014年，我們建議進行維修和改進，包括：
重新調試主控制（由於某種原因，它們被關閉）。效率降至5.35 acfm / kW。使用VFD改造400hp壓縮機重新編程主控制器以控制VFD壓縮器減少需求分段高/低系統，安裝小型高壓壓縮機。
肉類包裝廠決定只做＃2項目，我們談到他們做＃1作為先決條件。我們計算出這將節省大約10％的能量，實現約5.90 acfm / kW的效率。
推薦用於VFD改造項目的九個實施步驟
1.使用壓縮機糾正所有本地控制問題：壓縮機必須能夠在「本地」中正常運行才能在「遠程」運行。在重新調試主控制之前，在案例研究中診斷並糾正了以下問題：
400hp和200hp壓縮機上的可變排量控制裝置採用機械調節器進行氣動控制，不能由PLC控制。我們提出這個問題是我們認為主控制系統關閉的主要原因。這些先導閥可以手動調節，以便在主控制器壓力範圍內重疊，並且可能發生故障，從而嚴重破壞遠程可控性。該調製控制將調整到主控制設定點以上。入口調製點將設置得更高，但仍在壓縮機和電機的最大壓力容量範圍內。200hp的可變排量控制設置得如此之低，以至於壓縮機從未產生100％的流量。它以50％的流量運行或關閉。這將在自動控制設置之上調整。200hp壓縮機上的進氣閥不會關閉。當壓縮機試圖卸載時，排汙閥排出油底殼，進氣閥機構移動到關閉位置，但進氣閥本身沒有關閉。因此，壓縮機在應該完全卸載時輸送的流量在25-40％之間。排量控制器卡在50％，排氣閥打開。這將被修復。我們在調製控制中測試了150hp中的一個，並且先導閥將迫使壓縮機來回運行0％/ 100％。它甚至無法以穩定的方式控制調節閥。兩臺較舊的（150馬力）壓縮機上的所有電動氣動元件都將被更換。電機最大電流是一個問題，因此我們通過永久調整可變排量控制裝置來調整頂端，將裝置容量減少約6％，電流減少約4％。
2.修改和測試固定速度壓縮機控制以實現正確的遠程控制：建議進行以下更改。所有這些都是在我們的案例之前完成的，但需要在進入遠程之前進行驗證。
每個壓縮機上的雙位置本地/遠程開關，或用於「遠程」控制的控制器組。遠程啟動和加載，以及待機，運行和報警的反饋。這些可以是繼電器幹觸點或通信網絡上的位。驗證遠程加載並在進入完全自動之前開始工作。我們安裝了簡單的雙位開關，模仿控制系統進行測試。確認遠程加載時電機電流/功率達到滿載範圍，遠程卸載時降至空載範圍。
3.正確選擇VFD。
我們建議使用線路濾波器來消除反射回客戶電氣系統的噪聲。包括接口控制項和PID板。最小界面是啟動/停止和壓力設定點。最小反饋是電流，速度和警報。選擇恆轉矩VFD。容積式壓縮機是恆定的扭矩，實際上由於滑動而在較低速度下的扭矩略微增加。一些VFD設計用於風扇和離心泵等可變扭矩應用。恆定轉矩VFD將在低速時處理更高的電流。選擇不僅成本最低且本地支持的VFD。
4.正確安裝VFD。
外殼和通風問題。塵土飛揚的環境中的VFD表現不佳。它們可能需要放置在乾淨的MCC中或正確封閉（帶冷卻風扇的防塵）。電機到VFD的距離。可能需要特殊接線。
5.要考慮的汽車問題：
如果電機是TEFC和/或在高溫區域，我們建議改善冷卻並安裝電機RTD和報警。檢查電機是否適合VFD操作。有些電機在VFD上運行良好，有些則沒有。諮詢您的電機供應商。在電機上安裝軸接地刷或環，以防止軸承中產生渦流和軸承過早失效。
6.正確控制VFD本身。
考慮壓縮機直接通過VFD啟動和停止壓縮機。它可以通過與VFD一起的現有啟動器或VFD本身完成。但是，更少的組件更簡單。從主控制器向VFD提供遠程壓力設定點。讓它控制自己的PID卡和變送器的壓力。將VFD變送器定位在與主控制器變送器相同的位置。將所有有用的VFD操作數據集成到主控制器中。至少需要電流（用於運行和過載條件）和速度（用於控制其他壓縮機）。
7.在主控制之前測試VFD壓縮機。
最小和最大速度操作。所有溫度，電流/功率和壓力是否在允許和預期範圍內。進入驅動器的交流電流應與速度大致成50％線性關係。功率因數會下降，因此可能高達60％。電機電流需要在電機服務係數範圍內。可能需要調整過載。油溫差應該不會發生很大變化。油流量將下降與熱率相同的百分比。過度的差異並不好，表明油流量低。
8.在本地控制中測試VFD壓縮機控制：確保在PID板上正確設置增益和定時器，尤其是比例控制設置。在負載變化的情況下，壓力和速度應穩定在設定點的約2 psi範圍內。
9.用於「目標」算法的程序主控制器：這是一種算法，使用VFD設定點作為「目標」，在包含VFD範圍的壓差中維持「基本負載」壓縮器（除了VFD之外的所有壓縮機） 。
總之，我們認為一些項目最好使用VFD改造進行設計。這不是多數。但是，由於它通常被忽略，我們建議在規劃階段進行研究。如果VFD改造項目比新的VFD壓縮機項目成本更低，集成度更高，更可靠，那麼它應該被認為是一個可行的選擇。